热像仪空间NETD测量技术

凝视阵列型热像仪的空间噪声制约着热像仪对远距离目标的探测、分辨、跟踪性能。为解决热像仪空间噪声实际测量问题,分析了热像仪的空间噪声测量原理,给出了热像仪基于信号传递函数的空间噪声测量数学模型,介绍了热像仪某一组、某一区域或全部像素如何剔除时间域NETD,再通过统计计算得到其空间NETD的数学模型。对制冷型MCT320256凝视列阵热像仪的SiTF和空间NETD进行测量,当背景黑体温度为5 ℃时,FOV区域中心信号传递函数（SiTF）为27.29 mV/℃,NETD为0.128 ℃,20 ℃时FOV区域中心SiTF为29.03 ℃,NETD为0.121 ℃。测量结果表明:该方法可评估空间噪声对热像仪性能的影响。     

激光干扰红外成像系统的噪声等效温差及信噪比分析

噪声等效温差(NETD)和信噪比(SNR)是衡量红外成像系统性能的重要指标之一,它与探测器的多种性能参数有关。分析了激光辐照干扰红外探测系统及不同材料类型红外探测器性能参数变化。通过理论定量计算分析,比对YAG激光(波长1.06 μm)干扰前后系统噪声等效温差、信噪比曲线,得到了激光损伤后的NETD比损伤前NETD大2至3个数量级,同时,激光干扰后的信噪比相对激光干扰前信噪比小2个多数量级,进一步推导出激光干扰对红外探测系统的影响。     

基于FPGA的红外焦平面成像条纹噪声逐帧抑制算法的研究

红外焦平面阵列是当今红外成像技术发展的主要方向,随着器件工艺的进步,红外焦平面阵列探测器有了长足的发展,然而红外图像普遍具有信噪比低的缺点,这大大限制了红外焦平面的应用。与固定图案噪声（FPN）相比,随机噪声的最大特点是每帧均不同,因此去除该类型噪声的算法必须在一帧之内完成。提出了一种新型的单帧去除此类条纹噪声的算法并加以硬件实现,在单帧内设置适合的校正参数和阈值,达到在单帧图像内有效去除条纹噪声的目的。通过算法处理前后的图像对比以及客观的MSE、PSNR测试数据对比,证明了该算法能够有效地改善焦平面器件成像质量。     

红外热像仪参数的双黑体测量装置

对红外热像仪参数双黑体测量装置的工作原理进行了介绍。装置采用双黑体及反射型靶标为温差辐射源，可实现黑体温度温差准直辐射的定期校准和红外热像仪参数测量量值的溯源，也可实现红外热像仪参数的可控性，以及对它进行稳定的、可复现的精确测量。推导出利用红外热像仪参数双黑体测量装置测量信号传递函数SiTF数学模型，分析了红外热像仪参数测量装置的客观因素——仪器常数，针对仪器常数对SiTF测量的影响进行了试验。试验结果表明，仪器常数对红外热像仪SiTF参数测量精度影响较大，并同时影响时域与空域NETD及3D噪声的准确测量。     

低噪声红外辐射计设计

为解决热像仪测试设备校准问题,设计了内部参考黑体温度与环境温度相等的红外辐射计。为评估精密红外辐射计的性能指标,指导精密红外辐射计的设计,建立了红外辐射计NETD (噪声等效温差,Noise equivalent temperature difference)数学模型。估算了在不同电子带宽、光谱波段下红外辐射计的NETD。结果表明,当噪声带宽小于1 Hz时,红外辐射计自身的NETD在MWIR(mid-wavelength infrared )、LWIR(long wavelength infrared)波段均小于0.01℃,能够满足热像仪测试设备校准需要。     

基于哈特曼波前传感器的非制冷红外成像光学读出系统

提出了一种新的基于哈特曼波前传感器(SHWS)的光学读出系统.该系统利用SHWS探测焦平面阵列(FPA)单元在受热前后反射波前斜率的变化量重构被探测物体的红外辐射图像.在理论上详细讨论其成像性能后,实验获得了单元尺寸为60 μm×60 μm,阵列大小为34 pixel×38 pixel的高温物体红外图像,其噪声等效温度差(NETD)约为3.8 K.优化系统参数设计,可以提高哈特曼波前传感器对到达角的测量精度进而获得更小的噪声等效温度差.     

红外热像仪测试系统的研制与精度验证

目前红外测试能力的建设主要依靠进1：2，设备价格昂贵、供货周期长、维修困难。自主研发的红外测试系统，采用T型离轴折返式平行光管减小杂散红外辐射的影响，采用多帧平均算法减小随机噪声的影响，采用黑体、靶标轮和平行光管的一体化结构设计减小环境温度对平行光管焦距变化的影响，提高了测试精度。红外测试系统软件采用通用化架构和模块化编程技术，扩展性好。该系统与某美国进口的红外测试系统对比，红外热像仪NETD测试结果的偏差小于20％。测试过程和测试配置可自动化，大大提高了批量测试效率。测试系统成本低，性能与国外同类产品相当，性价比高，具有广阔的市场前景。     

一种新的热像仪作用距离表示方法

提出了一种利用噪声等效温差(NETD)计算热像仪作用距离的方法.分析了NETD的定义、表达式及其实际使用意义,建立了用NETD表示的热像仪作用距离方程,算法合理准确,提高了热像仪的利用效率.     

电子器件散粒噪声测试方法研究

本文分析了超导量子干涉器(SQUID)和超导-绝缘-超导(SIS)约瑟夫森结散粒噪声测试方法的应用局限性,提出了常规器件的散粒噪声测试方案.针对常规电子器件散粒噪声特性,研究了噪声测试基本条件,并建立了低温测试系统.通过采用双层屏蔽结构和超低噪声前置放大器,实现了较好的电磁干扰屏蔽和极低的背景噪声.在10 K温度下对常规二极管散粒噪声进行了测试,通过理论和测试结果对比分析,验证了测试系统的准确和可信性. 关键词： 散粒噪声 电子器件 噪声测试     

微悬臂梁FPA红外成像系统实时图像去噪算法研究

基于MEMS热传感效应的红外成像有着独特的优势。利用双材料微悬臂梁制作了MEMS IR FPA,并构建了红外成像系统。针对基于双材料微悬臂梁FPA红外成像系统中的图像噪声,提出了离散量和平均灰度的红外图像实时处理算法,解决了灰度阈值分割法在去除噪声的同时滤除掉目标物体像素、使红外图像细节丢失且灰度级减少的问题,在目标物体像素损失较小的情况下,去除了目标物体周围的随机噪声及背景噪声,提高了信噪比。     

扫描热成像系统NETD数学模型的研究

讨论了最近几十年发展起来的最具代表性的10种NETD模型的优缺点．在对它们进行综合分析的基础上建立起了新的适用于扫描热成像系统的NETD数学模型，得到的模型消除了光学系统大的f／#影响，增加了两个可供选择的光谱滤波函数，并考虑了占空比在模型中的影响．建立起的模型能客观全面地用于热成像系统温度灵敏度的性能评价。     

An Optical Readout Method Based Uncooled Infrared Imaging System

This paper presents an optical readout method based uncooled infrared imaging system that contains an optical read-out section and a bi-material micro-cantilever arrays (BMCA) detector. The optical read-out section is based on incoherent light spatial filter technique. The read-out section converts the deflection angles of BMCA caused by absorption of infrared (IR) radiation to a visible image through optical filtering operation of the BMCA with a knife-edge filter. A spatial mathematical model is presented to describe the read-out method and its validity is proved. The IR image of a person’s hand obtained through the using of the 100 × 100 BMCA and the 12-bit A/D quantizer demonstrates the ability of the system to create image. The performance test shows that the average Noise-equivalent temperature difference (NETD) of the imaging system can arrive at about 183mK with some areas having a NETD as low as 78mK. Project supported by Natural Science Foundation of China (No.60576053), National Technology Research and Development Program of China (No.2007AA03Z333).     

Analysis of point-target detection performance based on ATF and TSF

In many real applications such as remote sensing and space surveillance, traditional method based on ideal imaging has already been well-established. It is widely applied to analyze point-target detection performance of electro-optical imaging system, including signal-to-noise ratio (SNR) and noise equivalent temperature difference (NETD). However, this method cannot accurately predict these performance parameters, as it fails to take into account the influence of optical blurring caused by atmospheric turbulence, optics diffraction, optical aberrations, etc. In this sense, the methods, if proposed to thoroughly incorporate degrading factors into object acquisition model, would succeed to describe point-target detection performance to more degree of accuracy. The main focus of this article is to quantitatively analyze the influence of optical blurs upon point-target detection, and to establish close relationship between optical blurring and metrics of point-target acquisition. This point can be interpreted and achieved mathematically: the mathematical analysis based on image acquisition model is to combine Aperiodic Transfer Function (ATF) and Target Size Function (TSF) with analysis of SNR and NETD. In addition, the concept of NETD, traditionally used to describe extended object detection, is generalized and equivalently applied to analyze point-target detection. This refined method can be directly and conveniently used for faithfully predicting detection performance, and provides a more reliable benchmark for improving measurement setup, if we properly estimate the degree of image distortion.     

近高超声速高温蓝宝石窗口下中波红外成像退化分析仿真与性能测试实验

本文基于高温红外窗口热辐射红外成像探测器干扰机理,开展高温红外窗口成像分析、仿真与实验验证研究工作. 根据流体仿真计算获得的高温窗口温度及实验测得的窗口发射率、吸收率等参数,开展窗口热辐射计算;建立了光学窗口介质内部辐射传输路径和强度计算模型,并给出了窗口辐射出射模型以及相应红外成像模型;基于光学追迹方法,把窗口热辐射成像的计算问题转换成了光学计算问题;设计了一种基于高温蓝宝石红外窗口的加热实验,对红外成像仿真结果进行了检验. 通过仿真结果与窗口加热实验结果对照,将基于模型分析获取图像与实验结果图像作差,得到的平均每个像素误差值为0.45;实验发现在窗口约773 K条件下,设计的中波红外成像系统的信噪比、对比度分别降低到原来三分之一左右,而整个红外成像系统NETD值由原来的约52 mK上升到了954 mK. 本文提出的窗口热辐射分析方法可以有效估计窗口热辐射对中波红外成像的影响,设计的实验对成像系统的指标验证有较好的用途,同时对红外成像系统波段细化优选和成像参数调整,降低图像退化程度,都有着重要的指导意义. 关键词： 近高超声速 高温蓝宝石窗口 气动效应 仿真与实验     

锁相载流子成像技术在太阳能电池中的应用

提出了一种基于锁相载流子成像技术的太阳能电池特性研究方法。激光激励的红外光生载流子辐射测量技术是一种动态的近红外调制的光致发光成像技术,已经被证实为半导体输运参数的一种行之有效的非接触测量方法。提出的锁相载流子成像技术则是一种基于红外相机的动态近红外光生载流子辐射光致发光法,它是光生载流子技术在成像领域的延伸。采用锁相载流子成像系统对10片样片进行了实验,并对获得的红外图像进行了统计分析,由此得到了载流子成像统计参数与太阳能电池光电转换效率间的相关特性。结果表明,锁相载流子成像的统计参数可用于表征太阳能电池的效率。     

An approach for the performance analysis of an uncooled infrared bolometer imager

As an approach for analyzing an uncooled infrared bolometer imager, a method is introduced which supposes that a thermal system is built into the infrared radiation detection mechanism. In this analysis, the bi-directional radiation energy flows between two thermal elements are considered and a radiation thermal conductance between them is defined. Based on the values of the radiation thermal conductances and conventional material thermal conductance, an equivalent thermal circuit for a bolometer detector element is extracted. Calculations were carried out using software written in visual C++. The analysis shows a Noise Equivalent Temperature Difference (NETD) of 50 mK is obtained as a typical value, assuming that no additional noise other than temperature fluctuation noise exists, and that the NETD becomes better as the system time constant built into the equivalent thermal circuit increases.     

导弹特种车辆行驶操稳性测量系统设计

针对红外热像仪性能检测设备国产化的紧迫需求,设计了检测样机的电路系统。根据红外检测的设计指标要求,提出了测控系统的总体方案,详细介绍了检测系统的硬件电路设计,阐述了红外系统MRTD、NETD等关键指标的测试算法,给出了电路检测软件和维修指导软件的设计方法。实验测试表明,该检测系统电路达到了设计指标要求,已应用于某小型红外系统检测诊断设备中。