热像仪“三大规范”的编制奠定国防热像仪产业的技术基础

热像仪"三大规范"的编制,为热像仪产业化奠定了可持续发展的重要技术基础。本文是在热像仪"三大规范"编制实施工作的基础上,对其编制及实施过程中的经验和体会进行的归纳总结。

旋转镜鼓式热像仪的光雷达回波特性

旋转镜鼓式热像仪对光场的扫描主要由镜鼓来完成,在激光束的照射下,镜鼓棱及其邻域的后向散射不可避免地给散射光引进了一个附加的多普勒频移。对平行光束经热像仪后的动态回波特性进行分析研究,提出了一种测量光束多普勒频移的方法,并建立了相应的实验系统。实验结果与理论分析是一致的,为判别热像仪的工作方式提供了一种可能的方法。

热像仪性能参数实例分析

目前，红外界常用的热像仪性能参数是存在不少问题的，作者认为热像仪性能参数应是辐射分辨率、空间分辨率、光谱分辨率，本文举了二个实例进行剖析。

基于红外热像仪的涂层波段发射率测量

简要介绍了红外热像仪测量涂层发射率的原理,详细介绍了基于红外热像仪的涂层波段发射率测量装置设计与测试方法,实际测试发射率0.708～0.920之间的4个标准样品,误差均不大于2.06%。

红外热像仪MRTD测试方法研究

MRTD是评价热成像系统综合性能的重要参数。分析了热像仪参数测试系统的两种基本结构,比较各自的优缺点,给出了各自应用场所。研究了MRTD测试对热像仪参数测试系统各组成单元的具体要求。根据MRTD参数的特点,分析了引起MRTD测试结果一致性较差的原因,给出了相应的解决措施和修正方法。为验证解决措施和修正模型的正确性,以一个热像仪为例进行了MRTD测试,并将测试结果与该热像仪的出厂结果比对,测试结果偏差小于15%。实验表明,该修正模型可以提高MRTD测试结果的重复性和准确性。

凝视焦平面热像仪的红外图像增强技术

文中阐述了红外图像增强算法的种类和各自的优缺点,完成了凝视焦平面热像仪红外图像算法(图像增强、直方图均衡)的提取和实现,从中选择出适合的图像增强算法应用于红外图像处理中,达到了预期的效果。

非制冷焦平面热像仪温度控制设计

在分析法国ULIS公司生产的320×240长波红外非制冷微测辐射热计焦平面阵列探测器UL01011技术参数的基础上,论述了微测辐射热计非制冷红外焦平面热像仪温度控制的必要性,指出了温度控制设计的实质。并讨论了单片机、线性模式单芯片热电制冷器控制器和开关模式单芯片热电制冷器控制器温控方案的优缺点。提出了使用AD公司生产的全新单芯片热电制冷器控制器ADN8830的温控设计方案,以该芯片为核心设计出适合320×240长波红外非制冷微测辐射热计焦平面阵列探测器UL01011的温度控制电路,该电路能够把焦平面阵列温度变化控制在30±0.01℃范围内,使探测器工作在最佳温度。该方案功耗低、效率高、体积小,是一种较好的温控设计方案。

CO_2激光辐照氧化矾热像仪的实验

为了研究波段内激光辐照焦平面阵列热像仪时的性能表现,设计了一系列视场内辐照实验。理论上采用了平顶高斯函数和有限个复高斯函数之和模拟激光器输出的平顶型光束以及激光器输出镜和光路中各种光学元件构成的光阑,结合近轴光学系统的柯斯林光束衍射公式计算了激光光束的传递以及变换。在实验中,通过在光路中放置单透镜光学元件以及调节该元件和激光器与热像仪之间距离的方法实现了实验室激光光束对热像仪的有效干扰。实验结果表明,通过设计的光路,连续的低功率激光能够对热像仪成像形成干扰,激光光束在热像仪焦平面上形成的弥散斑能覆盖热像仪近30%的像元,使热像仪无法识别背景目标物。理论分析与实验结果相符。

基于热像仪的物体波段发射率的测量

提出了一种新的测量发射率的方法。该方法利用黑体作为已知发射率的参考物体,使用热像仪测量物体的波段发射率。分析了影响波段发射率测量精度的因素,介绍了使用热像仪、黑体测量物体波段发射率的试验装置及测试方法。实际测试待测物体的波段发射率,验证发射率测量结果的准确性,发射率设定为该测定值时,热像仪测量温度与精密测温仪测量温度差值小于0.5℃。

红外热像仪的噪声分析

为了深入理解红外热像仪的噪声特性并且应用到实际测量中,对红外热像仪的噪声进行了分类;分别对热像仪的各种噪声分量的产生和影响进行了深入分析;并重点分析了3维噪声模型、单一参数方法和4参数模型,给出了这几种模型的优缺点;最后指出在实际测量红外热像仪的噪声特性应该采用四参数模型,并给出了一个测量实例。

多视场热像仪变倍机构设计技术研究

介绍了多视场热像仪变倍机构设计技术。从结构设计的角度出发,对多视场热像仪常用的几种变倍机构的工作方式、光机结构特点及设计技术要点进行分析与研究,指出不同机构型式的优缺点和适用性。总结了多视场热像仪变倍机构设计的主要原则。

对NETD表达的红外热像仪探测距离的讨论

红外热像仪对目标的探测距离的计算方法已有多种,本文对基于目标与背景温差ΔT0和等效噪声温差NETD而推导出的公式进行了分析,对大气透过率aτ对ΔT0的衰减作用提出了不同的看法,并据此对基于ΔT0和NETD的热像仪探测距离公式进行了修正,对影响NETD参数的诸多因素进行了分析。在此基础上,推导出了热像仪对含有不同温度的多个红外辐射源的同一目标的距离计算公式。

一种用热像仪获得烟幕透过率的方法

提出了一种用热像仪测试烟幕透过率的方法。经详细分析烟幕遮蔽前后热像仪探测器接收到的红外辐射情况,并经理论推导得出:不考虑烟幕释放对环境辐射和大气辐射的影响时,只需用热像仪对同一场景拍摄其烟幕释放前后的图像,利用这两幅图像的灰度信息即可获得烟幕的透过率,并且,只要场景选择合适,应用该方法可以测得烟幕的透过率分布。论文最后讨论了减小透过率计算误差的方法和获得烟幕透过率分布的技术途径。

非制冷焦平面热像仪获取脉冲CO_2激光光斑研究

采用漫射红外成像法对脉冲CO2激光光斑进行了测量,分析了电扫描体制非制冷红外焦平面热像仪获取窄脉冲CO2激光光班的机理,解释了出现半光班现象的原因;并采用同步发射激光技术,保证了单次激光脉冲的完整、稳定捕获,得到了脉冲CO2激光相对光强分布及相关光束质量参数。

红外热像仪的空间噪声和时间噪声分析

噪声特性是衡量红外热像仪的一个重要指标。本文对热像仪的噪声来源和影响因素进行了分析,并通过实验分别计算了实测图像的空间噪声和时间噪声。实验结果表明了在实际观测过程中,图像的空间噪声通常要大于时间噪声,而且空间噪声在热像仪经过非均匀性校正之后的一段时间内会逐渐增大,而时间噪声不会有明显变化。基于时间噪声小于空间噪声且不随时间变化的特点,为红外图像中的目标检测提出了新的思路。

长焦距非制冷长波红外热像仪折射／衍射光学设计

衍射光学元件具有特殊的负色散特性,在光学系统中能够代替透镜,有效地提高系统性能、减轻质量并减小体积。而且将其应用到红外系统中具有得天独厚的优势。文中利用折射/衍射光学技术,设计了一套两片式、长焦距、结构紧凑、质量轻便的非制冷红外热像仪光学系统。热像仪工作波段为8～12μm,焦距120mm,F数为1,对角线视场±4.3°,系统镜头的成像质量接近衍射极限,在探测器的Nyquist频率处MTF测量值高于0.6。对该热像仪的识别距离进行了估算,系统能够识别1～1.6km处的车辆目标。

热像仪建立覆膜砂SLS过程激光能量输入模型研究

利用热像仪，通过计算机自动控制，对覆膜砂选择性激光烧结（SLS）过程的温度场进行了测定和研究，避开了使用传统测温方法的各种干扰及缺点．通过对热像仪测温结果的研究，确定了覆膜砂SLS成型的合适的工艺参数范围：扫描速度10mm／s，激光功率16～20W·根据热像仪测温结果，结合ANSYS数值模拟计算，建立了覆膜砂SLS过程的激光能量输入模型．该模型考虑了扫描过程中激光与覆膜砂相互作用的因素，用于预测不同的工艺参数对覆膜砂SLS成型过程的影响，为进一步分析各种成型工艺变化对覆膜砂固结效果的影响，以及激光快速成型工艺的计算机优化奠定了基础．

扫描型热像仪扫描匹配技术

分析了扫描型探测器时间延迟积分级工作过程,指出了摆镜扫描线性度和稳定性对系统性能的影响;以576×6探测器为例,推导出了摆镜控制参量与热像仪列周期参量之间的数学关系式,并对两参量在实际系统中的应用做出了限制。最后测试参数证明了理论推导的正确性。为扫描型热像仪尤其576×6热像仪的扫描控制与探测器列周期之间的匹配提供了理论依据。

热红外热像仪测量温度的误差分析和修正

红外热像仪具有非接触、精度高、直观、可实时大范围地观测表面温度的优势,对表面温度的测量研究较为适合。但由于环境和被测物体的材质、表面几何结构和观测角度的影响,会使成像上表现的温度测量值结果产生一定的误差。本文通过理论分析并结合多次使用热像仪进行公路热环境观测的经验.总结了野外应用热像仪进行精确测量时需要注意的问题和降低误差的手段,并借鉴遥感图像处理方法提出了对整幅热像的温度进行逐像元修正的方法.得到较好的订正效果。

热像仪最大探测距离和最大识别距离的方程求解

通过对热像仪最大探测距离ｄd和最大识别距离ｄｒ计算方程的讨论，得出统一的计算模型，提出一种无需初值的自适应快速算法──自适应中值法．实验证明此算法具有良好的快速收敛性和很高的精度．