烟幕透过率分布的测量方法研究

烟幕状态在空间具有渐变性,不会有突变,因此假设热像仪探测器平面的小区域内各探测器单元所接收到的辐射中由各自对应的烟幕单元所做的贡献相等,称之为"烟幕均匀性假设".同理可以做出"大气均匀性假设"、"环境均匀性假设"以及"热像仪自身辐射干扰均匀性假设".分析了热像仪在烟幕遮蔽前后所接收到的红外辐射的特点、并根据这些"均匀性假设",推导出烟幕透过率的计算公式.就影响烟幕透过率测量的因素进行了分析,并介绍了一种用来测量烟幕透过率分布的实验方案.     

应用Lambert-Beer定律计算红外烟幕透过率的误差问题

红外烟幕的光学性能测试一般依据Lambert-Beer定律进行,但在烟幕的光学厚度较大时,按该定律计算烟幕的透过率会存在较大的误差。本文通过求解辐射传输方程得到烟幕透过率的精确解,将其与Lambert-Beer定律的结果相对照,获得了用Lambert-Beer定律计算较大光学厚度烟幕透过率的误差。     

烟幕扩散模型中任意光路电磁波透过率的计算

在烟幕扩散模型中,计算电磁波沿任意路径穿透烟幕云团时产生的衰减,需要准确计算出该路径下的烟幕积分浓度,从而得到电磁波的透过率。本文基于空间几何坐标变换原理、线性代数矩阵运算方法以及烟幕材料消光理论,推导了烟幕扩散模型中电磁波入射方向改变时的三维坐标系变换矩阵和二维积分浓度投影算法,实现了电磁波沿任意方向入射时的积分浓度分布及透过率的计算,为烟幕扩散模型的多角度(方向)数据分析、烟幕云团红外图像处理以及更多应用场景中的使用奠定了基础。     

满足烟幕透过率测量的红外辐射源设计

经过理论分析计算,估算出了满足烟幕透过率测量要求的红外辐射源辐射特性,依此,对国内生产的各种红外辐射器件进行了调研分析以及试验测量,最终选择远红外陶瓷发热片为红外辐射源的辐射器件。提出了红外辐射源的结构设计方案,并作了验证试验。进行了烟幕透过率测量仿真计算,分析了辐射源的波动对烟幕透过率测量精度的影响。     

一种红外烟幕三维建模仿真方法

根据红外烟幕的遮蔽原理, 结合红外烟幕消光模型和扩散模型建立红外烟幕三维空间的透过率模型。针对传统烟幕遮蔽效果仿真方法的局限性, 提出一种三维空间透过率的仿真方法,并对其进行数值计算与仿真验证。研究结果表明, 探测器观察到的目标图像是多层透过率叠加的结果, 遮蔽效果优于传统方法, 对工程应用更具意义。     

烟幕对红外热成像干扰效果评价

烟幕是对抗红外侦察与制导的有效手段。为了定量评估和评价烟幕对红外热成像干扰的效果,从理论和实验两方面进行了研究。理论上,依据作用距离准则,从辐射对比度入手,建立了烟幕干扰下的红外热成像视距方程,从而可以通过估算干扰前后热成像系统作用距离的变化来分析评价烟幕干扰的效果。实验中,首先测定了烟幕对不同波段辐射的透过率。然后以人体作为观察目标,基于相似度准则,引入归一化互信息指标作为评价标准,并和直接观察结合来分析红外热成像效果受烟幕干扰的情况。结果表明,在烟幕干扰下,当红外热成像系统无法达到识别要求时,目标与背景表观对比度下降到固有对比度的4%以下,对应的烟幕透过率为55%,且理论计算与实验分析相符。     

基于实测数据的红外烟幕干扰仿真研究

研究红外烟幕干扰仿真,是烟幕测试和评价工作中的重要方面.基于烟幕干扰外场试验实测数据,分析了天空背景下红外烟幕的辐射特性,计算了太阳辐射和天空背景辐射对中长波段红外辐射的影响,对红外烟幕的透过率进行了计算,对双色红外烟幕干扰进行了仿真.仿真结果同外场试验结果吻合,满足烟幕测试和评价要求.     

基于RPPM的烟幕透过率计算方法

当烟幕光学厚度较大时,依据Lambert-Beer定律计算烟幕透过率时会存在较大误差。为了实现高精度求解烟幕透过率,采用数值计算方法,应用随机游走粒子-烟团模式（RPPM）和Vander Hulst近似计算方法,对一级多次散射近似法求解烟幕透过率的算法进行了改进,并以此对一次烟幕测试结果进行了数值模拟。结果表明本文方法能以较高精度对烟幕透过率进行有效计算。     

扫描型热像仪校正黑体的实时控温技术研究

扫描型热像仪采用实时控温的校正黑体获得最优的校正输出,而校正黑体温度的闭环控制目前采用的方法是通过探测器扫描黑体以获得反馈构成闭环控制系统。探测器扫描输出反馈信号的周期为20 ms,使得温控系统带宽受限,响应滞后,当场景辐射变化剧烈时,图像校正输出偏离,影响热像仪整机效能。为解决该问题现采用热敏铂电阻测温作为反馈信号去实现黑体控温,提高带宽,通过实际多个场景对比试验,验证热像仪的校正输出对场景的适应性更强。     

卫星影像在热红外场景仿真中的应用

针对早期热红外场景模拟基于机载热像仪图像或随机产生场景的情况,提出针对高分辨率卫星图像进行热红外场景模拟的方法。基于高分辨率卫星图像,采用ISODATA法进行非监督分类,得到土地分类专题图,通过地物光谱数据库获得场景地物温度及发射率,以及大气辐射传输软件MODTRAN对其进行大气修正,从而获得地面场景辐亮度图像。场景仿真结果表明：利用高分辨率卫星图像进行热红外场景模拟是一种全新而有益的尝试,对伪装效果检验等相关研究工作具有一定的参考价值。     

红外热像仪参数测量装置的仪器常数模型研究

在红外热像仪的参数测量过程中,由于辐射温差在传输过程中受到测量系统各单元的光学反射率以及大气传输等的影响,热像仪实际接收到的辐射温差并非目标的原始温差.通过对辐射能量传输的分析,提出了双黑体参数测量装置"仪器常数"的概念并对其进行了建模仿真,此模型可以在测量中减小由辐射温差传递带来的误差,从而提高了双黑体参数测量装置的测量准确度.     

烟幕红外消光系数的热像仪测试

阐述了烟幕的消光原理,提出了红外消光系数是评定烟幕对红外消光性能的基本依据,简单介绍了3种红外消光系数测试方法,即傅里叶光谱仪测试方法、红外辐射计测试方法、热像仪测试方法。并对其中热像仪测试材料红外消光系数的方法进一步探讨,并指出,通过材料消光系数测试,热像仪可以对烟幕材料消光性能进行定量评价。     

基于匀速扫描黑体的热像仪非均匀性校正

热像仪非均匀性校正是热像仪应用的一个关键技术,常用的方法为基于黑体的热像仪非均匀性校正方法。多次成像法能解决基于黑体的方法受辐射源非均匀影响的问题,但该方法利用多幅热图的相对关系进行校正,在热图坐标下准确定位较为困难。本文基于多次成像法原理,提出了一种基于匀速扫描黑体的非均匀性校正方法,该方法结合了标定类和配准类基于场景的校正方法的优点,通过热像仪扫描读取黑体参考源,利用热像仪不同探测单元对黑体同一场景点响应的差异进行非均匀性评价。相比多次成像法,本文的方法更容易实现且具有更好的抗噪声能力。利用本文的方法对两个热像仪进行非均匀性校正,结果表明确实可以分离黑体非均匀性,但提高了对黑体辐射源和热像仪时间稳定性的要求。     

一种加热炉炉管表面红外检测温度的修正方法

加热炉炉管表面温度检测的准确性直接关系到加热炉的运行状态和生产安全,利用红外热像仪测量炉管温度时易受到火焰和烟气、邻近炉管、炉墙辐射等因素的强烈干扰。为了实时准确获取炉管表面的真实温度,以某炼油厂加热炉为例,首先给出了炉管表面热红外检测温度的干扰分析,进而提出一种基于现场参数的实时温度校正模型,并结合该模型给出一套判别某厂加热炉炉管状态的专家规则,最后将这套软件应用于实际工程检验。研究结果表明,该方法有效实现了炉管表面的温度修正。     

环境辐射对热像仪测温的影响

不同于传统的离散光谱测温,热像仪测温的实质是一种在一定波段范围内的基于探测器光谱响应的连续光谱测温。除了目标的发射率会影响热像仪所测温度与真实温度的关系外,反射的环境辐射也是热像仪测温结果的重要影响因素。目前的热像仪测温精度研究在对目标反射环境辐射的处理中,大都把环境辐射看做是均匀入射的或者是把目标看做了镜面反射体,这样做虽然可以大大简化模型,但是却远远不符合实际情况。针对这一现状,利用辐射度学原理和热像仪探测器的光谱响应特性,建立了在环境辐射非均匀入射条件下的热像仪对漫射目标的测温模型,结果表明:环境辐射对热像仪测温的影响,除了与目标的反射率和环境辐射源的温度有关外,还与环境辐射源对目标所张的投影立体角有关。根据所得模型,分析了热像仪测温的影响因素,重点对几种典型环境辐射条件下对热像仪测温的影响进行了定量计算和分析,并进行了实验验证。相关结果一方面可以为热像仪测温设计提供参考,另一方面可以为复杂环境条件下热像仪测温与真实温度的误差估算提供理论依据。     

红外多谱线二维辐射温度场重建算法的研究

对于2000 K以上的温度场,采用热像仪对温度场进行检测时,由于热像仪存在饱和问题,所以采用热像仪重建温度场这种测量的方法已不再适用。利用多组光学探头通过光纤远传,实现多光谱多通道数据的测量。在无需预先假设发射率与波长之间的模型关系基础上,通过迭代算法获得表面某些点的真温。通过布置成十字测温结构的多光谱方法实现涡轮增压锅炉多点温度的测量,构建了整个高温温度场的温度分布。结果表明:该方法用来测量高炉温度场分布可行、预测误差较小,可以为高温温度场的分析诊断提供参考。     

采用热像系统MTF(调制传递函数)建立虚拟热像仪的研究

热像仪作为一种成像系统,其功能是将接收到的二维空间分布的景物红外辐射转换成可视图像再现景物的红外图像.利用光学傅立叶分析的方法可以把热成像系统看作线性滤波器,并建立热成像系统的静态性能模型.利用热成像系统静态性能参数MTF(调制传递函数)的实验室测试数据作为幅频特性,用设计数字滤波器的频率样本法构造仿真热像仪MTF的二维图像滤波器,以此为基础可以建立用计算机仿真热像仪空间分辨特性的模拟环境.     

基于红外热像技术的服装舒适性研究

根据热辐射理论和红外热像仪的测温原理,建立了基于红外热像技术的服装舒适性研究的测试平台,并用红外热像仪直接测量不同环境里的服装在穿着状态下表面温度场的分布。通过采集到的热图像来进行温度场分析和数据处理,直观判断出服装在真实穿着条件下衣内的实际温度变化情况,进而推出服装及服装面料的隔热性能。通过对紧贴皮肤部位的服装面料的最高温度来比较服装面料的热阻大小,从而判断整个服装隔热值的相对大小。分析了穿着实验的客观结果和主观评价结果,并得知三种实验服装中50／50大豆／棉服装的热湿舒适性能最好。红外热像技术测评方法在服装热舒适研究领域和实际应用中不失为一种行之有效的方法,是判断服装的热舒适性能的重要工具之一。     

非均匀温度场下红外热成像仪温控系统设计

为降低外界环境温度和内部发热元件形成的非均匀温度场对红外热成像仪的成像性能影响。通过Proe和Ansys ICEPARK建立红外热成像仪的有限元模型,在红外镜头表面进行黑色阳极氧化、喷砂处理增强辐射换热,以及安装风扇增强对流换热保证高温环境时的散热,低温环境时采用热电阻进行温升设计,并仿真分析红外热成像仪在不同温度环境下整机内部温度分布和红外镜头温度分布情况,并利用在高低温箱的红外热成像仪来观察平行光管中的靶标图的成像质量,验证温控设计的高效性。结果表明:所采用温度控制电路板对风扇与热电阻能进行温度控制,当环境温度下降至0℃和升高至30℃时,启动温控系统使红外热成像仪光学系统温度正常,保证红外热成像仪的成像质量。     

雾状水幕降温衰减与水面目标红外隐身研究

为了提高水面目标的红外隐身性能,通过雾状水幕衰减计算,分析了水雾衰减性能;通过雾状水幕对复合平板的降温和遮蔽试验,测量了施加水幕前后试验板红外线信号衰减程度、目标温度时间响应特性.计算和试验表明,具有一定浓度的雾状水幕可以有效地衰减红外辐射的传输,同时可以在短时间内迅速改变试验板的红外辐射特征.根据红外成像探测模型,对水面目标应用雾状水幕前后的红外探测距离和成像距离的变化进行了分析.使用雾状水幕的水面目标红外发现距离降低了约25%,而红外成像距离降低了约19%.结果表明雾状水幕是一种有效的红外隐身方法,可在水面目标红外隐身方面推广应用.