天空背景红外辐射亮度测量及其对目标探测的影响分析

天空背景的红外辐射特征对目标侦察探测具有重要意义。利用3μm～5μm中波、8μm～12μm长波红外测量设备对天空背景红外辐射亮度进行了测量,长波波段辐射亮度在3.7～13.6 W?m－2?sr－1,中波波段辐射亮度在0.05～0.48 W?m－2?sr－1,相同条件长波辐射亮度高于中波辐射亮度1～2个数量级;随着观测角增大,天空背景辐射亮度显著降低,同时太阳辐射、大气温度等因素也对天空背景辐射有较大的影响。利用测量结果仿真分析了天空背景辐射对目标侦察探测距离的影响,结果表明当观测角由9.6°降低到1.9°时,红外搜索跟踪系统探测距离会减少41.5%～46.2%。     

海面背景对舰船温度测量的影响与分析

文章对影响舰船温度测量的海面背景辐射进行了分析与估算，可以看出海面背景辐射对舰船温度测量的影响较大，必须对测量结果进行修正，最后提出了较为可行的修正方法。     

天空大气背景红外辐射建模与计算

研究天空大气背景的辐射对空中目标的探测非常重要,为此对大气辐射亮度的计算进行了建模与计算,通过对大气分层的方法得到了天空辐射亮度的计算公式,然后结合公式对吸收和散射的计算方法进行了详细的讨论,对于吸收主要考虑了水蒸气、二氧化碳和臭氧的吸收,而散射主要讨论了气溶胶的散射,最后通过典型数据对大气吸收、散射、透过率、光谱辐射亮度、辐射亮度等进行了计算,与MODTRAN软件的计算结果进行了比较,并对天空红外辐射的特点进行了分析。     

环境辐射对红外辐射温差的影响

根据红外辐射理论,结合实际红外测温原理,通过推导红外测温公式,得到了两种物体间的红外辐射温差计算公式,总结了红外辐射温差随环境温度变化的规律,并完成了相关实验.着重对两种发射率不同的物体在同一热力学温度下的红外辐射温差进行了研究,结果发现辐射温差与物体热力学温度和环境温度有重要关系,物体热力学温度与环境温度相差越大,物体间的辐射温差就越大.另外,在一定情况下发射率低的物体比发射率高的物体辐射温度高.研究结果有利于指导操作员更好地使用红外热像仪和更加灵活、准确地判别目标.     

西北地区天空背景测量与分析

利用天空背景测量设备测量了西北地区的天空背景亮度,给出了该地区典型时刻的全天空背景亮度等值线分布,并进行了对应的背景光谱亮度比重分析;基于MODTRAN软件进行了对应时刻的天空背景亮度模拟计算,进行了比对分析。分析结果表明:西北地区的背景光谱分布相对于理论分布来说变化较缓,白天对空间目标观测采用窄带滤波能有效提高光电系统的探测能力;MODTRAN软件模拟计算的天空背景亮度在偏离太阳方向与该地区实测数据基本吻合,随着天顶角的减小误差也在减小,但在靠近太阳位置存在一定差距。     

地基大气背景红外光谱辐射特性测量

用傅里叶变换红外光谱辐射计(FTIR)在地面测量了较高分辨率(1 cm-1)下的大气向下背景光谱辐射,获得了长波红外5~14μm波段的大气背景辐射光谱。研究了大气背景红外光谱辐射与整层大气透过率的关系。从实验数据中研究了不同波段大气背景辐射随观测天顶角的变化。结果表明:地基大气向下的长波背景辐射亮温随着整层大气透过率的增大而减小;大气背景辐射随观测天顶角增大而增大;在大气窗口区,大气背景辐射随观测天顶角变化较快,在强吸收波段,大气背景辐射随观测天顶角几乎不变化。     

喷气发动机红外辐射成像测试、处理与评估

航空喷气发动机的红外辐射特性是对发动机进行隐身设计与反隐身探测的重要依据。首先,针对发动机高温部件及燃气温度范围宽、梯度大而超出红外热像仪响应范围的问题,提出了多积分时间组合测试方法,实现了不失真测试;其次,通过多帧时间平均方法分析了各积分时间对应的测温范围,并采用逐像素辐亮度值替代方法,获得了代表发动机全部辐射信息的合成图像;最后,根据合成图像计算了发动机红外辐射强度,并与相同测点的红外光谱辐射仪测试结果进行对比,最大误差不超过10%。结果表明:基于红外热像仪的多积分时间组合测试方法及其数据处理方法是合理有效的。     

地基天空背景辐射测量技术及其应用研究现状与展望

天空背景辐射是指大气粒子对太阳光的吸收和散射形成的大气层内散射光亮度的空间分布,在科学研究及工程应用方面发挥重要作用。简要介绍了几种地基天空背景辐射测量仪器,并从大气气溶胶粒子光学特性反演,大气柱中水汽、臭氧、NO2等气体含量反演,及云的分布判别几个方面阐述了地基天空背景光谱辐射分布在大气光学方面的应用,为后续的研究提供参考。最后,提出几点根据全天空背景光谱辐射进行环境感知及天气识别等方面的研究目标。     

目标红外辐射特性测量定标方法研究

阐述了定标工作在目标红外辐射特性测量中的重要作用。分别就调焦类成像设备和非调焦类成像设备的定标方法进行了理论分析,针对不同定标方法的优缺点进行了说明,定标时通常采用0米定标,方便且可同时进行所有像元定标。对目标特性测量时定标温度的选择作了分析,得出结论:定标间隔不变时,定标误差随定标温度呈"W"型规律变化,当定标温度分布于测量温度两侧时,误差有限,因此定标温度通常选择在目标等效黑体温度两侧,且定标温度间隔越小辐射特性测量精度越高。     

半透明体后被测物体红外辐射测温误差分析

根据红外辐射理论和红外热成像仪的测温原理,考虑环境、大气、物体透射辐射等多方面影响,建立了红外热像仪对半透明体后被测物体测温的数学模型,分析了半透明体反射率、透射率及其误差、被测物体发射率及其误差对热像仪测温误差的影响,提出了减少半透明体后被测物体红外辐射测量误差的几种对策,提出了提高带红外检测窗口电气柜中带电部件的红外测温准确性的方法。     

空间光学辐射背景建模研究

提出了一种利用IRAS、MSX星表数据,建立空间光学辐射特性模型.在确定地基光学系统参数后,经过对星表数据进行坐标转换和天文修正,得到观测天区的恒星分布和红外辐射特性数据,并利用计算机绘制深空点源图像.     

国内典型天文台站大气红外背景辐射实测分析

大气背景辐射强弱决定了红外望远镜系统极限灵敏度,直接影响系统设计,背景辐射也是反映天文台站观测性能优劣与否的一项重要指标。实测了国内的阿里天文台、德令哈观测站、怀柔观测站等几个典型天文台站大气红外背景辐射,尤其是获得了阿里天文台大气红外背景辐射的一手资料。实测结果表明:阿里天文台大气红外背景辐射的强弱以及辐亮度均值的昼夜变化在几个台站中均最小,其最大辐亮度均值为1.3010-6 Wcm-2sr-1,辐亮度均值的最大昼夜变化仅为18%,其红外背景辐射限最优;其次是德令哈观测站。将扫天实测辐亮度与MODTRAN模拟辐亮度进行对比,发现对于国内如阿里等青藏高原高海拔地区无论是标准大气模式还是实际大气模式其模拟结果与实测间皆存在较大差异。     

可见光/红外全天空成像仪和云雷达联合反演云高

为解决大部分设备无法单独获取全天空云底高度的问题,基于中国气象局大气探测基地可见光/红外天空成像仪和毫米波云雷达2019年6月的灰度值与云底高度数据,利用辐射传输模式计算地面8～14μm波段向下红外辐射随天顶角的变化关系,并根据红外波段测得的天顶云底灰度值与非天顶位置的天顶角余弦灰度值之间的线性关系,从而反演得到全天空云底高度。结果表明：(1)相比于全天无云的情形,在一天的相同时间时,全天有云时的天顶灰度值较高。(2)当云底高度为2000 m以上且云层较厚时,云底高与红外模块所测灰度值的相关性明显好于云层较薄的低云。(3) 2019年8月12日的个例验证结果显示,反演云高与通过云雷达测得的实际云高相关系数为0.956,而与取天顶附近约30°天顶角得到的云高相关系数为0.9508。     

星空背景下红外弱小目标的快速检测

为了实时检测天基平台上超远距离成像的星空背景下红外弱小运动目标,提出了一种基于时空域方向滤波和最小二乘预测的算法。首先,介绍了传统的方向滤波及时序上的双向滤波两者的频域理论推导,并经过对比说明了双向滤波的优点。接着,在双向滤波基础上,提出了一种新型方向滤波算法,并分析了新型算法在时耗方面的优势。然后,在分析新型方向滤波算法性能的基础上,说明了基于过门限率的图像分割方法。最后,介绍了最小二乘预测的理论,并给出了相应的跟踪算法。实验结果表明:目标的位置跟踪偏差平均约为1个像素,在图像大小为256×256像素的情况下,20帧图像的检测跟踪时间平均约为1.137 s。检测跟踪效果满足精度要求,检测时间也基本能满足超远距离成像红外系统的实时性要求。     

天空背景近红外氧气A带光谱测量与分析

为研究被动测距技术中天空背景近红外氧气A带光谱特性,利用高光谱成像光谱仪,对不同天顶角下的天空近红外氧气A带光谱进行测量,并依据被动测距原理,计算出不同天顶角下的天空背景光谱的氧气吸收率。测量结果表明:天空背景光谱在氧气A带中有明显的特征吸收谱线存在,并且天顶角越大天空光谱氧气A带吸收强度越强,氧气吸收率越大。这为后续被动测距的背景抑制和目标光谱准确提取奠定了基础。     

海空背景下红外小目标检测算法

研究海空复杂背景下红外图像小目标检测问题,针对海空背景下远距离小目标总是出现在水天线附近的特点,通过小波多尺度分析边缘检测算法检测水天线,确定出目标潜在区域,再进行精细目标搜索,从而提出了一种由粗到精的小目标检测算法。实验结果表明,对一般噪声条件下得到的红外目标图像,该方法能准确地检测、定位小目标,单帧检测准确率达96%以上并具有单帧检测率高、实现速度快的特点。     

基于非制冷红外焦平面阵列的全天空红外测云系统

云的地面观测是对本地天气进行实时监测的重要工作.目前,主要采用人工目测方法进行云的地面观测,无法准确提供夜间云的资料.为了实现云的全天空昼夜自动监测,采用非制冷红外焦平面阵列(UIRFPA)和扫描的方式,通过拼图、定标、大气修正、云识别等数据处理,研制成功了全天空红外测云系统.该系统由光学测量单元、扫描单元、环境参数测量单元、采集与控制单元和数据处理单元组成.初步的观测试验表明,该系统所给出的全天空云分布图像以及云量、云族与实际天空状况一致,考虑探测器工作温度效应的非制冷红外焦平面阵列定标模型,可满足全天空云监测的辐射定量测量要求,定标处理以及云识别算法可行.     

云背景下红外小目标检测的分形方法

针对云背景下红外小目标检测对背景起伏依赖性强的问题,提出采用分形方法实现不同起伏背景的小目标检测。首先利用分数布朗随机场模型对实际云背景图像建模得到分形曲线,然后通过分析小目标存在对云背景分形特性的影响,总结出云背景区域含小目标时其分形曲线面积增大的规律,据此提出了基于分形曲线面积差量的小目标检测方法。实验结果表明:在虚警率为10-3时,分形方法对弱起伏和中等起伏云背景下红外小目标检测概率达到1.0,对强起伏云背景下红外小目标检测概率达到0.6,较现有其他一些方法具有更好的检测效果和背景适应能力。     

小目标与海空背景合成红外图像统计特性分析

针对海空复杂背景下红外小目标识别的需要,对海空背景及其小目标的红外图像特性进行了统计分析。具体分析了在有目标和无目标两种情况下3~5 μm和8~12 μm两个波段图像的均值、方差和协方差等统计特性以及图像的局部对比度、信杂比和阈值随探测距离变化的规律;同时对生成的红外热像进行了直方图分析。结果表明：随着探测距离的减小,导弹的辐射逐渐增大,到达一定探测距离时（大约8 200 m）可以从热像图中区分导弹的蒙皮辐射和羽流辐射。根据有目标和无目标两种情况下图像特性的差异,可以判断图像中是否存在目标,从而为目标识别提供了关于目标和背景的先验知识,研究结果可用于海空背景下红外小目标的检测。     

天空背景下红外弱小目标检测算法研究

针对天空背景下红外弱小目标检测困难的情况,首先通过改进的形态学滤波目标增强方法对图像进行背景抑制与噪声去除,而后采用恒虚警检测方法(CFAR)对滤波后图像进行分割,获得候选点目标,然后采用行程目标标记的方法得到候选目标的位置信息、面积信息等,单帧图像检测之后,复杂的天空背景仍然会存在虚警。为了提高检测概率、降低虚警率,结合目标运动特性(包括运动轨迹、速度、加速度等)、灰度变化、面积变化等帧间相关性采用移动式管道滤波方法对序列图像候选目标做进一步判断。实验结果表明,该方法能有效地从复杂背景中检测出真实目标。