Research on Night Vision System Based on Range-Gated Imaging

A design of low-light-level night vision system is described,which can image objects selectively in the specific space. The system can selectively image some objects in specific distances,meanwhile ignore those shelters on the way of observation by combining an intensifying charge coupled device(ICCD) with a near infrared laser assisted in vision,whose operation wavelength matches with the photocathode of the image tube,and adopting the gated mode and adjustable time-delay. A semiconductor laser diode of 100 W in peak power is chosen for illumination. The laser and the image tube operate in 150 ns pulse width and 2 kHz repeat frequency. Some images of different objects at the different distances within 100 m can be obtained clearly,and even behind a grove by using a sampling circuit and a delay control device at 100 W in peak power of semiconductor laser diode,150 ns in pulse width of laser and image tube,2 kHz in repeat frequency.

一种基于微光夜视系统下光电阴极探测的评价因子

光谱匹配系数是微光夜视仪性能评估的重要参数,但传统的光谱匹配系数只能反映出光电阴极在响应波长范围内与目标光谱的吻合程度,并不能区分出不同代的光电阴极在微光夜视系统中的性能。因此,结合初始对比度、光电阴极的积分灵敏度和光谱转换系数建立了一个评价因子方程,用于描述光电阴极对探测景物的影响,同时对目标与背景的初始对比度公式进行改进,提高了初始对比度的准确性。计算超二代光电阴极材料New S25和三代光电阴极材料GaAs与不同景物的光谱匹配系数和评价因子,New S25与景物的光谱匹配系数要大于GaAs与景物的光谱匹配系数,证明了光谱匹配系数的局限性;GaAs与景物的评价因子大于New S25与景物的评价因子,证明了提出的评价因子能够更有效地评估微光夜视系统的性能。

一种改进的微光夜视系统视距探测方程

视距是评估微光夜视成像系统性能的一个重要参数。随着微光夜视探测技术的发展,经典视距模型的视距仿真结果与实测结果出现了一些偏差,特别是在10-3 lx低照度条件下视距仿真结果不甚理想,这对微光夜视仪在实际应用中造成了很大的阻碍。针对这一问题,从微光成像系统成像链路的三个环节对经典视距模型进行修正:考虑大气透过率对微光夜视系统视距的影响并对经典视距模型中的大气透过率因子进行修正;基于像增强器噪声因子对视距模型进行修正;考虑人眼视觉传递特性对微光夜视系统视距的影响,在系统的传递函数模型中加入了简化的人眼视觉模型。进而推导出改进的视距模型。结合野外试验数据,验证了改进视距模型的有效性和实用性,这对于微光夜视系统的设计、评估和应用具有一定的指导性意义。

数字微光器件研究进展

数字微光器件作为新一代微光夜视装备的核心器件,相比于传统真空微光器件因具有数字化输出的优势而备受各国重视。本文综述了低照度CCD(charge-coupled devices)/CMOS(complementary metal oxide semiconductor)、科学级CMOS、像增强型CCD/CMOS、电子倍增CCD及电子轰击APS(active pixel sensor)/CCD等数字微光器件的研究现状,分析了数字微光器件的应用情况。最后,提出了微光技术和数字微光器件的发展趋势。

微光场景下的时空域EMCCD视频降噪算法

针对EMCCD(Electron-Multiplying Charge-Coupled Device)在微光条件下捕获的视频噪声大(峰值信噪比低于25 dB)的问题,提出一种降噪效果好且计算复杂度低的改进时空联合降噪算法EMVDE(EMCCD Video Denoising,用于EMCCD的视频降噪算法)。EMVDE在时域上执行改进卡尔曼滤波与像素相似度加权帧平均结合的算法进行运动估计和消除帧间噪声,空域上执行双边滤波、直方图均衡以及去斜条纹算法进行细节增强。在数据集上的实验结果表明,与原始大噪声视频帧(光照度0.002 lx)相比,降噪后视频帧的峰值信噪比平均提升了9.18 dB,结构相似度平均提升了0.43,视觉效果得到了明显提升;同时,EMVDE算法基于FPGA硬件实现仅占用30%的LUT和36%的I/O资源,工作频率高达22MHz,能够满足以25 fps的速率处理视频序列的需求。

用于单筒双目微光夜视仪的折叠式光学系统设计

设计了一种折叠式光学系统来缩短微光夜视仪轴向尺寸,提升头戴式微光夜视仪佩戴舒适性。首先给出总体设计,包括折反式物镜和长工作距离、双通道目镜系统设计,之后通过理论计算获得物镜和目镜的指标参数,最后选用符合要求的初始结构,采用软件对折叠式光学系统进行优化设计。采用折叠式光学系统的微光夜视仪,与传统直视型夜视仪相比轴向长度由110 mm减少到70 mm,更接近佩戴者头部,可以有效提升佩戴舒适度。

微光夜视成像系统最大作用距离估算与试验验证

微光夜视成像系统是一种常见的光电设备,其最大作用距离直接反映系统的综合性能,为系统设计考核的重要技术指标,它决定着设备对特征目标的发现、识别和辨认距离。论文在充分考虑系统设计参数对作用距离影响的基础上,结合基于光量子噪声和系统传递函数计算分辨力的方法,建立了较为全面的系统分辨力计算方程。结合某型微光夜成像系统的设计参数进行了最大作用距离估算,同时采用实装试验的方法对估算结果进行了对比,验证了估算方法的有效性,能为相同类型设备的技术指标考核提供技术支持。

微光夜视仪分辨力客观评价判据研究

本文利用灰度 -梯度共生矩阵模型对微光夜视仪分辨力测量图像的纹理特征进行了分析 ,通过对大量图像的纹理特征参数的计算 ,结果表明 ,梯度熵能对微光夜视仪分辨力测量图像的纹理特征作出有效的客观评价 ,其计算结果与人眼的观察结果具有较好的一致性。通过对人眼观察结果与计算结果比较表明 。

微光夜间驾驶仪探测距离研究

在经典微光系统视距探测方程基础上 ,从大气透过率和光谱匹配等方面进行修正 ,可以建立更加实用和完善的视距探测方程。本文利用修正的微光成像系统视距理论 ,结合车辆驾驶夜视仪 ,对各参数间的关系及视距性能影响进行了分析 ,并对典型环境条件和特定目标背景下的视距进行了理论估算 ,与其综合夜视性能的实验结果相符 ,达到车辆驾驶夜视仪的各项预期指标 ,因此验证了经修正后的视距探测方程的实用性 。

环境照度对微光夜视仪器的影响

文中计算了微光夜视仪的最佳工作照度范围为10-2～11x;以一代微光夜视仪为例,估算了强光照度下对寿命的影响。

塑料非球面与折/衍面混合微光夜视物镜设计

将衍射面和塑料非球面元件引入到传统的Petzval型球面系统中,设计了含有1个衍射面和1个塑料非球面元件的5片单管双目式微光夜视物镜,并分析了塑料元件的热效应影响,计算了衍射面的加工工艺参数。该物镜具有长焦距、大相对孔径、小畸变的特点;在物距L=∞和L=10 m、空间频率为40 lp/mm时,轴上传递函数≥0.70,轴外传递函数≥0.50,全视场畸变≤0.40%;光学总长由传统物镜系统的128 mm缩短为110 mm,重量仅为190 g,减少为传统物镜的62.5%,适用于夜间瞄准与测量。

微光夜视仪的作用距离估算与仿真

微光夜视仪是一种重要的夜视光电器材,而作用距离是其重要的性能参数之一。本文针对微光夜视仪的视距估算,分析比较了极限分辨率曲线法、光子受限法和修正的光子受限法等三种方法的视距估算原理,并利用VB语言编程开发了视距估算软件。实验结果验证了微光夜视仪作用距离估算模型的有效性。

夜视图像的彩色融合技术及其进展

介绍了夜视彩色图像融合算法的研究进展 ,着重分析了以接近自然色彩为目的的MIT法以及我们提出的线性组合法、基于视觉拮抗模型的非线性图像增强与线性组合法结合的混合结构法 ,给出了若干组场景下各方法的微光与热成像的彩色融合图像以及微光彩色融合图像 ,显示出良好的目视观察效果 ,提出了需要进一步研究的问题和关键技术。

无限远微光瞄具目标模拟发生装置研究

根据射手夜间瞄准射击时实际夜天光环境下景物反射的光照度值,计算出进入微光瞄准镜入瞳处的光照度值,以此照度值设计了双积分球照明模式的无限远微光瞄具目标模拟发生装置.根据积分球原理在双积分球之间设置有可变光阑,根据检测系统要求为微光夜视仪提供了四档可切换的微光照度环境.为保证在实验检测过程中待测瞄具能接收到光源出射的最大光照度,分析了待测瞄具距离平行光管的实际安装位置,得出影响待测瞄具入瞳处光照度值的三个关键因素为大小积分球之间可变光阑的口径、平行光管的视场及被测瞄具距离平行光管物镜的安装位置.最后,对积分球出射窗口处光照度,以及经过无限远目标模拟发生装置后出射的光照度值进行分析计算与实验测量,结果表明光照度不均匀度<2%,满足应用要求.

微光夜视仪对烟火闪光辐射的响应

本文以微光夜视仪为研究对象,利用烟火药爆燃产生强闪光,首次对微光夜视仪进行了强光干扰试验研究,得到了夜视仪对烟火药爆炸强闪光的响应现象,并进行了初步分析。

铟镓砷焦平面阵列在微光夜视应用中的潜力及前景

得益于夜气辉在短波红外（SWIR）0.9～1.7μm波段的自然辐射数十倍强于夜天空在可见光和近红外（NIR）0.4～0.9μm波段的辐射，SWIR成像成为应用于微光条件下的成像探测的最佳选择，由晶格匹配In0.53Ga0.47As/InP制作InGaAs焦平面阵列（Focal Plane Array，FPA），灵敏于0.9～1.7μm波段，在整个响应波段具有超过70%的量子效率，和室温非制冷工作的极低的暗电流。通过减薄基底，还可将InGaAs FPA的短波限延伸至可见光波段的0.4μm。最近几年，超低暗电流、低读出噪声、大面阵和小像素尺寸的InGaAs FPA的开发取得了实质性的进展，特别是暗电流得到了数量级的降低，InGaAs FPA探测器已经显露出应用于微光夜视的极大潜力，并且还通过采用更复杂的温度相关的非均匀校正算法实现了无TEC的低功耗工作，基于超低噪声的密集阵列InGaAs FPA的SWIR成像技术有望成为新一代夜视技术的一个重要组成部份。

用于微光夜视仪性能检测的夜间仿真环境

作为开拓人眼视觉的夜视技术,自20世纪30年代出现以来,已经取得了迅猛的发展和应用,尤其是研究低照度下实现正常观察的微光夜视仪,已相继研制成功了性能成熟的四代产品,并在工业、农业、国防建设等方面有着极为广泛的应用前景。其作用距离的检测一般都在野外进行,文章从实际景物和夜天光的辐射特性出发,介绍了在暗室中研制符合实际景物反射率、对比度的目标和场景以及符合光谱要求的均匀夜天光模拟器,从而为微光夜视仪性能的检测提供了一个稳定的夜间仿真环境。

适用于昼夜视觉的微光CIS

CMOS图像传感器(CIS)相比于CCD图像传感器具有可集成更多功能和集成度以及更小的系统尺寸、重量和功耗及成本(SWa P-C)的优势,CIS技术的最新进步,特别在低读出噪声和高灵敏度的突破,使其不仅达到了相当于CCD图像传感器的图像性能,同时也将其微光使用限定推进到了微光条件,介绍了一种高灵敏度低噪声大动态范围的微光CIS组件,具备从白天到多云残月夜晚的实时单色成像能力,可作为一种在微光成像性能和SWa P-C优选的可见光近红外(VIS-NIR)昼夜成像器件。

头盔式微光夜视仪中折/衍混合物镜的设计

为了使头盔式微光夜视仪结构更加紧凑和小型化,在成像物镜设计中引入衍射面,利用衍射光学元件(Diffractive Optical Elements,DOE)独有的负色散性质和光波面任意相位调制的特点,运用CODEV光学设计软件,设计了焦距为25 mm,视场为40°,相对孔径为1/1.2,全视场畸变≤5%的头盔式微光夜视仪的折/衍物镜系统,并讨论了适用于加工衍射面的结构参量。结果表明在物镜光学性能保持不变的情况下,所设计的折/衍物镜与传统物镜比较,成像物镜在使用两个衍射面后,提高了物镜的成像质量,镜片数由原来的9片减少到了7片,光学总长由原来的75.9 mm缩短为57.8 mm。

微光助视下夜视仪效能分析及特征参量表征

为科学评价微光夜视仪的性能指标和作战效能,系统分析了微光夜视系统视距探测方程及微光助视效能,阐明了"微光增视可以提高观察距离多少倍"的说法不宜作为衡量助视效能的技术指标。定义并表征了微光助视效能的4个特征参量:Em、Ex、Ey、Eb。靶场实验结果表明:当夜天环境照度为0.6×10-3lx时,微光夜视仪难以获得清晰的景物图像,通过微光助视,施加特征参量Ex后,微光夜视仪处于理想的工作状态。