红外成像半实物仿真中景像投影方式的研究

文章根据红外投影仪在动态景像生成中产生红外图像的方式,介绍了发射型、激光型 和透射型红外投影仪的应用、研究和发展趋势,并重点讨论了当前最具有发展潜力和被认为前沿的悬浮电阻阵列和激光二极管阵列。     

红外景象仿真器技术发展概况

描述了当前国际上红外景象仿真技术的发展动态,归纳了各种器件的发展过程,包括前期已应用的Bly电池、液晶光阀、热电阻阵列、DMD数字微镜阵列、变形镜器件、IRCRT、扫描激光器件等。当前正在发展的激光二极管阵列、红外等离子器件、和光子晶体等新型量子/光子红外景象投影器。介绍了目前已应用的红外景象仿真系统,及其存在的问题。指出了当代先进的红外景象仿真器期望的指标和发展方向,分辨率(>1024×1024)、动态范围(16-bit)、实现高帧频(>400Hz)、高温度(2500K),解决多光谱景象仿真技术。介绍了上海技术物理研究所正在开展的红外景象仿真研究工作,重点介绍包括DMD数字微镜阵列红外景象仿真、电阻阵列红外景象仿真和目标与背景红外动态图像建模等方面的研究进展。简要描述了上述技术的基本原理、研究过程和方法,并列出了已达到的性能指标和实验结果,同时给出了已开发成功的128×128元电阻阵列红外景象仿真器的实物照片。     

红外景象投射技术研究

利用仿真系统可以在试验室对红外系统进行测试和评估,而仿真系统的关键器件是红外景象投射器。概述了几种主要的红外景象投射技术——光调制技术、电阻阵列、激光二极管阵列、基于DMD器件的数字微镜技术,以及各种技术的特点。给出了红外景投射技术的技术要求,展望了红外景象投射技术的发展方向。     

数字微镜阵列红外动态景象模拟器的研制

红外动态景象模拟器为红外半实物仿真系统提供动态目标和背景,是半实物仿真系统的核心技术之一.介绍了基于数字微镜阵列研制的红外动态景象模拟器的组成、工作原理和技术指标.描述了数字微镜阵列红外动态景象模拟器的4大关键技术,即红外图像转换技术,红外图像转换器的同步调制驱动技术,红外光学耦合技术和红外热像逼真度修正技术.分析了红外图像转换器同步与不同步驱动对图像采集的影响.给出了经研制的数字微镜阵列景象模拟器产生、红外热像仪获取的红外图像.实验结果表明:该模拟可广泛应用于红外成像探测系统的仿真、测试和标定.     

红外焦平面阵列及星载红外成像系统的发展

简要介绍了红外焦平面阵列的原理、分类及特点。从制冷型与非制冷型两方面,并按照材料和技术参数的主线,分析了红外焦平面阵列的发展现状,列举了各型红外焦平面探测器产品及其技术特点,预测了红外焦平面阵列的发展趋势。最后归纳总结了红外成像技术在环境探测、成像侦察、导弹预警等航天遥感领域的应用,并对其前景进行了展望。     

动态红外景象产生技术

利用红外硬件闭环仿真系统能在实验室内对红外摄像机、导弹寻的器及各种红外探测系统的实时性能进行测试和评估,而仿真系统的核心器件是动态红外景象产生器。文中概述了各种红外景象产生技术,如电阻阵列、激光二极管阵列、光调制技术等,重点介绍了发展最快且最具潜力的电阻阵列,包括其发展水平、关键技术及发展动态。为了便于比较,给出了某些重要器件的性能参数。     

低温背景红外动态图像转换技术

空间是高技术战争的制高点。近年来,空间作战中使用的红外成像制导武器因阴冷的宇宙空间和高真空的环境条件而具有独特的优势,成为空间精确制导武器研究的热点之一。用于空间的红外成像制导武器性能的测试与评估,由于费用高、周期长以及来自国际社会的压力大,采用外场打靶的方法受到限制,而通过实验室半事物仿真的方法具有明显的优势。动态红外图像转换技术是红外成像系统半实物仿真的关键技术之一。低温背景动态红外图像转换技术是指在实验室条件下产生具有低温背景的红外目标,为被测试的空间红外成像系统提供红外目标和背景图象源。实现低温背景动态红外图像转换的困难在于,由于只要温度不为零的物体都要辐射电磁波,红外图像转换器件自身也会有热辐射,影响低温背景的实现。简要介绍近年来出现的低温背景动态红外图像转换技术,包括低温工作电阻阵列、低温工作量子阱激光二极管阵列、半导体屏技术。对这3种技术进行了详细的描述,包括基本原理、发展概况及其在低温背景动态红外景象模拟器中的应用。在此基础上,提出一种利用数字微镜阵列调制红外激光,结合大范围衰减降低背景辐射,获得低温背景红外动态图像转换的新方法。     

基于投影仪和红外摄像头、红外光场的桌面投影仪触控系统研究

文章研究了一种基于投影仪和红外摄像头的桌面投影仪触控系统。通过采用红外触控扫描原理,该系统在解决传统电视和投影仪操作体验不足的问题上取得了显著的改进。系统由红外激光器、红外摄像头、主系统和DLP投影系统组成,通过DLP技术的超短焦投影仪在桌面上实现了触摸屏的功能。在红外激光发射器参数规格方面,激光器角度、桌面触控尺寸和触控精准度等关键参数的设定保证了系统的触控范围和性能。同时,红外摄像头的位置和成像区域的准确设置对于触控精度至关重要。     

红外动态景象生成装置辐射特性测试方法

红外动态景象生成装置是红外目标、背景模拟系统的重要组成部分,用于生成红外动态场景。基于微电阻阵列的红外动态景象生成装置,由图像生成计算机、微电阻阵列红外图像转换器、图像转换与驱动系统、光学投射系统等组成。动态景象生成装置的红外辐射特性,是描述其所生成图像品质的重要指标,也是微电阻阵列系统非均匀性修正的依据。基于微电阻阵列红外动态景象生成装置辐射单元小、辐射能量弱、成像帧频高的特点,描述了一种辐射特性测试方法,该方法将动态景象生成装置作为一个被测整体,以红外热像仪监视、单元探测器扫描测试为基本途径,较好解决了微电阻阵列红外动态景象生成装置辐射特性测试中的一系列问题。     

红外景象模拟器波长相关问题的研究

根据红外景象模拟器在红外成像导引头半实物仿真系统中的光谱辐射特性分析,给出了红外景象模拟器的波长选择标准,以及波长范围对其他性能指标,如温度范围和温度分辨率等的影响。针对高温及大温度范围的红外景象生成指标,讨论了采用窄波段的激光发射方式来实现红外景象模拟的理论基础,展望了结合窄波段的激光红外景象模拟与其它红外景象模拟技术的方法来获得大温度范围的红外景象模拟器的发展前景。     

动态红外场景生成新技术

总结了目前用于半实物仿真的红外场景生成技术的新进展,介绍了几种典型的新技术,例 如:超大阵列规模的薄膜镜光调制器场景生成技术、中波红外LED 阵列红外场景生成技术、基于聚合 液晶的红外液晶光阀红外场景生成技术、一种新型的用于半实物仿真场景生成投影系统的电子束寻 址反射型空间光调制器、一种基于微型发射器的红外场景生成技术、基于MEMS 技术的单层锗化硅 红外宽波段微发射器阵列红外场景生成技术等。最后对红外场景生成技术的未来发展方向和趋势作 了分析和展望。     

红外景像模拟器

介绍了红外成像制导半实物仿真系统中红外景像模拟器的组成和工作原理,对其关键技术动态红外景像生成技术进行了综述,并分析了几种应用较多和极具潜力的动态红外景像生成技术,如电阻阵列、液晶光阀、激光二极管阵列以及基于数字微镜器件的景像生成技术,指明了各种方法的优缺点和目前所达到的水平。最后指出了红外景像模拟器的一些性能参数,并阐述了对其性能进行评估研究的必要性。     

低温背景红外场景产生器研究进展

红外场景产生器是红外成像制导半实物仿真中不可缺少的硬件设备之一。随着红外成像探测系统在卫星、深空探测器、空间反卫星武器中的广泛应用,低温背景的红外场景模拟越来越受到重视,发展非常迅速。热电阻阵列红外场景产生器被运用到低温背景模拟中,为产生低温背景,场景产生器需工作在比背景温度更低的温度条件下,因此,通常将场景产生器放在低温真空室中。与该种原理不同,半导体屏式可见光到红外光转换的场景产生器在常温下可以实现低温背景红外场景的模拟。对两种低温背景模拟方法进行了对比,并阐述了低温背景红外场景产生器的研究进展及应用情况。     

制导对抗仿真中双DMD红外场景产生器应用有关技术

围绕双DMD红外场景产生器在红外成像制导对抗仿真中的应用问题,阐述了红外场景产生器相关工作原理和能量控制与探测方程,分析了四个方面的应用要求及其实现措施,给出了工作参数设置与标定的原则和方法步骤,建立了多种使用情况下由红外辐射亮度图像计算红外场景产生器驱动灰度图像的转换模型.     

动态红外景像投影中的辐射度与噪声分析

针对半实物仿真中(HWIL)动态红外景像投影仪的设计,详细介绍了红外景像投影仪设计中辐射度与噪声方面的一些问题,具体关注了有效黑体温度的计算和影响有效黑体温度的因素,分析了投影仪阵列中处于关闭状态的像元的辐射度,描述了设计过程中不同种类投影仪可能出现的时间与空间噪声。     

红外动态景象产生器的薄膜技术

Bly Cells的红外动态景象产生器的响应速度和空间分辨率是制约其应用的两个关键因素,并由其主要部件--转换薄膜的动态特性和空间特性所确定.以Bly Cell型薄膜红外动态景象产生器转换薄膜为研究对象,根据转换薄膜的工作原理,建立了它的动态温度分布模型,计算了其在环形脉冲源作用下的不同时刻温度场及其温度变化特性,分析了转换薄膜的动态特性和空间特性.计算结果表明,导热系数和密度越小,薄膜的表面发射率越大,则其时间响应越快;导热系数、密度、发射率越小,空间分辨率越高.     

基于双DMD的红外场景投影仪光学系统设计

为提高中波红外场景投影仪的帧速和灰度等级,提出了一种基于双数字微反射镜器件(DMD)的光学系统方案。该光学系统包括照明系统和准直投影光学系统,照明系统采用可提供均匀照明的柯勒照明系统,利用2个非球面透镜简化结构,采用3片式全内反(TIR)棱镜来实现光路的折转衔接以及2个DMD调制的叠加;准直投影光学系统采用二次成像结构,通过合理分配各透镜组光学参数,并采用非球面透镜进行优化设计,得到的光学系统F数为094,入瞳距为850mm,角分辨率为019mrad。投影仪的测试与仿真结果表明此光学系统完全满足红外场景投影仪的使用要求。     

用于长波红外目标模拟器的DMD衍射特性分析

基于DMD的目标模拟器应用于长波红外波段（8~12 m）时,DMD的衍射效应对系统的成像对比度造成较大影响。为使系统获得高对比度的红外图像,需要对DMD的衍射特性进行分析。首先根据DMD的结构和工作原理,将DMD等效为一特殊的二维闪耀光栅,并利用光栅衍射理论和傅里叶变换,推导出DMD二维光栅衍射模型;然后利用MATLAB对DMD在8~12 m波段的衍射模型进行仿真计算;最后对仿真结果进行了实验验证。通过仿真计算和实验分析得出结论:基于DMD的目标模拟器应用于长波红外波段时,照明光束需要选取合适的入射角;当入射空间方位角为0,入射天顶角为44~48时,目标模拟器生成的红外图像对比度达到最佳,系统成像质量最好。     

动态红外场景生成技术及其新进展

总结了目前主要的用于半实物仿真的红外场景生成技术,分析了其优缺点并介绍了其目前的发展水平,同时介绍了近几年出现的几种新方法,例如:具有高动态范围的基于微机电系统一可变光学衰减器(MEMS-VOA)技术的空间光调制器、适用于远红外波段成像的微型F-P腔阵列、利用第二型量子阱结构理论制作的带间级联红外LED阵列、使像素具有...