一种基于定标的红外图像非均匀性分区域校正算法

红外探测器的非均匀性问题直接影响红外成像质量和测量精度。地基红外辐射测量系统对远距离飞行目标进行成像时往往不能占满全靶面区域。为提高图像质量,提出了一种基于定标的非均匀性分区域校正算法。以靶面大小为640×512的制冷型中波红外探测器为实验对象,基于黑体定标的两点校正法,采用全靶面校正算法及本文算法进行了验证。结果表明,当成像区域小于全靶面的1/3时,分区域非均匀性校正后非均匀性误差低于0.002%。与全靶面非均匀性校正算法相比,此校正算法使非均匀度进一步降低了30%至75%不等,非均匀性误差的下降率大于30%。采用本文算法后,各区域的非均匀度进一步下降,校正目视效果进一步提高。因此该校正方法具有一定的工程应用价值。     

大靶面中波红外连续变焦光学系统设计

开展了大靶面中波红外连续变焦光学系统设计研究,设计出了一种机械正组补偿式连续变焦光学系统。该系统的工作波段为3.7~4.8 m,焦距为50~580 mm,F数为4.5;靶面直径为24.6 mm,适用于目前新推出的像元间距为15 m 的1280×1024元制冷型中波红外焦平面探测器。在实现长焦距、高分辨率的同时,可保持光学系统具有大视场角,进而有效提高机载光电系统的目标搜索与识别能力。设计结果表明,本文系统的成像质量高,在30 1p／mm空间频率处的调制传递函数值接近0.2。     

大口径中波红外辐射特性测量系统标定

文中设计采用面源黑体对大口径中波红外辐射特性测量系统进行辐射标定,通过改变探测器积分时间的方式提高系统红外辐射强度测量的动态范围,得到全系统基于积分时间变量的辐射标定公式.分析了探测器像元的饱和特性,得到了像元的饱和边界条件.边缘像元的动态范围相对于中心像元扩大近50％.在1-3 ms积分时间范围内,探测器像元响应灰度...     

PbSe光电导焦平面阵列探测器

应用半导体非平衡载流子连续性方程模拟了PbSe光电导红外探测器参数对光电响应的影响,实验研制了小规模像元的x-y寻址型PbSe光电导焦平面阵列（FPA）探测器,像元尺寸为500 μm×500 μm,像元间距为500 μm。实验表征了PbSe FPA探测器像元的光电响应性能,有效像元率达到了100%。500 K温度黑体辐射和3.0V偏压下像元的黑体响应率的范围是70~146 mA/W,平均响应率和平均探测率分别达到了110 mA/W和5.5×10⁹。像元的噪声等效温差（NETD）范围是15~81mK,平均噪声等效温差为32 mK。使用中波红外成像装置,初步演示了PbSe FPA探测器对350~450℃热辐射目标的红外成像。为后续研制高密度像元PbSe FPA探测器奠定了基础。     

考虑积分时间变量的红外系统辐射响应定标

辐射定标是红外系统辐射特性测量的基础。文中采用间接扩展源法对红外系统进行定标,分析了红外焦平面阵列探测元的响应模型以及响应特性与目标黑体辐射、积分时间的关系。提出了采用最小二乘法拟合得到红外焦平面像元响应灰度值对辐射量和积分时间的响应函数的定标算法。通过分析不同环境温度下的响应函数,进一步验证了其有效性。该方法可简化定标过程,节省定标时间。定标方程不仅可用于定量分析辐射定标的影响因素,而且有利于动态范围较大时的辐射测量。     

大口径红外光电系统现场辐射定标装置的研制

介绍了一种用小口径照明光管定标大口径红外光电系统的新方法。研制了现场红外辐射定标装置,其由辐射定标照明器件和红外辐射计组件(双波段1.40±0.02ΜM和4.50±0.04ΜM)两部分组成,并给出了它们的定标方法和定标结果及误差分析。实验表明,能满足大口径红外光电系统的定标要求。该装置体积小、重量轻,适合野外现场定标。     

基于加权最小二乘法的红外辐射定标

随着红外物理与红外技术的深入发展,目标的辐射特性测量受到了广泛的重视,红外探测器的辐射定标直接决定了辐射特性测量精度,为此文中建立了辐射定标系统,对3～5μm的红外焦平面阵列相机进行了绝对辐射定标实验。文中给出了辐射定标的数学模型,制定了定标的流程并进行了相应的辐射定标实验;针对红外标准源和环境波动性的影响,提出了加权最小二乘法的辐射定标优化方法;通过外场辐射特性测量实验表明,该方法的反演误差优于4%,提高了辐射定标的精度,结果满足实际工程的需要。     

12 μm像元间距1280×1024碲镉汞中波红外焦平面探测器的制备及性能研究

武汉高德红外股份有限公司成功研制了像元尺寸为12 μm×12 μm的1280×1024大面阵碲镉汞中波红外焦平面探测器。在优化提升材料性能的基础上,突破了小像元钝化开孔、高密度小尺寸铟柱制备以及高精度大面阵倒焊等关键技术,成功制备出了1280×1024@12 μm碲镉汞中波红外焦平面芯片及组件。其盲元率小于0.5%,响应率非均匀性小于5%。F2探测器的平均噪声等效温差(Noise Equivalent Temperature Difference, NETD)为15 mK,平均峰值探测率为6×10¹¹ cm·Hzsup>1/2·W^-1。F4探测器的平均NETD为18.5 mK,平均峰值探测率为1.2×10¹² cm·Hzsup>1/2·W^-1。另外还提出了一种不稳定像元测试方法,即通过分析两点校正后的成像数据,并利用模块中值和空域噪声的比较,完成对红外图像中不稳定像元的检测和校正。结果表明,校正后的红外成像画质良好,在120 K时器件性能无明显降低。     

3～5μm红外探测器的辐射定标

在对目标进行红外跟踪测量时,为了得到目标空间位置的同时,获得其红外辐射特性数据,设计了一套红外焦平面阵列探测器的实验室辐射定标系统。以高精度的面源黑体为标准辐射源,对成像范围为3～5μm的中波红外探测器进行了响应度的标定。首先建立定标数学模型,确定定标流程;然后使用线性回归统计模型对响应度曲线进行拟合并评估,针对一般线性最小二乘法对局外点(outlier)敏感的缺点,提出Robust优化算法;最后,在外场对温度和特性已知的目标进行测量,通过实验室得到的响应度曲线和大气透过率参数进行红外辐射特性数据的反演,得到实际测量值与理论值的相对误差小于2%。结果表明,Robust优化算法能有效改善红外焦平面阵列响应度非线性引起的反演不确定度。     

不同视场地基红外成像设备定标方法及时机分析

目标红外辐射特性可用于目标特征识别，如何有效获取目标红外辐射特性，对目标预警、侦察及隐身效果评估等意义重大。针对当前外场实装地基红外成像设备定标参数获取难题，对近距离扩展面源定标法、平行光管定标法、远距离扩展面源定标法等3种方法进行了分析，采用上述3种方法对不同视场外场红外成像设备进行了定标实验研究，获得了不同方法下响应参数。针对远距离扩展面源定标法定标结果随距离变化情况，设计了不同调焦状态和工作时长下制冷热像仪定标实验。实验结果显示红外成像设备的离焦状态、工作时长对制冷型红外成像设备响应参数影响较小。外场定标误差主要来源于环境杂散辐射、大气透过率及路径辐射计算。外场条件下应采用近距离直接扩展点源定标方法对地基红外成像设备不同航次择机定标；同时扩展面源定标法定标距离一般不超过10 m，响应参数误差此时相对近距离定标约5%左右。     

基于红外热像波段拓展的多光谱成像研究

红外目标多光谱图像为目标红外辐射特性的研究提供了有效的手段,在目标材质识别、伪装目标辨识和复杂背景抑制等目标探测技术领域有着极为重要的应用。以黑体辐射理论为基础,提出了一种基于波段拓展的红外多光谱成像的方法。首先,利用中波红外热像仪（3～5 μm）采集红外图像,通过目标表面的真实红外辐射反推出热图像中不同像素点的温度值,然后利用普朗克公式可以获得不同像素点在预拓展波段处的辐射出射度数值,最后根据这些数值进行红外多光谱成像。     

中波红外相机盲元的实时动态检测与补偿方法

盲元的存在严重影响了红外相机的成像质量,基于场景的盲元检测与补偿方法可以有效地解决此类问题。本文提出了一种改进的局部“3σ”方法,通过计算图像的三维噪声获得图像的平均噪声,据此得到盲元检测的最小判据,然后采用局部“3σ”方法和中值滤波法对盲元进行实时的动态检测与补偿,并将该方法应用于自研的某中波红外相机中。对黑体成像实验的结果表明,本文方法与辐射定标法相比,盲元检出的重合度平均可以达到82%以上;与传统的局部“3σ”方法相比具有相同的盲元检测与补偿效果,但可以将盲元的过检率降低30%以上;地面及载机挂飞成像实验的结果表明,本文方法可以对盲元起到很好地抑制作用,红外相机的昼间和夜间图像均不存在明显异常的黑、白点,图像中景物细节丰富、图像质量优良。因此,本文方法可以对盲元进行实时的动态检测与补偿,在自研的中波红外相机中的运用是可行和有效的。     

Novel Approach for Tracking Accuracy Enhancement in Infrared Spot Image

In optical tracking system, the macropixels method in which macropixels are used to estimate initial target region and to accurately localize target by choosing appropriate weight function and ratio function has stronger anti-noise ability than the general center of mass for unsymmetry target with low SNR. It is proved that the method can improve precision and speed efficiently: the centroid error is only 0.38 pixel when SNR is −5dB, and processing speed is 20 frame/s for the unsymmetry target of 4 × 4 pixels in infrared spot image of 128 × 128 pixels.     

中波红外和长波红外探测系统性能的比较与选择

针对常用的各种中波和长波红外探测系统,从探测器特性、目标辐射特性、背景辐射特性、大气传输特性和红外系统设计等方面,分析、计算和比较了中波红外和长波红外探测系统的有关性能,提供了有实用价值的数据。根据不同的探测目标和使用环境,为红外探测系统的设计提出了波段选择的建议。     

双色中波红外点目标成像特性差异分析

在深入分析双色中波红外被动热成像过程的基础上,明确了双色中波红外成像的影响因素,建立了点目标的双色中波红外图像的形成模型,并对模型进行了仿真实验,揭示了双色中波红外点目标成像特性差异的形成机理,明确了双色中波红外点目标成像在灰度值、目标受环境影响和目标背景对比度等三个方面存在的差异,通过实验图像的差异特征验证了这些成像...     

一种适用于外场条件的红外系统分区域标定方法

为了减小全画幅平均红外标定引起的非均匀性误差,主要探究一种适用于外场条件的红外系统分区域标定方法。首先对增益系数矩阵进行估计,然后利用估计矩阵对标定区域进行划分,最后利用最小二乘法分别对不同区域进行标定,得到增益系数标定矩阵。通过开展大口径地基红外测量系统标定实验,对本文方法进行精度验证。结果表明,与传统方法相比,通过本文方法得到的标定方程进行目标辐射亮度反演时,平均相对误差减小13.07%,平均误差偏离度减小0.2877。该方法对于整个画幅标定精度更高,目标特性反演准确性显著提升,可为红外系统标定的实际工程应用提供有益的参考和借鉴。     

Fabrication of high-performance large-format MWIR focal plane arrays from MBE-grown HgCdTe on 4″ silicon substrates

We have developed the capability to grow HgCdTe mid-wave infrared radiation double-layer heterojunctions (MWIR DLHJs) on 4″ Si wafers by molecular beam epitaxy (MBE), and fabricate devices from these wafers that are comparable to those produced by mature technologies. Test data show that the detectors, which range in cutoff wavelength over 4–7 μm, are comparable to the trendline performance of liquid phase epitaxy (LPE)-grown material. The spectral characteristics are similar, with a slight decrease in quantum efficiency attributable to the Si substrate. With respect to R₀A, the HgCdTe/Si devices are closer to the theoretical radiative-limit than LPE-grown detectors. Known defect densities in the material have been correlated to device performance through a simple model. Slight 1/f noise increases were measured in comparison to the LPE material, but the observed levels are not sufficient to significantly degrade focal plane array (FPA) performance. In addition to discrete detectors, two FPA formats were fabricated. 128×128 FPAs show MWIR sensitivity comparable to mature InSb technology, with pixel operability values in excess of 99%. A 640×480 FPA further demonstrates the high-sensitivity and high-operability capabilities of this material.     

基于加权最小二乘的红外热像仪的标定

目前,人们在对红外热像仪进行辐射标定时,普遍采用精度不太理想的最小二乘法.为减少热像仪的系统随机误差、环境波动和黑体温度不稳定等因素对标定结果的影响,提高标定模型的精度,建立了基于加权最小二乘的红外热像仪标定模型,并分别基于加权最小二乘法与最小二乘法进行了标定实验和辐射测量实验.实验结果表明,基于加权最小二乘的标定模型的拟合精度更高,其在辐射测量实验中的平均测量精度比基于最小二乘的平均测量精度提高了2.3％.基于加权最小二乘的红外热像仪的标定具有较强的实用价值和一定的借鉴意义.