红外图像光纤传输阵列技术探讨

红外图像的探测和传输应用十分广泛,不仅可用于军事方面,民用方面的应用和发展在近几年也比较迅速,覆盖面较广泛。随着研究的深入,应用的材料也日益增多。光纤的优点很多,不仅有探测信号、抗干扰等优点,更可以传输信号,以简化系统设计。主要探讨了利用光纤材料进行红外图像探测的相关技术和设计。     

基于SOPC的红外探测器设计

红外焦平面阵列探测器具有灵敏感度高、探测性能强、能够获得物体更多的表面信息以及更高的帧速率等优点,正成为红外热成像技术中的主流器件.而非制冷红外焦平面阵列探测器由于其体积小,重量轻,成本低,更是被大量产品采用[2].在实际应用中,由于材料,工艺方面的原因,会导致红外探测器输出的原始信号出现非均匀性和盲点等问题[1],严重影响了成像质量,因此在图像输出之前需要对原始信号进行相应的处理.本文先讨论红外成像主要面对的问题及处理方法,再给出一个红外热像仪的设计.     

平板电封装工程中的凸点实现及其在紫外焦平面成像阵列中的应用

紫外焦平面成像系统主要用以观测日光下高压输电系统的电晕放电现象。焦平面成像系统主要由信号采集系统、控制系统、信号处理系统和信号存储系统构成,再加上后端的显示器件,就可以完成视频信号的采集、处理、运算、传输和显示等功能。本文在设计紫外焦平面成像系统的时候,参考了发展相对成熟的非制冷型红外焦平面成像系统的技术结构。为了将采集图像的焦平面探测阵列与后端的电路系统连接起来,关键技术是以凸点制作为基础的倒装焊技术。由于焦平面探测阵列的引出点阵的密集性,最好采用性能指标较好的光刻结合电镀的倒装焊工艺。为了保证焊接过程不影响紫外探测元件的性能,凸点材料选择了焊点较低的软金属In,并介绍了这种焊点的制作工艺。     

用于红外图像传输的柔性空芯光纤束

采用聚碳酸酯毛细管作为红外空芯光纤的基管材料,制作了内直径为320微米的细径红外空芯光纤.内面镀有光滑银膜的聚碳酸酯毛细管,在近红外和中远红外波段获得了平坦的损耗-波长响应特性.用224根镀银聚碳酸酯空芯光纤,制作了长度40mm,截面积约50m2的红外图像光纤束.利用该红外光纤束成功进行了加热电阻丝的红外热图像传输实验.红外聚碳酸酯空芯光纤束具有柔韧性强、无毒等特点,在医疗及工业领域有广阔的应用前景.     

采用PVDF薄膜的单片热释电红外图像传感器

研制出了16×16像元的单片热释电红外图像传感器.该图像传感器的特征是利用电子溅射法制作PVDF热释电膜,利用埋沟MOSFET制作低噪声探测器,利用微机械加工制作由四条横梁支撑的薄膜结构的热绝缘结构.探测部大小为75 μm见方、调制频率为55 Hz的图像传感器,其电压灵敏度达到6600 V/W,比探测率达1.6×107cmHz1/2·W-1,成功地获得了黑体炉开口部的热图像.虽然在灵敏度误差、噪声、偏置电压方面还存在着问题,但在实现单片热释电红外图像传感器方面已看到了前景.     

百万像素胶体量子点中波红外焦平面阵列成像技术（特邀）

红外探测及成像具有广泛用途,在红外制导、夜视侦察、安防监控及危化品探测等方面发挥了重要作用。现有红外成像焦平面大多由碲镉汞、二类超晶格、锑化铟等块体半导体材料制成,通过倒装键合的方法实现块体材料与硅基读出电路的信号传输。倒装键合对准困难、操作复杂、对设备依赖性较强,难以满足焦平面阵列规模不断增加和像元尺寸不断减小的制备需求。为解决红外焦平面阵列规模提升的瓶颈,采用碲化汞胶体量子点,通过液相旋涂的方法,突破倒装键合限制,实现硅基读出电路直接片上集成。所制备焦平面阵列规模达1280×1024,像元间距为15μm,80 K工作温度下探测截止波长为4.8μm,响应非均匀性为9%,有效像元率为99.96%,最低噪声等效温差达30 mK,展现了良好的成像性能。     

基于微波光子的复合式时频传输技术研究

光载射频传输技术在地基无源探测、分布式阵列合成孔径、空间探测等诸多领域具有广泛的应用,用于实现不同子阵之间的信号互连与信号相参。针对传统光载射频传输技术中相位稳定度低、时延变化大、易受环境影响等问题,本文提出一种复合式微波光子时频传输技术,通过结合被动和主动时频传输技术,分别实现了本振点频信号的光纤分发和中频宽带信号的光纤回传,联合两者之间技术优势实现了系统的相位高稳定度和宽带信号传输的目的。本系统可实现本振信号、中频信号在中心端和远端的时频稳相传输。通过对比实验和综合测试,实现1.6 GHz本振和(1.6±0.5) GHz中频信号的稳相传输,传输距离为5 km,经过在-40～+70℃的环境试验验证,温度变化范围内上下行微波光子链路中相位波动小于±1.5°。     

固体浸没式红外超表面透镜设计

红外焦平面阵列在各类红外成像系统中发挥着巨大的作用。为提升红外焦平面的工作温度、量子效率和灵敏度,通常使用微透镜阵列作为红外焦平面的聚光器。当前微透镜阵列的制作材料通常与红外探测器材料不同,因此在集成装配时需要额外的工艺手段,工艺难度较大且效率较低。利用微纳光学超表面技术体系,可以在红外探测器衬底材料上直接制作平面式的固体浸没型微透镜阵列,实现前置微透镜与红外焦平面的单片集成。文中以红外探测领域最有潜力的锑化物Ⅱ类超晶格红外探测器为应用目标,设计了一种基于GaSb衬底的固体浸没式红外超表面透镜。设计的超表面透镜在中波红外波段工作,能适用于所有入射偏振。器件设计焦距为100 μm,理论上在目标波长下的最高聚焦效率达到70.7%,数值孔径(NA)达到1.15。该设计可以推动微透镜阵列向扁平、超薄、轻量的方向发展,简化微透镜阵列与红外焦平面阵列的集成工艺,有望提升红外焦平面的探测效率,并降低制造成本。     

光纤阵列可见光/红外图像转换器的热力学性能研究

为满足日益提高的半实物仿真实验对目标背景图像源的要求,研究了一种微加工工艺制得的光纤阵列结构的可见光/红外图像转换器.建立了利用二次辐射原理实现可见光/红外图像转换的光纤阵列面板的三维模型,利用有限元热力分析光纤阵列温度响应的最高温度和时间特性随加栽热量的关系,实验中,单个光纤阵列端面加栽热功率为5 μW时,转换器实现...     

宽带图像信号光纤数字化传输组件

叙述了宽带图像信号光纤传输组件的设计及其应用，介绍了宽带图像信号光纤传输的基本原理和技术实现。概述了宽带图像信号光纤传输的特点。指出传统电信号传输存在的弊端以及光纤传输带来的传输性能的变化。重点介绍了宽带图像信号光纤传输中高分辨率图像信号的数字化处理、图像数字信号的高速复接和分接技术以及宽带高灵敏度光探测器技术。     

多色焦平面图像融合技术分析与应用展望

在介绍多色焦平面阵列技术发展现状的基础上,讨论了该技术应用在图像融合系统中的优势.然后分析了基于该技术的图像融合系统的主要组成模块,包括多色焦平面探测器组件、数据传输模块和图像融合模块等.重点研究了图像融合模块的3种主要实现方案,单DSP或多DSP并行处理方案,DSP+FPGA处理方案以及大规模FPGA处理方案.最后给出了多色焦平面图像融合系统在大数据量传输、红外多源图像融合新算法、小型化和智能化等方面的发展趋势及其在机载光电系统、多光谱遥感探测、分布孔径红外传感器系统(DAIRS)和精确制导等方面的应用.     

红外光纤及其应用

介绍了适宜于制备红外光纤的材料及红外光纤制备工艺，综述了红外光纤在军事、光谱学、热成像、测温、红外通讯、激光能量传输等领域的应用。如果能继续降低红外光纤的传输损耗，增大优质光纤维长度，制备出适用的低噪声探测器，那么，红外光纤在上述领域的应用价值将更大，也将会开拓出更广阔的应用领域。     

CO_2激光器用10μm波段的红外光纤

CO_2激光器用透过红外波长3—12μm,灵活的卤化银多晶光纤,可进行～30W能量的传输。这种光纤可用于红外探测的光谱分析、温度测量以及图像处理等方面。 性能指标: 1.材料:AgCl:AgBr混晶; 2.透过范围:3～7/μm; 3.传输损耗:0.5～0.7dB/m     

红外成像制导仿真图像实时生成系统设计与研制

为了更加逼真地模拟红外目标及战场背景,基于图像生成及显示计算机、硅桥MOS电阻面阵控制计算机系统、128×128 MOS电阻阵列及电源、实时通讯反射内存网络(反射内存卡及光纤)、目标及背景红外图像实时生成软件和MOS电阻面阵控制软件等6部分组成了某红外图像实时生成系统;该系统采用的高速光纤反射内存实时通讯网络、超大规模D/A控制板等使得帧刷新频率达到了200 Hz以上、长线传输不受环境电磁干扰、更易于向256×256MOS电阻阵列扩展等,同时保证了在五轴转台的恶劣环境下可靠工作.     

一种高性能红外探测器模拟器的研制

为解决红外探测器数据采集系统的测试问题,基于红外探测器件本身的工作特点,研制出了能够模拟红外探测器输出信号的模拟装置。该装置不仅能模拟各种阵列规模的红外探测器,输出准确的量化图像数据,而且能为数据采集系统提供所需的帧、行、像元及相关双采样同步触发信号。利用模拟装置输出的量化图像数据实现了红外探测器数据采集系统的定性检查和定量校准,为红外探测器数据采集系统的高效准确测量提供了有价值的参考。     

基于光纤的红外图像高速远距离传输研究

针对现有红外系统中电传输数据容量小、距离近的问题,提出了一种基于光纤通讯技术的高速、远距离红外图像传输方法。该方法结合现有红外传感器的数据输出方式,利用成熟的光电转换模块,设计了一种红外图像的光传输系统;对设计原则和核心模块进行了讨论。实际工程应用结果表明,该方法是稳定可靠的,不仅有效地解决了传统电传输中数据容量小和距离近的问题,并且在稳定性、误码率、线缆数量等方面,有了一定的提高和改善。     

红外传能光纤的传能特性研究进展

大功率激光以其独特的优势在工业、军事和医疗等领域得到了广泛的应用,而传能光纤也随之越来越受到重视。这是由于传能光纤具有可柔性传输、结构简单、传输效率高、环境适应性强等显著优点,特别适用于传输光路复杂或者使用空间受限的场合。当激光波长大于1.7 μm时,传统石英光纤的传输损耗会急剧增加,难以满足光纤传能的基本要求,而红外传能光纤的优良特性显示了巨大的应用潜力,引起了人们极大的兴趣。于是大量针对红外传能光纤的传能特性的研究工作被开展,具体包括:传能光纤耦合条件及方式,耦合传输效率影响因素,传能光纤损伤机理以及损伤概率测量等。随着研究的不断深入,目前红外传能光纤的传输效率和传能容量已经达到了比较高的水平。     

红外焦平面阵列实时成像软件设计

红外焦平面阵列是将探测到的热辐射信号转换为电信号,最终形成热像的一种红外传感器件,它是红外凝视成像的核心器件。本文通过LabVIEW软件编程实现对256×256 InSb红外焦平面阵列信号的实时成像显示,并对其红外图像特性进行简要分析。结果显示该系统能准确的采集红外图像信号,并可以进行实时成像处理。     

一种双通道光纤光栅温度检测系统的研究

光纤光栅以其独特的优点,在温度测量中得到了越来越广泛的应用.在用分布式光纤光栅阵列进行测温时,由于受到传感光栅之间的缓冲区和探测范围的限制,使得测温点数有限.文章提出了基于光强的双通道分布式光纤光栅温度检测系统,在未改变缓冲区和探测范围的前提下,扩展了测温点数.     

阵列探测器在成像光谱偏振探测技术中的应用

为了在成像光谱偏振仪中应用近红外焦平面阵列探测器,得到高质量图像信息,结合新型弹光调制型成像光谱偏振探测技术(PEM-ISP),提出了一种基于近红外焦平面阵列探测器的成像光谱偏振探测技术。系统采用FPA-640512 InGaAs焦平面阵列探测器作为光学探测接收元件,采用高速现场可编程门阵列(FPGA)作为信号处理单元,做到对光学信号的快速采集与并行处理,满足高速、实时的信号传输与处理技术等要求。将经高速A/D采集得到的数据存储到FPGA外扩的静态随机存储器中,以保证数据的完整性。数据最终通过通用串行总线传至上位机,上位机通过LabVIEW实现图像还原。结果表明,该系统可以应用于PEM-ISP中,实现对测量信号的精确探测与采集,并得到完整的图像信息。