折射式红外平行光管设计

针对导弹红外成像系统调试和测试的需要,设计了一种折射式红外平行光管。平行光管由准直物镜、红外靶、红外靶温度控制系统和镜筒等部分组成。准直物镜采用柯克3片式结构,且为像方远心光路,红外靶由镂空的铜板靶面和靶面后面的黑体组成,红外靶控制系统控制红外靶温差在0.2~8℃可调。对准直物镜的成像质量进行了分析,并给出了红外靶温度控制原理图。     

测试装置空间分布对红外相机噪声等效温差测试的影响

红外相机的噪声等效温差（NETD）是评价成像质量的一项重要准则。红外相机NETD测试装置中的黑体辐射源、靶标、入瞳（平行光管加待测相机）三者的位置、口径需要满足一定的数学关系，否则会降低测试精度。基于几何光学理论、辐射度学，推导出红外相机测试系统中黑体辐射源、靶标、入瞳三者的空间分布关系，研究靶标孔处的测量温度与后方黑体辐射源温度之间的关系，建立数学模型，指导红外相机测试系统的试验，并结合一套测试系统，验证了测试装置空间分布满足本模型要求时，相对误差小于7.4%，否则测试精度迅速下降。分析了以靶标为目标时，靶标孔处的温度均匀性和稳定度的变化。     

红外目标模拟器校准方法探讨

在红外系统工程中,通常用一个黑体平行光管来模拟所探测或跟踪目标的辐射水平。这样一个黑体平行光管又称为红外目标模拟器。它是红外系统工程技术人员经常使用的最重要的一种测试装置。它能提供准确已知的辐照度。并能模拟无限远的光源。主要用途是测量红外探测系统、红外跟踪系统的灵敏度,也可用来调整光学系统和测量光学系统的焦距。黑体平行光管的结构与普通平行光管相类似,主要由光学系统和一个位于焦点上的黑体     

定标黑体的温度稳定性对热成像的影响分析

定标黑体是红外扫描仪的重要组成部分,其性能的好坏会影响到红外成像的质量。以某次遥感飞行获取的海表热红外图像中出现明暗条纹的现象为例,分析了定标黑体的温度不稳定性对热红外成像的影响,主要是由于扫描仪中用于箝位的低温黑体控温精度低。针对该明暗条纹消除方法,介绍了常规的基于图像处理的“Laplacian噪声消除法”,并提出了一种新的解决方法“恒定参考源法”,通过对比这两种方法,认为在难以保证黑体控温精度的情况下,关闭黑体的温控功能是一种更好的解决方法,对于红外扫描仪的遥感应用具有一定的指导意义。     

基于两相流体的超大面源黑体控温技术

面源黑体作为红外源标在红外测温、红外成像、红外相机标定等领域广泛应用,红外源标红外辐射性能主要取决于面源黑体温度场的控制。为了适应星载和机载红外探测器大孔径、大视场角的发展需求,文中对超大尺寸面源黑体温度控制技术进行了研究。外场条件下,面源黑体会随着尺寸的增大而增加温度控制的难度,控温系统采用两相流体回路技术实现了外场3 m×3 m面源黑体不同目标温度下高温度均匀性、稳定性温度控制,试验结果表明,黑体表面温度均匀性控制优于±0.60 ℃,稳定性控制优于0.14 ℃/15 min。     

红外热像仪成像评估系统设计

红外热像仪在军民应用领域发展迅速。如何客观地评价红外热像仪成像效果,为红外热像仪成像性能提供定量的数学描述,同时也为研究红外成像系统的图像清晰度、目标探测距离和目标跟踪性能提供支撑依据,成为必须要解决的问题。本文提出的红外热像仪成像评估(质量评价)系统具有红外图像数据采集与处理功能,配合红外成像评估的靶标系统（由黑体、辐射靶标控制台、准直光学系统、数显精密转台组成）进行红外图像数据测试评估。设计了图像评估的主要性能指标,并提出了数学模型及其实现的步骤,其中包括图像不均匀性(Non-uniformity,NU)、信号传递函数(Signal Transfer Function, SiTF)、噪声等效温差（Noise Equivalent Temperature Difference, NETD）、角线性度（Angular Linearity, AL）、目标成像定位角误差（Target Imaging Positioning Angle Error, TIPAE）等主要评价技术指标。测试结果表明,该系统的性能非常优越,成为红外热像仪研制过程中必备的调试、测试设备。     

真空低温环境下超大面源黑体现场校准技术

红外辐射面源黑体应用于特定红外特性目标的模拟,各种红外探测、制导系统的外场测试。随着空间应用的红外成像器的口径的增大,红外辐射面源的口径也相应增大,为了保证超大辐射面黑体的性能指标满足要求,必须对其在真空低温条件下进行性能校准。但目前国内还没有相应计量标准,无法保证测试结果的准确可靠。设计了一种真空低温环境下超大面源黑体现场校准装置,实现对超大面源黑体的发射率、辐射温度、温场均匀性、温度稳定性等性能参数的校准,并取得了较好的试验结果,实现了真空低温环境下超大面源黑体的参数校准。     

一种提高四杆靶标空间频率的光学系统设计

针对高性能红外成像系统MRTD测试用的小尺寸四杆靶标加工难度大,甚至以现有加工水平根本无法加工的问题,采用ZEMAX软件设计了一款离轴全反射成像光学系统。系统由三个非球面反射镜组成,放大倍数为0.4。仿真结果表明,本文设计的光学系统成像质量良好,接近衍射极限,加入现有的测试系统中可以满足高分辨率红外成像系统MRTD测试需求。     

红外热成像原理机及其在电力工业、医学方面的初步试验

一、原理机的结构及其性能红外热成像仪是一种将红外像转变成可见像的装置。图1为我们所研制的红外热成像原理机。其结构分为两部分:(1)摄像机部分其作用是扫描目标源,将其辐射能汇聚在探测器上并转变成电信号。所以摄像机部分由扫描、汇聚光学系统及红外探测器组成。汇聚光学系统为球面反射镜。在扫描光学系统中,帧扫系统为平面镜物面扫     

热成像法定量测试红外干扰剂遮蔽效果

从红外辐射理论和热成像仪工作特点出发,得到了烟幕类干扰剂对热成像系统遮蔽率的定量测试方法以及相应的计算公式。该方法无需黑体,直接以面源型被遮蔽目标为靶标,简易快速,既能直观可视地评价遮蔽效果,也可以定量表征遮蔽率。外场试验结果表明,该测试方法所得定性与定量结果一致性很好。     

便携式红外目标模拟器系统设计

为了满足光电探测设备对不同温度环境下多波段的目标模拟需求,设计了一种便携式红外目标模拟器,选用可切换的黑体光源来进行照明,实现3～5μm和8～14μm的中波红外和长波红外的辐射特性。作为准直系统的平行光管口径为110 mm,考虑到中心遮挡问题,采用离轴反射式光学结构。在装调时利用该结构对300 mm口径的参考平面镜进行测量,测试结果 PV值为0.356λ(λ=632.8 nm),RMS值为0.047λ。采用MSC. Patran进行建模,利用有限元分析方法完成了系统的光机热分析,在-10～50℃工作环境下,由温度变化引起的主次镜面形变化为纳米级别,对中红外波段可实现实时稳定成像,为光电探测设备提供宽波段的多种直接模拟目标。     

红外瞄具温度应力可靠性检测系统研究

为了检测红外瞄具在高低温恶劣环境下对不同波长的红外目标成像可靠性,利用黑体和平行光管组成的光学系统模拟无穷远红外目标,红外瞄具置于高低温环境下,CCD采集红外瞄具对红外目标所成的像,从而判定高低温下红外瞄具成像质量。所设计的平行光管视场大,各波长对应焦平面处在20 lp/mm空间频率下的MTF均高于0.2。同时为了实现快速准确地在检测系统中提供稳定的-55~70℃的高低温实验条件,采用一种基于自适应模糊PID温度控制技术。采用自适应因子将模糊推理器和PID控制器相结合,通过在线自调整控制参数,进一步提高了PID控制器的性能和系统的控制精度。实验表明该方法提高了常规PID控制的动态响应过程并保持无静态误差,其控制精度可达0.05℃。     

热红外高光谱成像仪光谱匹配盲元检测算法

受红外焦平面阵列生产工艺及材料本身特性影响,红外焦平面阵列不可避免地存在盲元,严重困扰红外数据的处理与应用。光栅分光推扫式热红外高光谱成像仪一般以红外焦平面阵列的其中的一维作为光谱维进行推扫式成像,空间维只剩一维,与一般的热像仪具有二维空间维的成像机制有很大区别。常规的实验室定标法和开窗处理的场景检测方法不能满足该成像方式的盲元检测需求。以热红外高光谱成像仪中的盲元检测为目标,有针对性地提出了基于光谱匹配的盲元检测算法。该方法从光谱维角度出发,以不同温度实验室黑体定标数据生成温升光谱数据,在数据规则化处理的基础上,自动提取有效像元目标的伪光谱曲线,采用光谱角匹配的方式实现盲元的自动检测。以典型的热红外高光谱成像仪获取数据并开展盲元检测实验,结果表明该方法充分利用了热红外高光谱成像仪的光谱维信息,检测精度较高,盲元补偿后的数据可满足热红外高光谱数据的行业应用。     

红外热像仪高精度测温标定技术

红外热像仪能够监测目标温度从而起到事故预警与位置确认、大规模人体表面温度筛查等作用。由于环境温度变化与红外辐射吸收产生的温度漂移现象,目前大部分测温红外热像仪需要采用黑体进行实时校正,但是基于黑体的红外热像仪架设场景固定,便携性差。针对以上问题提出了一种无黑体式红外热像仪测温标定和温度补偿技术,通过对红外测温原理进行推导,采用多黑体标定获得目标温度与辐射量的先验关系,针对探测器内部结构引起温度漂移,由牛顿冷却定律进行非线性建模实现实时温度补偿。通过实验验证,所提出的测温标定技术可将测温平均相对误差长时稳定保持在0.9%以内,相比于标定前平均相对误差有效降低64%,从而实现小型化红外热像仪便携、实时、稳定高精度测温。     

低温背景红外目标成像实验研究

模拟低温背景红外场景是完成空间目标探测系统半实物仿真测试的关键技术,但利用现有技术模拟太空低温背景存在一定的困难.使用高低温箱法建立了一种低温背景红外目标辐射特性试验系统,并对红外目标在不同背景温度下的成像情况进行了研究,最后获得了红外目标成像与背景辐射的关系.实验结果表明,对于具有一定温度的黑体目标,背景温度在一定范围内变化时,探测器接收到的图像几乎没有变化,而且正焦位置与离焦位置具有相同的规律.这一结论对于在红外半实物仿真中模拟更低温度背景的红外场景具有一定的参考意义.     

Method of Calculating the Radiance of Point-Source Target in Infrared Image

In traditional method of obtaining the radiance of target in infrared image, a target is often considered as an extended source. In that way, we only need the atmosphere transmittance, path radiance, and target apparent temperature to calculate the blackbody equivalent temperature of the target. However, in real infrared system imaging process, the target may be so far from the sensor that the target should be taken as a point source. In that case, the traditional data analysis method is not applicable anymore. A new method of calculating the radiance of small target is presented, which is based on the infrared system imaging theory. And the parameter needed to be input in this method is easily obtained. This method is tested by three different imaging systems. They are Thermal Vision AGEMA 900, AGEMA 1000, and Airborne Surveillance Pod Imaging System. The method is programmed into software, IRIDAS (Infrared Radiation Image Data Analysis Software) version 1.0. This software includes infrared imaging system calibration, atmosphere modification calculation, target and background selection and radiance calculation. This method can be used in infrared data anaylsis, infrared system evaluation and testing, target and background characteristics obtaining.     

HDR热成像系统动态范围特性测试评价方法

为了适应具有太阳、干扰弹、火光等强辐射背景下的高性能热成像应用,可适应温差达1 000~5 000 ℃以上强辐射干扰场景的HDR热成像成为国内外发展的重要方向。虽然HDR热成像系统动态范围测试系统组成与传统测试系统没有明显的差异,但目前尚没有适宜的测试方法和仪器,其核心在于缺乏大动态范围动态红外辐射源靶标。研究了一种HDR热成像系统动态范围特性测试评价方法,设计了一种新型的HDR动态红外辐射源阵列靶标,可获得温差不低于1 000 ℃的HDR动态红外辐射,实现HDR热成像系统动态范围特性的客观测试。实验结果表明:HDR动态红外辐射源阵列靶标在温度范围、稳定性、精度、调制频率等方面满足测试评价的要求,可实现快速、可靠的HDR热成像系统动态范围特性测试,对于推进HDR热成像技术研究和系统测试评价具有指导意义。