应用U形边框黑体光阑的三点辐射定标校正方法及其分析

红外焦平面探测器阵列由于探测器工艺、环境冲击和长时间工作等因素将引起探测器响应的漂移,很大程度影响了热成像系统的成像质量。对于红外测温热像仪来说,会大大降低其出厂定标的准确性。针对红外辐射定标,考虑到探测器响应的非线性,在前期搭建的基于U形边框黑体视场光阑的红外成像系统基础上,研究了基于U形边框黑体光阑的三点定标修正方法,并与两点辐射定标方法进行了比较。实际定标测试实验结果表明:在25~65 ℃范围内,三点定标修正后的最大绝对误差和平均误差分别为0.126 6 K和-0.048 8 K,较原始定标的结果有明显的精度提升,说明三点定标修正方法算法有效,但三点定标修正与两点定标修正的结果相差不大。因此,一般情况下两点辐射定标修正方法足以适应辐射定标应用。     

目标到测试系统距离对红外测温精度的影响

为了提高红外测温精度、减小测温误差,研究了目标到红外系统的距离对红外测温的影响,采用非制冷红外焦平面阵列热像仪和标准黑体进行定标研究,实验结果表明黑体红外热图像的灰度均值随温度呈线性变化,随距离呈非线性变化的关系,利用红外热像仪探测面上照度与像方孔径角的关系,对测试距离的影响做出了合理的解释;比较了不同距离处测量温度与真实温度的差别,得出在近距离测温时,距离变化对测温影响较大,最大误差可达±5℃;在远距离测温时,测试距离在大范围内变化,对测温结果影响很小,误差在±0.02℃范围之内.实际测量距离与热像仪标定距离不同,也会引入测温误差,因此保持实际测温距离与校准距离相同以减小误差,或根据不同距离处表观温度与实际温度的差别,对表观温度修正,以提高测温精度.     

光纤传感测温方法与红外测温的比较

光纤传感是一门新兴学科,利用光纤传感方法进行测温,是现代测温方法发展的必然结果,也是红外测温方法的进一步发展。本文将光纤传感测温与红外测温中采用的探测器,信号处理等进行比较,指出两者的同异。特别指出光纤传感器应用于温度测量的优点,最后介绍了我们研制的瞬态温度测量、连续温度测量、分布温度测量以及点温测量等多种光纤温度传感器,它们既扩大了红外技术的应用领域,也把测温技术提高到一个新的层次。     

测温二极管在节流制冷器温度监控中的应用

用测温二极管对节流制冷器中杜瓦瓶内的温度进行监控，可有效地保护红外探测器 损害，缩短红外系统的反应时间，并可使高压气瓶内的气体得到充分利用。     

BDJ光探测器的温度特性及其温度校准研究

掩埋双pn结(BDJ)光探测器的波长及光谱响应度定标曲线与温度有关,因此在环境温度发生变化时需要对器件的定标曲线进行温度校准,以提高器件测量波长和光功率的精度.文章对BDJ光探测器的温度特性进行了研究,在不需要另外附加温度传感器的情况下,直接利用BDJ自身的浅结测量温度,通过matlab编程,能够插值计算出某温度下的波长及光响应度定标曲线,能有效地消除环境温度变化对波长及光功率测量的影响,使器件更具有实用性.数值分析结果表明,经温度校准后,波长及光响应度定标曲线的误差均在5%以内.     

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。     

探测器温度对非制冷红外热像仪人体测温的影响与修正

非制冷红外焦平面热像仪用于人体测温时,需要红外热像仪具有较高的测温精度。而针对非制冷红外热像仪,随着环境温度以及吸收红外辐射的增加,将会产生较为严重的温度漂移现象,这会影响到红外探测器的响应特性,从而导致测温精度受到一定的影响。为了消除这一影响,提出了一种新的校准方法,该方法可以实现探测器温度在10℃~50℃之间变化时对非制冷红外热像仪的高精度校准。同时,对该校准方法的效果进行实验验证。结果表明:经过校准后的红外热像仪,探测器温度漂移对测温精度的影响明显降低。     

红外光谱仪多点定标方法及环境温度校正

在红外光谱仪的定标中,为了减小误差,可以选取多温度点的测量来进行定标;此外对于测量较弱红外辐射的光谱仪,环境温度对定标结果也有不可忽视的影响．本文主要讨论利用测量多温度点的标准黑体进行定标的方法、试验结果分析以及环境温度对定标结果的影响．     

二极管型非制冷红外焦平面中二极管结构优化研究

为适应非制冷红外探测器高空间分辨率的发展趋势,非制冷红外焦平面阵列作为非制冷红外探测器的核心部件不断向大阵列、小像素方向发展。本文针对二极管型非制冷红外焦平面阵列,理论分析了敏感元件二极管对读出电路以及器件性能的影响,在确定二极管最佳工作电流的同时,提炼出二极管结构中串联个数以及结面积为主要性能影响因素。基于此,设计了p+n-pn-n+p三合一二极管,并将其与传统二极管、回型二极管、p+n-n+p二合一二极管、以及由p+n-n+p二合一二极管直接拓展得到的两种三合一二极管进行了对比考察,研究发现6种结构中p+n-pn-n+p三合一二极管在相同尺寸下拥有最多的二极管串联数量且结面积相对最大;进而利用Sentaurus TCAD仿真,验证了在同一整体尺寸下,p+n-pn-n+p三合一二极管的电压温度系数分别约为p+n-n+p二合一二极管,及在其基础上直接拓展得到的两种三合一二极管的1.5倍,为回型二极管与传统二极管的2.6倍、3.7倍。证明了在小像素下p+n-pn-n+p三合一二极管性能最优,且在其基础上拓展可得到N合一二极管能进一步优化器件的性能。     

提高两点温度定标法精度的焦平面非均匀性校准技术研究

凝视红外成像系统中的探测器非均匀性校准(降低固有空间噪声)技术是一项处在探索过程中的关键技术.目前实用性较好的两点温度定标法的校准系数精度受读出噪声、信号动态范围、模数转换字长和运算噪声的限制,很难使焦平面探测器的空间残留噪声达到应有的精度.文中探索了一种二次参数补偿的两点温度定标方案,由基本公式得到的校准参数值,再依据现实信号动态范围进行实时精度补偿,使之更加接近于理论计算值,从而使非均匀性校准的系数精度得到较大幅度提高.这一方案可在不改变图像处理机硬件开销和软件运行负担的前提下完成对两点温度定标法精度的补偿.计算机仿真实验结果证明了该方法的有效性,可降低残留空间噪声50%以上.     

红外焦平面探测器的非均匀性与校准方法研究

红外焦平面成像系统是红外成像技术发展的趋势,文中研究了红外焦平面探测器本身参数的非均匀性和对焦平面红外成像系统中探测器非均匀性的校准机理,并介绍焦平面成像信息处理系统实现的基本技术路线。     

红外与激光主/被动联合跟踪算法

文中针对单站红外被动式跟踪存在可观测性问题,提出红外与激光主／被动单目标联合跟踪方法。该方法首先针对三维空间任意机动目标的跟踪问题,将参考文献[1]给出的一维机动目标“当前”统计模型推广到三维情况,得到三维情况下跟踪任意机动目标的状态方程和跟踪系统的非线性测量方程,然后对红外探测器测量的角度信息和激光测得的距离信息进行融合对准,得到正确的测量值。最后,提出扩展的自适应卡曼滤波算法并进行了仿真研究。仿真研究表明方案可行,可同时对三维空间目标的位置、速度、加速度进行估计。     

红外激光辐照探测器材料温升的数值计算

采用数值方法,考虑自由载流子吸收、单光子光致电离吸收和双光子光致电离吸收等激光吸收机制以及材料的光学、热学性质对温度和载流子密度的依赖性,通过求解能量输运方程以及温度扩散方程,研究了探测器材料受连续波红外激光辐照时的温升过程,讨论了材料的温升与入射激光波长、功率和辐照时间的关系,并给出了材料内温度的瞬态分布     

新型红外地平敏感器非共轴红外光学系统的优化设计

从卫星用新型红外地平敏感器的视场设计出发,分析了光学膜厚度和锗红外光学材料的吸收对光学设计的影响,介绍了非共轴红外光学系统优化设计的方法,给出了其设计结果.试验表明,设计的非共轴红外光学系统完全满足卫星用新型红外地平敏感器的要求.     

自然地表红外图像的模拟

自然界的地表是非常复杂的,影响其温度分布和红外辐射特性的因素很多,如地表的起伏、土壤类型、植被类型、土壤湿度和气象条件等.要精确计算自然地表的温度和红外辐射特性,生成红外图像,必须建立考虑各种影响因素的三维传热传质模型.这种方法要花费大量的计算时间,是不实用的.文中利用一维模型的计算结果并结合随机模拟方法,针对具体自然地表(不同植被、裸露地表等)的实际红外辐射强度的相关长度、均方根误差以及相邻像素点的空间距离,模拟生成了自然地表的红外图像.探测器的视场和视角对观察到的图像影响是很大的,对同一地面区域,使用不同视场的探测器观察,得到的图像不同,即使使用同一探测器,如果用不同的视角观察同一区域,得到的图像也是不同的.因此文中根据不同的红外探测器视场以及同一探测器的不同的视角,将该图像转换成了红外探测器视场内的图像,分析了对应不同视场和视角的自然地表红外图像的特征.     

利用FPGA实现红外焦平面器件的非均匀性校正

与红外单元器件系统相比,焦平面面阵测器的一个最大的缺点是其固有的非均匀性,尽管现在面阵探测器的非均匀性有了很大改进,但是非均匀性仍然限制凝视红色系统的探测性能。实用化、、实时的非均匀性校正是红外焦平面器件应用的一个关键技术,尽管现在已经有很多种基于场景的非均匀性校正方法,但是两点校正算法仍然是基础的校正方法,有不可替代的价值。两点校正算法的流程简单固定,非常适合用ＦＰＧＡ实现。文章介绍了利用ＦＰＧ     

Temperature control for food in pots on cooking hobs

A control system for the temperature of food in a cooking pot is introduced. The cooking pot is heated on a consumer cooking hob. The temperature of the pot side is used as input for the controller. It is measured by an infrared detector. The infrared detector is a thermopile. The sensor signal is evaluated by a rule-based control algorithm. The system is simple, reliable, and very user friendly. An exact temperature settlement in a consumer hob is available for the first time. The system is used for automatic cooking     

Detection and Mixing Properties of an InSb Metal-Semiconductor Point Contact Diode

We present preliminary data on the performance of a new fast photodetector based on a W–InSb metal-insulator-semiconductor point contact diode operating at room temperature and with no bias voltage. The device can work either as a video detector or as harmonic mixer for radiation from far–infrared (FIR) to visible. In the FIR region, for wavelengths from 200 to 400 μm, the W–InSb point contact diode showed a sensitivity comparable to that of Golay cells. In the visible region the device showed a video and heterodyne detection responsivity much higher with respect to standard M.I.M. point contact diodes. Owing to its ruggedness, low cost and wide band of operation, the W–InSb point contact diode may be very attractive as a general purpose optical sensor.     

基于图像分割的红外图像撞击时间估计方法

以往的被动测距方法主要集中在可见光领域,利用图像稳定的特征点进行观察,目前利用计算目标尺度变化率进行撞击时间估计,已经发展成为一种较成熟的方法。然而在红外领域,由于红外图像自身的特性其特征点难以提取,原有的特征点跟踪方法无法适用。文中论述了一种红外图像撞击时间估计方法,根据红外图像难以提取特征点而相对易于目标分割的特点,提出了先对国图像进行分割提取目标面积,然后根据图像序列目标面积变化率来进行撞击时间估计,并根据撞击时间系统特征对估计结果进行修正以进一步提高精度。实验结果证明了该方法的有效性。