微光成像系统视距理论公式的修正

介绍了微光成像系统视距理论的基本概念，在对微光成像系统视距探测方程推导的基础上，分析了各参量间的关系及其对整体性能的影响，从大气透过率和光谱匹配等诸多方面进行修正，建立了更为实用和完善的视距探测方程，并结合车辆驾驶夜视仪进行了视距估算，验证了经修正后的视距公式的实用性，为微光成像系统的优化设计以及寻求实现中远距离观察的最优技术途径提供了理论帮助，这对微光成像系统的改进、提高和发展也具有一定的指导意义。最后提出了一些改进微光成像系统视距性能的途径。     

微光夜视系统新的阈值探测理论和视距探测方程研究

在对各种阈值探测理论和视距探测方程进行深入研究分析的基础上，从人眼阈值特性和微光视觉理论出发，建立微光夜视系统新的阈值探测理论模型，导出微光夜视系统新的视距综合探测方程。     

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。     

微光成像系统的阈值探测理论和视距探测方程的研究（续）

微光成像系统的阈值探测理论和视距探测方程的研究（续）艾克聪（四安应用光学研究所７１０１００）３实际成像系统探测方程的研究和分析为了克服理想成像系统探测方程存在的局限性和不足之处，许多专家学者对其作了进一步的深入研究，提出了各种不同的改进和修正意见，以...     

微光成像系统的国值探测理论和视距探测方程的研究（续）

微光成像系统的国值探测理论和视距探测方程的研究（续）艾克聪（西安应用光学研究所）４微光成像系统新阈值预测理论和视距探测方程的研究经典微光成像系统的阈值预测理论认为：只要通过成像系统所得到的景物图像给人眼提供的视觉信噪比大于人眼的阈值信噪比，目标物就能...     

微光成像系统的阈值探测理论和视距探测方程的研究

研究目前文献中常见的１８种微光成像系统探测方程之间的内在联系和异同之处，分析论证各种阈值探测理论和探测方程存在的问题和不足。在此基础上，从人眼的视觉理论和阈值特性出发，建立微光成像系统新的阈值探测理论模型，并分别导出微光直视系统和微光电视系统的视距探测方程。应用所导出的理论公式计算的数据与各种实际系统的实测数据进行了比较，证明新的阈值探测理论和视距探测方程是正确可靠的，且具有很高的精度。     

一种基于图像处理技术的视距估算方法

围绕视距估算,基于微光下的视觉探测方程和图像阈值对比度,利用图像处理技术和最小二乘数据拟合方法,提出了一种比较客观的夜视系统野外视距估算方法.为了验证该方法的有效性,针对六种夜视系统,分别进行了野外比较试验.试验结果表明：该方法有效地提高了微光夜视仪的视距检测速度,具有较高的估算准确度和很好的实用性.因此,该方法对于夜视系统性能分析具有科学的指导意义.     

用于微光夜视系统性能评估的新方法

为了全面、科学、合理地评价夜视系统的性能指标和作战效能，避免在野外实测微光夜视仪的过程中投入大量的人力、物力和财力，在微光成像夜视系统阈值探测理论和视景仿真技术的基础上，开发了一个集计算和仿真功能于一体的应用软件，提出了采用三维视景仿真软件作为夜视系统性能评估工具的新方法。该软件可以实现对微光夜视系统夜间成像的仿真和视距的评估。以三代微光夜视观瞄系统为试验对象，对其在不同夜间环境下进行了性能评估和野外测试。通过对结果的分析和比较，证实了该评估方法是实用的。     

微光夜视系统光晕效应定量表征与建模方法北大核心CSCD

研究了微光夜视系统输出图像中光晕尺寸和灰度分布与系统参数之间的关系,建立了系统光晕效应的定量化表征模型。首先分析了系统输出图像中光晕的产生机理;其次依据微光夜视系统成像原理,通过分析光电阴极产生的光电子数及初角度分布、光电子在光电阴极与微通道板之间的运动、光电子与微通道板非开口壁碰撞后的运动规律及微光成像系统各环节对能量的逐级传递,研究了光晕的定量化表征方法;结合上述理论研究,建立了光晕的数字仿真模型。结果表明:所提出的光晕效应表征模型能够与实验结果中光晕的灰度分布及尺寸较好地吻合;随着强光源能量增大,系统光晕效应越明显,光晕效应对系统成像质量影响越大。     

微光夜视系统在激光助视下的视距研究

微光夜视仪的最大作用距离是它主要的技术指标和进行系统设计的主要依据。根据前人的研究,系统总结了微光夜视系统的视距公式。为改变微光夜视系统易受外界影响的缺点,一般需要再加入激光助视系统。加入激光助视系统之后光源的类型发生变化,视距公式也会随之发生改变,其中最主要的是光谱匹配系数的变化,还有照度、对比度、反射率等都随之发生变化。详细分析了加入激光之后视距公式中各因子发生的变化,为合理选择激光类型提供理论参考。并且估算了头盔式微光夜间驾驶仪（其中所用光电阴极为超二代管）在激光助视下的视距。验证了选取激光类型的合理性。     

一种基于强迫性选择MRC测量的新方法

与传统光电成像系统成像质量的评价方法相比,最小可分辨对比度(MRC)能够更全面地反映光电成像系统的极限性能。它考虑了系统的灵敏度、噪声、目标空间频率以及人眼视觉特性等因素对系统阈值对比度的影响,可用于光电成像系统的视距估算。在分析微光ICCD成像系统工作原理的基础上,研制了新型微光ICCD成像系统MRC特性测试仪。以该系统为实验装置、以Weibull心理测量方程为理论基础设计了一种选择性靶标。基于选择性靶标,提出了一种基于强迫性选择MRC测量的新方法,利用该方法对微光ICCD成像系统进行了实际测量。该方法对建立微光ICCD成像系统MRC理论模型具有重要的指导意义,对直视型微光成像系统MRC特性的测量具有借鉴意义,对光电成像系统成像质量的评价具有重要的使用价值。     

直视型微光夜视系统最小可分辨对比度模型

从信号检测和人眼视觉角度出发,研究了直视微光夜视系统综合性能评估理论,推导出直视型微光成像系统的MRC（最小可分辨对比度）模型。该模型将光学传递特性与系统信噪比结合,建立了系统直视微光夜视MRC与目标特性、直视微光夜视仪以及人眼各部分参数之间的数学关系。验证结果表明,由该模型得到的系统极限分辨率相较于系统实际测出的分辨率相对误差为3.08%。     

基于不同静态性能模型的热成像系统视距估算

 基于NVL75，FLIR92和CFLIR国内外3种不同的热成像系统静态性能模型，采用静态性能参量MRTD建立对面目标的视距估算方程，并通过CFLIR40软件计算，比较不同模型下视距估算结果，得出：凝视型热成像系统在CFLIR模型下计算得到的MRTD值比FLIR92模型计算得到的MRTD值更接近实际测量值；在基本参数相同的条件下，利用MRTD估算的凝视系统的视距远远优于扫描系统的视距；对凝视型系统，从视距估算的结果来看，CFLIR模型略优于FLIR92模型。     

偏振-微光一体化EMCCD相机的设计与开发

多维度的信息获取是微光夜视探测技术未来的发展方向,偏振成像是光电探测领域中的一种维度,偏振相机的研制是研究偏振成像技术的前提。基于集成偏振阵列结构的电子倍增CCD(electron multiplying CCD, EMCCD)器件,集合EMCCD微光探测的优势和偏振维度的探测功能,论述了偏振-微光一体化相机的硬件电路设计和开发方案,完成偏振维度信息与光强度信息一机同步采集作业,并通过FPGA对原始数据进行偏振运算与图像传输处理。搭建测试系统,对设计与开发的偏振样机进行性能测试。实验结果表明,在温度273 K、读出频率2 MHz条件下,器件的读出噪声为8.81e-,动态范围约为74 dB,样机的消光比可达50.95,透过率可达60.16%,并可实时地选择性输出偏振度图像、偏振角图像、光强度与偏振融合图像,极大地提高了夜间环境下对目标的识别探测能力。     

基于人眼视觉的直视型微光成像系统MRC模型

首次将最小可分辨对比度(MRC)的概念引入到了直视型微光成像系统。在人眼视觉的基础上,从信号检测的角度出发,推导出了直视型微光成像系统的MRC模型。该模型综合考虑了空间因素和时间因素对成像系统的影响,给出了系统在不同目标照度、不同对比度情况下探测图像时的极限灵敏阈。模拟结果表明,由此得到的直视型微光成像系统的极限分辨率与实际系统给出的分辨率基本一致,是一种能更全面地评价微光成像系统性能的模型。     

基于散射介质成像理论的微光夜视系统研究

描述了一种基于大气散射特性分析的微光夜视系统设计。通过分析大气对光学辐射的散射作用,在理想光电成像系统探测方程的基础上,建立了散射介质成像的探测模型,表明大气散射会严重衰减目标对比度,而目标对比度的传递特性即系统调制传递函数将直接影响观察的作用距离。通过选择应用响应光谱主要集中于0.6μm~1.0μm的三代像增强器,优化设计光学系统的MTF,实现了大气环境下的微光系统作用距离的提高。完成的两种焦距分别为250mm和320mm,采用了三代像增强器的夜视仪.野外试验表明,实现对空目标作用距离最大13.7km~18.3km发现、8.0km~8.1km识别。     

一种改进的直视型微光夜视系统视距模型

针对经典视距模型对于三代与超二代像增强器的直视型微光夜视系统评价方面缺乏差异性,模拟仿真结果在10^-4 lx超低照度下不甚理想这一问题,对现有的经典视距模型进行了三个方面的优化:在系统的传递函数模型加入了人眼的传递函数;基于光阴极与景物的光谱匹配修正了景物在光阴极产生的平均光电子数和光电子对比度公式;在噪声来源中加入了背景噪声项.进而推导出改进的视距模型,并通过头盔系统的实际外场实验结果进行了验证.结果表明,改进的视距模型能有效分辨出超二代和三代夜视系统的识别距离的差异,计算结果更接近实际测量结果.     

光子计数模式下的目标探测与成像

 当光微弱到以单个光子发射时,成像系统只有利用光子计数模式才能探测到单光子信息。采用基于碰撞电离效应的全固态雪崩光电二极管作为探测元件,构成微光环境下的光子计数成像实验系统。该系统的硬件主要由雪崩光电二极管构成的单光子计数器、计算机、微光照度计、2维电控导轨、控制器、暗箱等组成。控制器的软件在Altera公司Quartus环境下设计,主要完成导轨运动的控制;上位机软件采用VC++编程实现系统的数据采集处理、系统功能控制和光子计数图像显示等。该系统为全固态结构,工作电压小于35 V,暗计数率小于4 Hz。所建光子计数成像系统在10－5 lx微光环境下实现了目标的探测成像。     

激光距离选通技术在微光成像系统中的应用

激光距离选通技术提高了微光条件下的远距离观测的视距,有效的克服了大气的后向散射对微光成像系统成像质量的影响。采用改进的同步控制技术解决了距离选通技术中激光器与摄像机的同步问题。实验结果表明,采用同步控制技术的距离选通技术对提高成像的质量和探测距离起到了关键的作用。     

基于增加光电子积分时间的磁镜装置研究

阐述了提高微光成像系统低照度探测极限的本质是需保证成像系统对光信号足够的积累时间,从理论上指出降低CCD温度实现低照度探测的局限性和实现技术的复杂性后,提出在光阴极与光电子接收器(屏靶)之间耦合一个磁镜装置(即微通道电子瓶板结构)作为一种新的光电子接收器,即可有效保证图像信号的积分时间,提高成像系统的探测信噪比,达到拓展微光成像系统低照度探测极限的目的。论证了磁镜场的物理机理,并用计算机模拟显示出了预期的结果。该方案在常温下能实现当前微光成像系统低温探测灵敏度极限10-11lx的目标。