外场用红外目标模拟器辐射特性测量研究

野外便携式红外目标模拟器作为红外目标辐射源,广泛应用于各军兵种武器装备的效能测试评估中.针对外场模拟辐射源不能精确标定的问题,采用标准面源黑体和红外傅里叶光谱辐射计相结合标定的方法,对红外模拟器特定温度下的光谱辐亮度进行测量,计算出感兴趣波段的积分辐亮度,根据模拟器辐射面积给出用户需要的模拟器各设定温度下的辐射强度.分析计算表明:计算出的感兴趣波段的积分辐亮度值和理论曲线相比较,取得了良好的一致性,间接验证了该方法的正确性.     

高超声速飞行器红外可探测性能研究

以高超声速乘波体为例,针对稀薄大气空间高超声速目标的红外可探测性能进行分析研究。采用工程算法计算了不同飞行条件下的飞行器驻点热流分布,由此得到其辐射平衡温度;采用小区间求和方法计算大气对红外辐射的传输衰减作用;考虑了目标与背景辐射强度差异、点目标成像的弥散现象对探测器作用距离的影响,建立了新的红外探测系统作用距离计算模型。仿真实验表明,弥散系数随着目标探测器间距离而变化;随着飞行器飞行速度的增加,系统对目标的探测距离增大,同时与长波波段相比,中短波波段时的探测距离更大。外场试验结果表明,与现有算法相比,本文方法具有较高精度。     

琼斯法定标用双波段红外辐射计的研制和校准

目前野外工作大口径双波段红外经纬仪的外场辐射定标装置普遍采用大面积均匀扩展辐射源,该方法需要两套定标设备,功耗高、便携性能差、研制难度大。为解决这一问题,分析比较了不同定标方法的原理、过程及技术性能,得出琼斯法是对野外环境下工作的大口径红外经纬仪进行辐射定标最佳方案的结论。为此研制了双波段红外辐射计,该辐射计由黑体照明光管和参考辐射计两部分组成,采用牛顿式望远系统及中继光路系统,选用InGaAs和PbSe两款红外探测器分别接收短波红外和中波红外辐射信号,可对短波和中波双波段进行辐射定标。讨论了校准参考辐射计对保证红外经纬仪最终测量精度的必要性,并给出参考辐射计在短波和中波不同的校准方法和校准结果。对校准该辐射计的不确定度进行了分析,短波和中波校准不确定度分别为4.12%和2.35%。     

基于高阶奇次多项式模型的红外超广角图像中心标定

针对红外超广角系统成像畸变大、衍射明显,传统标定方法精度不高的问题,提出了一种基于高阶奇次多项式模型的红外超广角图像中心标定方法.以超广角镜头高阶奇次多项式模型为基础,对微小圆形目标成像的径向与切向放大率进行分析,设计了标定方法.利用椭圆方程对目标成像进行拟合,然后以椭圆长短轴比值作为目标函数进行二维高斯曲面拟合,最终将高斯曲面中心作为畸变中心.实验结果表明,本文提出的红外超广角图像中心标定方法对实验畸变图像横纵方向的标定精度分别为0.77pixels、1.02pixels,并以此标定结果对畸变图像进行校正,校正图像中直线最大均方根误差为1.56pixels.实验验证了本文提出的红外超广角图像中心标定方法的准确性,能够满足红外超广角图像畸变中心标定要求.     

利用立体目标空间性质的CCD标定方法的研究

提出了一种同时标定四台摄像机的内部和外部参数的新的标定方法。该方法利用空间平行直线的性质来确定摄像机的旋转矩阵,同时又根据直线间的距离来确定摄像机的平移矩阵,实现了快速而且稳定的标定。实验表明,该方法的精度达到了Tsai的标定方法精度。     

平顶线结构光的中心检测算法及光刀平面标定

针对传统线结构光光刀平面标定方法测量精度不高,应用范围小的问题,提出基于平面标靶的线结构光系统光刀平面标定,对无激光的标靶图片进行迭代摄像机标定,有激光的标靶图片进行光刀平面标定.提出光强符合均匀分布的平顶激光检测中心算法,将平顶激光建模为矩形的台阶函数,估计背景亮度和前景亮度,确定亮条纹宽度,再将窗口内的有效像素参与重心计算,得到光条纹中心.用该算法对不同噪声及不同量块的图片进行处理,结果表明,处理后图像的均方根误差分别在0.149pixel和0.176pixel内,表明该算法抗噪声能力强、精度高.用该算法提取光条中心,计算光条在标靶上的位置,根据至少两个姿态下的光条中心三维点,基于最小二乘法拟合光刀平面.通过迭代摄像机标定和光刀平面标定,利用三角测量法,在立体视觉模型下获取物体的三维点云数据.实验测量两个距离为100.5mm的标准球,相机与标准球距离为500mm,比较两球心距离与标准距离,测得平均误差为0.236mm.表明平顶激光检测中心算法切实可行,光刀平面标定方法基本满足要求.     

基于同步光解的OH自由基标定方法

OH自由基是大气中最重要的氧化剂,准确测量对流层OH自由基的浓度是厘清我国二次污染形成机理的关键.本文介绍了一种基于同步光解的OH自由基便携式标定方法,使用汞灯的185 nm线辐射处于层流状态下的具有一定水汽浓度的合成空气,光解HO2和O2定量产生确定浓度的OH, HO2自由基和O3.开展了臭氧浓度及廓线分布因子P和氧气吸收截面等影响因素的准确测量,降低该标定方法的不确定度.进一步构建便携式标定装置,建立应用于实际外场标定的OH自由基浓度快速获取方法.开展基于激光诱导荧光技术OH自由基(LIF-OH)探测系统的准确标定测试,准确产生3×10^8-2.8×10^9 cm^-3浓度的OH自由基, LIF-OH探测系统的荧光信号与自由基浓度具有非常好的相关性.在综合外场观测(STORM)的应用中该标定装置的不确定度为13.0%,具有良好的稳定性和准确性,可以用于复杂外场环境下LIF-OH系统的快速标定.     

基于动平台多源数据的运动目标测量方法研究

根据运动目标性能试验需求及试验平台的特点,建立一个影像数据测量系统,实现目标的运动视频记录和外部参数测量。采用基于OpenCV的棋盘格内参数标定结合基于平台上固定标识点、线为基准的外场标定的摄像机标定方法,采用高速影像数据、中线视频数据和GPS数据相结合的方法实现目标运动的轨迹、姿态等参数的测量。通过测量精度分析及多次试验结果证明,测量精度达到水平方向优于10 cm,高程方向优于5 cm,姿态精度优于05。     

基于红外图像仿真的光电模拟器研究

针对舰载光电跟踪仪仿真测试需求,提出基于红外图像仿真的光电模拟器的设计。利用Ｖｅｇａ仿真平台计算所得辐亮度和仿真图像灰度值之间线性关系,求解该线性映射关系,对红外仿真场景的图像进行分析标定。通过某型光电跟踪仪定型试验验证,光电通道跟踪精度达到１ ｍｒａｄ,满足系统指标要求。光电模拟器可完成在复杂背景、夜间等外场无法进行的试验条件下,对光电跟踪仪动态性能和战技指标的测试。     

Johnson准则在红外成像系统外场识别性能评估中的应用

通过对外场观测的红外图像进行反演,获取了目标的临界尺寸和目标与背景的平均温差.以热成像系统的测试最小可分辨温差曲线为基础,确定了反演目标表观温度对应的空间频率,并结合Johnson准则和目标传递概率函数建立了实测目标图像与热成像系统探测识别性能的数学模型.该应用技术在外场识别性能评估中避免了人员对红外靶标图像的主观判读,可建立起客观的外场红外系统性能评估模型.对外场实测热图像及数据进行了实验,计算结果表明该模型可以有效地对红外成像系统的探测识别性能进行评估.     

光谱段积分辐射计的研制

介绍了在原有的MARKII光谱辐射计的基础之上 ,通过对光学系统、红外探测器、电子线路、机械结构和计算机控制软件进行重新设计、制作和调试而研制出的光谱段积分辐射计 ,实现了对 1～ 3μm、3～ 5 μm、8～ 12 μm三个波段的积分辐射测量 ,通过对黑体的测量和标定 ,验证并获得了作为测量仪器高重复性、稳定性和精确性的要求     

双波段扫描辐射计的研制

介绍了一种新型小视场、高精度的双波段扫描辐射计。描述了系统的特点,分析了系统的总体方案。介绍了系统的工作原理,对系统的NETD进行了估算,对其探测器的选择、光学系统设计、调制系统设计、扫描机构设计、信号处理等方案进行了详细论述,对系统的标定和测量原理进行了分析,并给出了相应的计算公式。给出了系统的检测结果。     

CCD光谱谱线标定方法研究

CCD作为光谱分析和测色仪器的光谱接收器件 ,光谱谱线定位受单色仪狭缝和CCD光敏元尺寸影响。提出采用最小二乘法做曲线拟合和质心法来确定光谱线在CCD上的精确定位 ,使光谱谱线的定位精度得到提高 ,并且不受CCD光敏元尺寸限制。实验结果表明 ,两种方法对光谱线的定位 ,具有重复性高 ,稳定性好等特点。在定位精度上 ,两者具有一致性。     

Generation of Realistic Infrared Image for Moving Objects

Most of current methods are available for synthesizing the static infrared scene, but fail to simulate the infrared signature of the objects caused by motion. This paper presents a new method for generating realistic infrared image of moving objects. Considering various environmental factors, object geometry and structure, internal heat conditions and state of movement, an infrared image synthesis model for moving objects is established. Based on this model the rendering method for infrared image of this kind of objects is proposed. By incorporating the effect of atmosphere transmission and the noise mechanism of infrared sensor, the infrared images of the working aircraft and automobile are successfully generated from different viewpoint. Experimental results illustrate the potential of our method.     

红外对抗干扰效果自动评估方法研究

为有效评估红外对抗干扰效果,通过分析红外对抗干扰效果评估的一般方法,提出了基于图像特征的红外对抗干扰效果自动评估方法,给出了可行的图像特征向量组成,并通过实测数据进行了实验验证。结果表明,该方法可对红外对抗干扰效果进行定量和自动的评估,在红外对抗干扰效果评估试验中具有一定的应用价值。     

Infrared super-resolution imaging method based on retina micro-motion

With the wide application of infrared focal plane arrays (IRFPA), military, aerospace, public security and other applications have higher and higher requirements on the spatial resolution of infrared images. However, traditional super-resolution imaging methods have increasingly unable to meet this requirement in technology. In this paper, we adopt the achievement that the human retina micro-motion is the important reason why the human has the hyperacuity ability. Based on the achievement, we bring forward an infrared super-resolution imaging method based on retina micro-motion. In the method, we use the piezoelectric ceramic equipment to control the infrared detector moving variably within a plane parallel to the focal plane. The motion direction is toward each other into a direction of 90°. In the four directions of the movement, we get four sub-images and generate a high spatial resolution infrared image by image interpolation method. In the process of the shifting movement of the detector, we set the threshold of the detector response and record the response time difference when adjacent pixel responses are up to the threshold. By the method, we get the object’s edges, enhance them in the high resolution infrared image and get the super-resolution infrared image. The experimental results show that our proposed super-resolution imaging methods can improve the spatial resolution of the infrared image effectively. The method will offer a new idea for the super-resolution reconstruction of infrared images.     

基于背景最佳滤波尺度的红外图像复杂度评价准则

提出一种基于背景最佳滤波尺度的红外图像复杂度评价准则来解决传统方法评价背景效果较差的问题. 同时, 这种方法还可以为红外图像滤波提供最佳高通滤波尺度信息, 从而对红外图像进行性能最佳滤波. 首先, 生成高斯仿真目标并与红外图像进行融合, 获得包含仿真目标及真实红外背景的图像. 然后, 在不同高斯滤波尺度下对图像滤波, 并计算滤波后仿真目标的信噪比. 最后, 取滤波后目标信噪比最大时的滤波尺度作为背景最佳滤波尺度, 使用该尺度可评价红外图像的复杂度. 另外, 本文还使用数学模型推导了红外图像最佳滤波尺度, 得出最佳滤波尺度的数学表达式. 大量实验表明: 1) 本文推导的最佳滤波尺度数学表达式与实验曲线吻合. 2) 这种方法在评价红外图像复杂度方面比传统的基于信息熵的方法效果要好很多. 并且这种方法获取的红外背景复杂度为滤波最佳尺度, 可以直接利用这项指标对图像进行最佳滤波从而更好地检测弱小目标. 3) 仿真目标尺度越大, 最佳滤波尺度也会相应增大. 因此, 在评价图像复杂度时, 应使用相同尺度的仿真目标, 不同图像之间才具备可比性. 同时, 最佳滤波尺度与仿真目标的强度无关. 4) 本文算法使用的滤波器宜用高斯及Butterworth高通滤波器实现. 5) 本文提出的方法不仅可以有效分析红外视频的复杂度, 并且可以通过复杂度的变化分析图像内容的突变.     

基于多分辨率双边滤波的红外场景杂波抑制

背景杂波是影响红外搜索跟踪系统探测性能的主要因素,针对这一问题,根据红外场景中目标和背景特性,提出了一种基于多分辨率双边滤波的红外场景杂波抑制新方法.首先采用非下采样轮廓波对红外场景图像进行多尺度、多方向分解,提取红外原始场景图像在不同尺度和方向上的细节特征,然后,根据目标和背景信号子带分布特性之差异,通过应用双边滤波调整分解后的各子带系数,最后重构各子带就可将红外场景中目标信号和背景杂波分离,可有效地将背景杂波剔除掉.将本文提出的方法应用于实际的红外场景,实验结果显示,与经典的二维最小均方误差方法相比较,该方法具有更好的杂波抑制能力.     

提高基于CCD测量精度的新方法

为了提高基于CCD测量系统的测量精度,对传统的基于CCD的测量方法和测量精度进行了研究。当CCD成像平面与被测物体成一夹角α时,导出空间距离与图像像素之间的非线性关系。提出了通过标定和校准来提高基于CCD测量精度的新方法。实际结果表明,该方法可满足对大尺寸物体的高精度测量。     

采用视觉细胞响应模型的小目标复杂背景抑制

为了提高地面和云层等红外复杂背景下弱小目标的检测性能,提出了一种基于视觉细胞响应模型的红外弱小目标背景抑制新方法.首先利用简单细胞的感受野计算模型将原始图像采用Gabor函数卷积获得相同大小的两幅图像|然后采用设计的复杂细胞响应的非线性汇聚策略函数对获得的两幅图像进行融合处理,从而将红外图像中弱小目标和背景杂波分离,达到抑制背景的目的|最后采用自适应阈值分割技术得到目标点,实现了对红外弱小目标的检测跟踪.实验结果显示,与去局部均值和最大中值滤波两种滤波方法相比较,该方法能有效地检测出信杂比较低的弱小目标信号.