可调对比度光学无穷远目标源设计

在光电跟踪测量设备对低对比度目标捕获能力检验中,提出一种利用可调对比度光学无穷远目标源检验的新方法。采用这种方法需建立可调对比度光学无穷远目标源装置,介绍这种装置的设计依据和设计过程。该装置可以模拟天空背景的辐亮度及这个背景下的一个低对比度目标,它利用大、小两个积分球分别模拟背景与目标的辐亮度,利用安装在大积分球上的准直物镜使目标及背景成为无穷远的目标源,在积分球上分别安装内置和外置照明光源,外置照明光源中装有光束准直系统,使卤素灯发出的光束成为平行光后射入积分球内,利用可调光栏控制通光口径的大小,从而控制了进入积分球的光通量,使得背景与目标的辐亮度在色温不变的条件下连续可调,实现目标对比度连续变化,变化范围0~90%,对比度稳定精度优于1%,光谱范围400 nm~800 nm内最大背景辐亮度优于60 W/m2sr。     

可见光电视摄像机整机MTF测量装置及方法

调制传递函数（MTF）是评价电视摄像机成像质量的重要参数。介绍了一种用于可见光电视摄像机整机MTF测量装置及方法。设计了三积分球目标发生器系统，通过电动衰减器实现了目标和背景亮度的独立可控,其出口不均匀性为4.1%。采用基于倾斜狭缝法的亚像元自动插值与匹配算法以及线扩散函数（LSF）的最小二乘拟合分析法，实现了倾斜角度的自动计算以及MTF的精确测量，测量装置的重复性为0.007。通过与国外先进仪器的比对实验，表明建立的电视摄像机整机性能测量装置可以有效解决电视摄像机整机成像质量性能评价问题。     

基于测量最小可分辨对比度的CCD相机成像质量的评价

针对评价CCD相机成像质量MTF方法的缺点,引入了最小可分辨对比度MRC这个评价指标,并研制了相应测量MRC的系统.在这个系统中采用两个重叠积分球分别对靶标的正反两面照明,通过改变这两个积分球的亮度就可以获得可变的对比度.实验结果表明：测量MRC系统测量亮度的误差可控制在±0.3cd/m2以内; CCD相机的MRC随着空间频率的增加而增加;测量CCD相机的MRC是评价CCD相机成像质量的一种快速有效的方法.     

红外成像系统NETD参数测试算法及应用研究

噪声等效温差(NETD)是表征红外成像系统灵敏度的关键参数,也是评估红外成像系统性能的重要参数之一,应用广泛。通过对红外成像系统3D噪声、信号传递函数(SiTF)、NETD等参数测试方法、算法和流程研究,给出一种基于视频文件的3D噪声离线对比测试方法和一种SiTF线性区自动判断计算斜率算法,在此基础上针对某型技术保障装备国产化光电检测平台开发了配套应用软件功能模块。实现了通过计算单位均方根噪声所对应的SiTF斜率值,分析得出系统NETD参数值的功能。以某型热像仪为被测对象,开展了测试结果重复性和一致性试验,并与美国Optikos公司I-SITE红外整机测试系统进行了对比测试。实验结果表明开发的NETD参数测试功能模块测试精度和重复性满足设计要求,具有较高实用价值,已进行了工程应用。     

高分辨率可见光相机作用距离的估算

根据光电系统点目标探测概率、虚警概率公式,从信号和噪声的统计特性出发,推导了可见光相机对点源目标的作用距离公式.并综合考虑人眼的目标发现能力、目标的亮度对比度、观察等级和探测概率的要求,计算出面源目标的作用距离.为了便于计算,编制了相应的软件,并以高分辨率可见光相机为例,通过计算实现了对高分辨率可见光相机点源、面源目标的作用距离的估算.     

光电成像系统动态调制传递函数测量装置

在光电成像系统中,动态调制传递函数受到光学系统波像差、探测组件信号分辨率及传递特性以及载体运动引起图像模糊等环节对图像质量的综合影响,成为光电成像系统的重要参数之一。论文基于光电成像系统动静态调制传递函数的测试原理,研制一种动态调制传递函数测量装置,其中光学准直系统焦距为10 000 mm,运动目标速度控制范围达到30 mm/s～5 000 mm/s,满足长焦距光电成像系统的动态调制传递函数测试。利用该装置进行了一系列的实验研究,结果表明,动态调制传递函数测量重复性优于0.01,测量不确定度达到U=0.05（k=2）。     

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。     

10～200000 cd/m2宽量程亮度量值复现

为了应对高亮度量程计量溯源需求并提高国家亮度计量标准的复现能力,建立了可覆盖10～200 000 cd/m2量程的新一代国家亮度工作基准装置.研制了双光束注入式可调高亮度均匀光源并在光源出口安装了精密孔径限制光阑,研究了基于积分球亮度源法复现亮度绝对值的方法,对光源的稳定性及空间输出特性、复现装置定位精度、标准照度计的线性及光谱失配误差等关键计量特性进行了实验及分析,最终将复现的亮度标准值保存至标准亮度计用于未来的量值传递工作.实验结果表明:基于亮度源法的亮度复现装置在10～200 000 cd/m2量程量值复现相对扩展不确定度为0.7%(包含因子为2);其复现量值与基于灯板法的3～1 500 cd/m2国家亮度工作基准的偏差小于0.2%;装置测量范围上限较原基准提高了2个量级,基本覆盖了常规亮度计的量程,可很好地满足当前更高亮度应用领域的计量校准需求.     

距离选通成像系统分辨力模拟测试装置的设计

距离选通成像系统采用的是脉冲激光主动照明与ICCD选通技术相结合的方法。为了在室内模拟测试在一定大气条件下距离选通成像系统的分辨力,设计了一套模拟测试装置。以辐射传输理论为基础,建立了大气距离选通成像系统后向散射光和信号光的模型。该模型给出了后向散射光和信号光在光电阴极面上照度随时间的变化规律。采用两个模拟光源,分别模拟了信号光和后向散射光。采用阴极面等效辐射照度法,给出了模拟光源功率的方法。以S 20光电阴极的像增强器与CCD的耦合为例,计算了模拟光源的功率。     

一种光电成像系统调制传递函数的测量方法

调制传递函数(MTF)是设计和评价光电成像系统的重要参数,在证明了边缘图像的边缘扩展函数与累积直方图逆函数存在着线性关系的基础上,提出了一种基于统计直方图的MTF测量方法,设计了包括光学系统和探测器的仿真实验,搭建了包括积分球、靶标、平行光管和数字摄像机等装置的物理实验平台,以光电成像系统的设计参数和理论模型得到的理论...     

光电侦察与跟瞄装备测试技术

在现代信息化战争中,光电侦察与跟瞄装备的研制试验和使用维护都离不开其测试技术的保障。从4方面简述了国内外光电侦察与跟瞄装备测试技术的发展现状,目前,可见光及微光成像性能参数已实现数字化的综合测量,其中,像面均匀性和畸变检校的测量不确定度分别达到1%和0.2%,最小可分辨温差(MRTD)等红外热成像系统性能参数已出现客观的评测方法,最大测程等激光测距系统性能参数的测量允许误差极限达到1%以内,多光轴一致性的检校测量不确定度达到2。未来,我国在该领域的研究热点将集中在发展各种现场快速精准的检校手段,以及继续提升红外、紫外、微光和白光成像测试技术等方面,并建立和完善其相应的测试标准和保障系统。     

卫星多光谱扫描仪模拟空间环境辐射定标技术

模拟空间环境辐射定标技术主要用于卫星发射前对其所携带的多光谱扫描仪的响应特性进行辐射定标,为用户提供定标曲线。介绍了利用多个光源、多套定标光学系统的多光谱扫描仪辐射定标技术。多谱段光源系统由太阳辐照积分球和黑体组成,积分球用于可见光、近红外谱段的辐射定标,黑体用于远红外谱段的辐射定标。多谱段定标光学系统通过在真空低温环境下的精密传动机构切换反射镜位置,以离轴抛物面反射镜为中心形成两套光学系统,分别将积分球、黑体的辐射反射到扫描仪的入口,从而一次试验即可完成卫星多光谱扫描仪全谱段的辐射定标。     

多角度偏振成像仪遥感图像太阳耀斑区的拖尾校正方法

为了有效校正星载偏振相机成像时太阳耀斑区产生的拖尾,以高分五号卫星多角度偏振成像仪为例,结合多角度偏振成像仪在轨成像特点,理论分析了图像获取过程中拖尾产生的机理.建立了光斑区不含饱和像元情况下能够有效对漏光拖尾进行校正的矩阵法与暗行法校正模型,以及光斑区全像元饱和情况下结合矩阵法与暗行法估计光斑区饱和像元强度的遗留拖尾校正模型,该算法充分考虑了强光饱和条件下太阳耀斑区产生的漏光拖尾与遗留拖尾.利用实验室积分球光源成像光斑模拟在轨运行时遥感图像太阳耀斑开展拖尾校正方法可行性验证实验.实验结果表明,该方法不仅能有效去除图像中的拖尾噪声,提高图像质量,而且能够对光斑饱和像元强度进行有效估计.最后,分析多角度偏振成像仪在轨成像图中耀斑区拖尾对其辐亮度测量精度的影响,分析结果表明,拖尾校正前后,灰度方差由202.69×10^6下降至2.32×10^6,平均梯度由5.08×10^-1下降至2.26×10^-1.     

一种高精度激光吸收率测量装置

针对现有激光吸收率测量的不足，在总结现有激光吸收率测量方法基础上，设计了一种积分球法激光吸收率测量装置。增加了导光管结构，并对光源进行了监测，对光束进行了调制。采用相关检测和同步采集等方法，有效地去除了背景噪声、探测器及检测电路噪声对测量的影响。并实验比较了安装导光管前后装置对样品吸收率的测量影响，并对多个样品进行实验。结果表明，对于样品反射率在10×10-6~10 000×10-6范围内，装置的测量误差可以达到±2%以内，实现了激光吸收率的高精度测量。     

基于积分球反射计的红外光谱发射率测量系统校正方法

针对非理想参考反射标准对光谱发射率测量结果的影响,基于积分球反射计的红外发射率测量系统原理,提出了一种适用于反射法光谱发射率测量系统的校正方法。通过参考反射标准样光谱反射率的数据拟合,得到反射率的曲线方程,计算反射测量系统的校正系数,校正参考标准样的输出电压,推导出光谱反射率为1的参考标准样输出电压曲线,消除了非理想参考标准造成的系统误差。应用该修正方法对基于积分球反射计的太阳能选择吸收涂层光谱发射率测量系统进行了校正,将校正后的光谱发射率测量结果与能量比较法的测量结果进行对比,验证了校正方法的可行性,有效性,提高了光谱发射率测量的准确度。     

紫外至近红外积分球辐射定标系统

本文描述一种定标系统,它采用直径250cm的积分球辐射源作定标源,其辐射孔径大(直径40cm)、辐射功率高、具有较好的空间均匀性、广角度的漫射性、输出稳定以及宽波段的定标范围(0.25～2.5μm).本系统可用于光学遥感传感器和有关光辐射测量仪器的定标.     

新型微弱光光度校准装置的建立

利用光强可调型双积分球微弱光源实现了微弱光照度的校准。介绍了微弱光光度校准装置的结构、双积分球光源设计原理及其量值溯源方法。分析了装置的稳定性、线性、辐射场均匀性、色温变化、衰减光阑倍率等计量特性。对装置的测量不确定度进行了分析。装置量程为10~(-1)～10~(-6)lx,不确定度U=1.6%(k=2)。     

低温真空红外傅里叶光谱仪噪声等效辐亮度定标系统

红外傅里叶光谱的等效噪声辐亮度(NESR)是反映其对红外目标信号的极限探测能力,也是仪器的主要技术指标。受限于我国当前的技术条件,尚无相关能力的测试定标系统和检定规范。通过借鉴当前国内外的红外辐射计量装置的标准传递思路,提出了一种NESR高精度测试装置方案。给出了该装置的溯源链路,描述了其整体和光路结构,并设计了低温真空背景抑制模块。着重介绍了宽动态范围红外积分球辐射源设计、等效光路设计和真空低温环境模块等设计方案。提出的设计方案为NESR高精度测量提供基本的参考依据,为我国傅里叶光谱的NESR的量值溯源提供支撑条件。     

基于微机电系统红外光源的长光程气体检测

针对红外气体传感器对光源的要求,选用了一种宽波长、高调制频率、低功耗的小体积微机电系统(micro-electro-mechanic system, MEMS)红外光源作为辐射源,其各项性能均能很好的满足红外传感系统对于光源的要求。由于其面光源的朗伯辐射特性,整形之后的红外光数值孔径仍然很大,采用传统的长光程气室结构很难实现长光程从而提高系统的检测灵敏度。本文结合双波长单光路的差分检测方法,设计了一种基于积分球特性的吸收气室,有效地解决了MEMS红外光源在高灵敏度气体检测应用中难于实现长光程的问题;并运用光在传输过程中光通量守恒的原理,推导了此积分球吸收气室的等效光程,解决了积分球气室等效光程计算的难题;同时采用FPGA主控芯片对MEMS红外光源进行高频调制并处理探测器的输出信号,使得外围电路的设计更加简单、灵活。设计中,使用直径为5 cm的积分球吸收气室便可实现166.7 cm的等效光程,研究结果显示系统可测得的最小甲烷浓度达0.001×10-6,极大地提高了红外检测系统的灵敏度。     

Calibration chain design based on integrating sphere transfer radiometer for SI-traceable on-orbit spectral radiometric calibration and its uncertainty analysis

In order to satisfy the requirement of SI-traceable on-orbit absolute radiation calibration transfer with high accuracy for satellite remote sensors,a transfer chain consisting of a fiber coupling monochromator(FBM) and an integrating sphere transfer radiometer(ISTR) was designed in this paper.Depending on the Sun,this chain based on detectors provides precise spectral radiometric calibration and measurement to spectrometers in the reflective solar band(RSB) covering 300–2500 nm with a spectral bandwidth of 0.5–6 nm.It shortens the traditional chain based on lamp source and reduces the calibration uncertainty from 5% to 0.5% by using the cryogenic radiometer in space as a radiometric benchmark and trap detectors as secondary standard.This paper also gives a detailed uncertainty budget with reasonable distribution of each impact factor,including the weak spectral signal measurement with uncertainty of 0.28%.According to the peculiar design and comprehensive uncertainty analysis,it illustrates that the spectral radiance measurement uncertainty of the ISTR system can reach to 0.48%.The result satisfies the requirements of SI-traceable on-orbit calibration and has wider significance for expanding the application of the remote sensing data with high-quality.