像素有效形状对微扫描红外超分辨成像的影响

超分辨成像是基于过采样来降低频率混叠、提高图像分辨率的技术,而像素有效形状是超分辨相关研究的重要对象。基于实际的红外焦平面阵型提出了Z形有效形状模型,并分析了常用的方形模型和Z形模型分别得到调制传递函数(MTF)的差别。还提出了形状边界到中心点的差值越小,其得到的MTF 越大的假设,通过对不同形状模型的MTF 推导分析和数值模拟,其结果证实了这一假设。数值模拟结果还表明圆形模型具有最大的MTF 值。上述结论对未来的红外焦平面阵型设计与生产具有参考意义。     

红外焦平面微扫描空间分辨性能分析与估算

受器件水平的限制,国内红外焦平面热像仪的空间分辨能力较国外先进产品尚有不小的差距.依据John Johnson准则,结合红外焦平面热像仪的调制传递函数(MTF)与最小可分辨温差(MRTD)的分析,发现当前国内应用最广的320×240像元红外焦平面热像仪的空间分辨能力与32元CMT热像仪存在一定的差距,其原因是红外焦平面热成像系统的空间分辨能力由MTF与MRTD联合决定,而非取决于焦平面探测单元尺寸决定的几何极限;分析了采用插值等电子变倍的方法实现像素的倍增,以提高红外焦平面热成像系统空间分辨性能的可行性;并对辐条状图案进行了仿真实验,结果表明:虚拟微扫描及微扫描技术能有效提高红外焦平面热像仪的空间分辨能力.     

红外焦平面阵列微扫描成像插值重建研究

红外焦平面阵列微扫描成像对空间分辨率的提高受到混淆效应的严重影响.通过对微扫描成像和重建过程的分析,建立了红外焦平面阵列二维微扫描成像插值重建的理论模型.对模型的分析求解,得到一组适当配置的插值函数,用这组函数来对红外焦平面阵列二维微扫描图像进行插值,重建的二维微扫描图像,可以消除因红外焦平面阵列欠采样产生的混淆效应.采用虚拟仪器技术和图形化软件编程对2×2微扫描插值重建进行了仿真,验证了在不改变红外焦平面阵列的像素分辨率情况下可提高红外成像的空间分辨率.     

基于Zemax仿真的红外光场成像技术

光场成像作为计算摄影学的研究方向之一,可以通过单次拍摄得到目标的四维全光信息,包括空间两维以及角度两维信息,由此可以通过多视角立体匹配原理实现三维成像。目前光场成像集中应用于可见光领域,用于其他光学成像波段的情况较为少见。本文提出基于Zemax仿真的红外光场成像技术,将光场成像系统与长波红外成像系统相结合,从光场成像原理以及长波红外成像特性出发,对长波红外光场成像系统结构设计进行了深入研究,同时为了提升三维成像的效果,分析了红外光场成像系统光学参数对深度分辨率的影响,得出深度分辨率主要由微透镜成像关系、微透镜工作F数、主透镜焦距、物距以及探测器像素尺寸确定。针对长波红外探测器像素数较少的情况选择了聚焦型光场成像系统,根据设计结果,使用Zemax仿真验证了长波红外系统与光场成像系统相结合的可行性以及理论设计的正确性。     

基于凝视成像探测器的平板调制式微扫描器设计

光学微扫描技术是微扫描亚像元成像系统中的核心技术之一。研究了基于凝视成像探测器的平板调制式微扫描器的原理和设计方法，分析了微扫描平板的误差对亚像元成像的影响，设计了一种基于凝视型面阵CCD探测器的光学平板调制式微扫描器，并实现了与亚像元成像实验系统的联调成像。设计方法不仅适于可见光成像，也适于基于凝视焦平面探测器的亚像元热成像。     

多块合并压缩感知实时成像（英文）

中长波红外成像探测器成本高昂,成为该波段高分辨成像和实时显示的巨大挑战。本文提出一种高效合并分块压缩感知方法（Multi-block Combined Compressed Sensing, MBCS）,适用于基于焦平面阵列的压缩成像系统,它结合了并行采样和快速重建优势,可通过低分辨红外探测器实现低分辨并行测量和高分辨图像快速重建。与传统的基于压缩感知超分辨成像相比,该方法可提升高分辨图像重建的质量,同时实现高速重建。本文对光学系统原型和MBCS重建模型测量矩阵构建过程进行了研究,讨论了合并块大小对重建性能的影响,发现存在最优块大小使重建速度与重建质量都最优。此外,本文还实现了基于GPU加速的MBCS重建算法,用于进一步改进并行成像系统的图像重建速度。仿真和光学实验验证了该光学系统并行采样和快速重建策略的有效性,512×512分辨率成像与显示速度可达到5 Hz。     

红外系统微扫描技术研究

介绍了微扫描技术及其给红外焦平面阵列(FPA)成像带来的好处,分析了微扫描红外焦平面阵列成像方案的特点,比较了各种微扫描成像方案的优势及不足,指出了红外焦平面阵列微扫描成像工程化的可行方案和研究方向。设计了一种采用非制冷氧化钒384pixel×288pixel焦平面探测器的长波红外微扫描光学系统。其工作波长范围为8～14μm,F数为1,焦距为150mm。利用光学设计软件CodeⅤ进行了仿真计算,对其像质进行了评价,并给出了微扫描系统的配置方案。     

红外焦平面阵列探测器空间采样效应模拟

红外焦平面阵列探测器空间采样效应会对红外图像效果产生影响,为提高仿真红外图像的置信度,在信号注入仿真中需要对采样效应进行模拟。通过深入分析空间采样效应机理,建立了采样效应的数学模型,分析了分辨率的变换过程。利用基于图像像素处理的方法从空域上对红外仿真图像叠加空间采样效应。仿真实验表明,叠加了红外焦平面阵列探测器空间采样效应的红外仿真图像置信度明显提高,可作为重要环节提高红外成像仿真整体的置信度水平。     

采用分裂Bregman的空间邻近目标红外超分辨算法

利用红外成像系统跟踪空间邻近目标时,目标在红外像平面的成像相互交叠形成簇状像斑,导致跟踪系统无法有效分辨这些目标。基于稀疏重构的超分辨方法是一种将稀疏重构技术应用于处理邻近空间目标分辨的单帧超分辨方法,能够有效估计目标个数和位置等参数。针对二阶锥规划方法求解基于稀疏重构的超分辨模型计算复杂度大、效率低的问题,提出采用分裂Bregman方法求解该超分辨模型,先通过引入辅助变量将原问题转化为一系列易于求解的子优化问题,然后利用交替最小化方法求解每个子问题,最后分析正则化参数的合理设置,从而实现对超分辨模型的最优化求解。仿真实验结果表明,所提方法能够有效求解基于稀疏重构的超分辨模型,在保证分辨像斑中目标个数和位置参数的前提下,计算耗时缩短了8%,有效提高了求解效率,便于工程实现。     

基于线列红外探测器的图像增强算法研究

针对线列红外探测器扫描成像特点,提出了一种基于平台直方图统计的红外图像增强算法。仿真结果表明,该算法能够校正扫描型热像仪由盲、闪元引起的黑白道,提高图像的对比度,修正全局灰度等级,锐化图像中的边缘细节,对扫描成像系统的红外图像具有较好的增强效果。     

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。     

机载面源红外诱饵及干扰效能研究

红外制导导弹,特别是红外成像制导导弹的发展,给飞机造成了巨大的威胁。而面源红外诱饵是对抗红外成像制导武器的有效手段。首先,在分析红外成像制导的原理和弱点的基础上,探讨了机载面源红外诱饵的干扰机理和作战能力指标,并介绍了机载面源诱饵的装备现状。其次,概述了自燃箔片红外诱饵和的自燃液体红外诱饵的装备现状和制备方法。然后,从试验研究、建模研究、图像生成、干扰策略研究等几个方面综述了机载面源红外诱饵干扰效能的研究现状。最后提出了一种基于探索性分析方法的机载面源红外诱饵干扰效能的仿真方案,能够综合多种因素分析诱饵的干扰策略。     

定向红外对抗系统中的激光器技术

便携式防空系统（MANPADs）、各类红外制导导弹等红外热寻的武器是民用、军用飞机重要的威胁。随着红外成像探测器被广泛用于热寻的制导武器,传统的红外干扰机、曳光弹难以形成有效对抗,以红外波段激光作为光源的红外定向对抗（DIRCM）系统是目前对抗热寻的武器的有效手段。文中回顾了目前有代表性的红外定向对抗系统,分析阐述用于红外定向对抗系统中的激光器关键技术,给出红外成像探器致眩区域计算方法,并讨论展望红外对抗激光器技术的发展趋势。     

红外热成像系统应用于反潜探测的分析

大面阵、高灵敏度的红外焦平面探测器技术的逐步成熟为红外热成像系统进行反潜探测的设想的可行性提供了保证，理论计算和分析表明：采用焦平面探测器的红外热成像系统可以在一定距离上分辨海面海水的细小温度差异，并可在高帧频下快速扫描大范围的海面，在反潜探测中有较好的应用前景。     

毫米波/红外多传感器融合跟踪算法研究

毫米波/红外(MMW/IR)传感器是各国发展多模复合制导技术的重点.针对平方根无迹卡尔曼滤波(SR-UKF)的估计算法存在线性化误差及粒子滤波中得到优化的重要性密度函数比较困难的问题,将平方根无迹卡尔曼滤波与粒子滤波相结合,提出一种序贯融合的平方根无迹卡尔曼粒子滤波(SRUKPF)算法.利用平方根无迹卡尔曼算法得到的状态更新矩阵和误差协方差矩阵,构造粒子滤波的重要性密度函数,这样重要性密度函数能够融入最新观测信息,进而更加符合真实状态的后验概率分布.为验证算法的有效性,以地空导弹中MMW/IR传感器复合制导为背景进行仿真研究与分析,结果表明,该算法克服了粒子滤波法难以得到优化重要性密度函数的缺陷,能有效提高多传感器系统状态估计的精度     

红外成像导引头闭环注入式仿真试验系统设计及一致性分析

闭环注入式仿真是开展红外成像制导武器对抗及其复杂环境适应性试验的一种有效手段,它在传感器被图像仿真计算机和图像注入接口设备取代的情况下,采集导引头的框架角数据,实时仿真生成红外数字图像,并通过注入接口设备直接注入到导引头信息处理电路中进行试验。分析了闭环注入式仿真试验的工作原理,设计了仿真试验系统的软硬件平台、工作时序,理论计算了仿真试验系统产生的失调角延时和失调角误差,并利用搭建的仿真试验与导引头实际工作一致性分析平台,分析了因失调角延时和失调角误差导致导引头输出的偏航、俯仰角速度误差和制导精度误差。仿真结果表明:仿真试验与导引头实际工作条件是一致性的,设计的仿真试验系统较为科学合理,该结论可为开展红外成像导引头闭环注入式仿真试验提供理论支撑。     

光学窗口透过光谱对特征目标红外成像探测效能影响仿真研究

红外成像在国防、消防、公共安全、化工、电力等领域有广泛应用,采用计算机建模仿真相比于实物测量方法来研究红外成像探测效能具有更高的效率。本文在建立目标辐射 大气传输 光学系统 红外探测器 信号采集完整仿真模型的基础上,通过软件仿真深入研究光学窗口透过光谱对特征目标红外成像探测效能影响规律,进而指导红外系统的设计优化。     

基于MATLAB红外双波段成像探测器性能仿真

红外双波段成像探测器能接收目标和干扰源在两个波段上的辐射能量.从普朗克黑体辐射定律出发,根据MATLAB软件模拟出的目标和干扰源的辐射特性来选择SW/MW两个红外波段.首先利用仿真程序计算InSb面阵探测器对于点黑体和面黑体的响应结果,由计算结果和测试结果较好的一致性,说明设计的MATLAB仿真程序具有实用性.再从实际研制的HgCdTe 128×128叠层式双波段器件结构考虑,通过一定的变换,利用仿真程序对HgCdTe SW/MW双波段成像探测器进行参数性能仿真,达到利用成像及双色比来区分目标和干扰的目的.     

基于改进Delaunay三角剖分的空间目标红外辐射成像方法

空间目标的红外成像仿真技术在军事国防、空间探测等领域都具有重要意义。本文提出了一种基于改进Delaunay三角剖分的空间目标红外辐射成像方法。此方法首先根据空间目标热平衡方程,利用节点网络法求解出目标的各节点温度,然后利用STK得出探测器、目标、地球与太阳的位置关系,随后由目标节点温度求得目标红外辐射强度,最后采用提出的改进Delaunay三角剖分的方法重建目标得到红外图像。本文以某卫星为例进行了成像仿真实验,实验验证了本文成像方法的有效性与高效性,对空间目标的红外探测与识别具有重要价值。