非制冷热像仪内部温升对测温精度的影响修正

随着非制冷型热像仪工作时间的增长,其内部器件、机械结构所积累的热量越来越多,其温升所导致的热辐射势必会对热像仪的测温精度产生严重影响。因此,要实现热像仪的准确测温,必须对其内部的各温升影响因素进行相应的修正。本文通过对影响测温精度的镜筒辐射温度、探测器靶面温度以及热像仪工作累积时间三个因素进行评估和建模,并对其相互关系进行评价,根据数据模型对热像仪辐射测温值进行修正。结果表明,在实验室条件下,经过修正,非制冷型红外热像仪测温精度可控制在±1℃以内,其稳定性可控制在±0.5℃以内。修正后的温度结果基本不受内部温升的影响,有效的提高了非制冷测温型热像仪的稳定性、可重复性以及测温精度。     

大面阵非制冷红外热像仪的噪声等效温差精度分析

分析了采用脉冲偏置电压读出电路的大面阵(320×240)凝视型非制冷焦平面的原理。根据处于脉冲偏置的红外热像仪噪声等效温差的表达式,分析了影响噪声等效温差的几个因素。数值计算表明:脉冲偏置时非制冷焦平面温度升高带来的误差,是影响热像仪噪声等效温差精度的主要因素。     

不同非均匀性校正温度的红外测温技术

为使制冷型中波红外热像仪在不同环境温度下经过非均匀性校正后保持较高的测温精度,研究了考虑非均匀性校正温度效应的中波红外热像仪标定模型。利用不同温度的面源黑体对热像仪进行非均匀性校正,然后对黑体目标进行测温实验,获得了不同校正温度下热像灰度与黑体辐射亮度之间的变化关系,建立了目标的测温数学计算模型,最后对测温结果进行误差分析。结果表明:在不同校正温度下,热像灰度相对非均匀校正辐亮度的漂移可做线性化处理,且与目标温度变化无关。在非均匀性较低的测温范围内热像仪的测温误差小于±0.22℃,极大减小了制冷型中波红外热像仪在不同校正温度下非均匀性校正后的测温误差。     

不同非均匀性校正温度的红外测温技术

为使制冷型中波红外热像仪在不同环境温度下经过非均匀性校正后保持较高的测温精度,研究了考虑非均匀性校正温度效应的中波红外热像仪标定模型。利用不同温度的面源黑体对热像仪进行非均匀性校正,然后对黑体目标进行测温实验,获得了不同校正温度下热像灰度与黑体辐射亮度之间的变化关系,建立了目标的测温数学计算模型,最后对测温结果进行误差分析。结果表明：在不同校正温度下,热像灰度相对非均匀校正辐亮度的漂移可做线性化处理,且与目标温度变化无关。在非均匀性较低的测温范围内热像仪的测温误差小于±0.22 ℃,极大减小了制冷型中波红外热像仪在不同校正温度下非均匀性校正后的测温误差。     

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。     

简介

湖北久之洋红外系统有限公司成立于2001年,是专门从事红外热像仪、激光测距仪等光电传感器及光电系统的研发、生产、销售、技术咨询和服务的高科技企业。公司长期致力于红外成像技术研究,在国内率先研制出非制冷焦平面红外热像仪、中波制冷型红外热像仪、长波制冷型红外热像仪、人眼安全激光测距仪等产品。公司在光电子、精密机械、计算机及系统集成等专业领域具有综合学科优势,现已形成热像仪和激光测距仪等产业化生产规模。     

红外热像仪扫描器光学MTF的测试

叙述并探讨用数字傅里叶分析法测量红外热像仪扫描器光学ＭＴＦ的方法,该方法采用热像仪调试用的靶标和反射式平行光管及热像仪实际 ＳＰＲＩＴＥ探测器和输出电路,并得用扫描器自身的扫描获得线扩展函数,采用离散傅里叶变换法进行计算,具有设备简单、易操作和计算快捷的特点。     

轻量化超宽温度折/衍混合红外热像仪光学系统设计

设计一个用于红外热像仪的轻量化超宽温中波折/衍混合红外热像仪光学系统。光学系统参数:工作波段为3.7 m～4.8 m,相对孔径为1/2,焦距为120 mm,全视场角为5.18,满足100 %冷光栏效率。采用三片式结构,使用硅和锗两种常用的红外材料,以及一个非球面和一个衍射面,系统实现了轻量化和超宽温度下工作。系统在-60℃～160℃温度范围内成像质量接近衍射极限,可供像元尺寸为30 m、像元数256256的凝视型中波红外探测器使用,可探测到2.3 km远的坦克目标。     

湖北久之洋红外系统有限公司

湖北久之洋红外系统有限公司成立于2001年，是专门从事红外热像仪、激光测距仪等光电传感器及光电系统的研发、生产、销售、技术咨询和服务的高科技企业。公司长期致力于红外成像技术研究，在国内率先研制出非制冷焦平面红外热像仪、中波制冷型红外热像仪、长波制冷型红外热像仪、人眼安全激光测距仪等产品。     

反射温度补偿法对红外测温的补偿计算与误差分析

根据红外辐射理论和红外热像仪的测温原理,介绍了反射温度补偿法的原理与实施方法,得到了该补偿方法的理论计算公式及误差的计算公式,分析了补偿效果及补偿后各影响因素对红外测温的影响,同时用实验验证了该补偿方法的有效性与适用性。研究发现,该补偿方法简单易行,精度高,适用于大部分的红外热像仪,具有一定的推广价值;补偿效果与采用的红外反射镜的材料有关;短波热像仪的补偿效果比长波热像仪好。     

高精度非致冷长波红外热像仪的辐射标定

为使非致冷长波红外热像仪在不同温度下保持较高的测温精度,建立了考虑探测器工作温度效应的非致冷长波红外热像仪的辐射标定模型。对非致冷长波红外热像仪进行辐射标定实验,在不同黑体温度和不同亮度增益值条件下,获得了16组图像灰度与探测器工作温度之间的函数关系,建立了目标温度的数学计算模型,并对定标结果进行了实验验证。结果表明：在25～40℃,探测器的工作温度效应可做线性化处理,且与目标温度无关。通过设定合适的亮度增益值可使红外热像仪的测温误差〈0.5℃,极大地提高了非致冷长波红外热像仪在不同温度环境下的测温精度。     

利用电子俘获材料研制复合型短波红外探测器

论述了短波红外探测技术的发展状况及其在探测、识别和遥感等领域的需求。阐述了高分辨、低成本的短波红外探测器的研究意义。分析了电子俘获材料(ETM)的上转换功能及其光学特性,提出了ETM与CCD结合实现复合短波红外探测的方案,并获得了初步的实验结果。     

用于红外探测器的高红外吸收率结构研究进展

高红外吸收是实现高灵敏度红外探测器的一个重要途径。探测器的响应率与热吸收率紧密相关。高红外吸收将提升红外探测器的探测性能。鉴于高吸收率的重要性,对国内外研究中典型的高红外吸收结构的研究进展进行介绍。目前典型新型高吸收结构有基于新型材料(如超材料)的高吸收结构和基于金属光栅高吸收结构。研究表明这些结构在某些波段可实现近100%的完美吸收,是发展高灵敏探测器的新途径。     

中波红外变焦距系统的光学设计

由于红外探测系统具有环境适应性好、隐蔽性好、抗干扰能力强，能在一定程度上识别伪装目标，且设备体积小、重量轻、功耗低等特点，在军事上被广泛应用于红外导航、红外侦察和红外制导等方面。近年来，随着红外光学技术的长足发展及其实际应用范围的不断扩展，对红外连续变焦光学系统的需求日益增强。本文介绍了一种采用凝视型焦平面阵列探测器的中波红外变焦光学系统的设计，该系统利用了反射镜的折叠光路，其工作波长范围为3～5μm，变倍比为20∶1。最后用CODE V光学设计软件对其像质进行了评价。     

一种红外与可见光融合的“双双目”立体视觉系统的标定方法研究

针对红外相机与可见光相机联合标定的问题,利用不同物体红外辐出度的差异,设计了可同时应用于红外相机与可见光相机标定的平面靶标。利用"最大稳定极值区域"(MSER)算法,检测靶标的镂空深色区域。为克服图像可能存在较大畸变的问题,通过相邻最大稳定极值区域质心的位置关系预估角点所在位置,在预估位置内进行角点检测,提取用于标定的亚像素角点位置。结果表明:新型靶标及相应的角点提取方法能够同时满足于红外相机与可见光相机内外参数标定的需要。通过红外与可见光"双双目"立体视觉系统的融合重构效果可看出,提供的标定数据能够满足系统需求。     

320×240长波非致冷微测辐射热计红外热象仪的研制

介绍了基于微测辐射热计320×240长波非致冷红外热象仪的研制,详细说明了其电气系统的设计方法及技术关键,并对其光学系统进行了简要说明.采用高象质的双反射光学系统以减少象差;红外探测器采用320×240长波非致冷集成微测辐射热计红外焦平面阵列(FPA);电气系统采用复杂可编程逻辑器件(CPLD)完成红外焦平面阵列的驱动,应用数字信号处理(DSP)技术实现红外焦平面阵列的非均匀性校正、图象增强及红外图象实时显示等.     

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。     

Data processing technique applied to the calibration of a high performance FPA infrared camera

The present work deals with the calibration of a focal plane array infrared camera whose detector is a matrix of 320×244 PtSi sensors active in the range 3.6–5 μm. The calibration curve has been obtained by measuring the energy emitted by a blackbody, consisting in a copper cylindric cavity with isothermal walls. The results, obtained in the temperature range 10–70 °C, enable us to investigate the nature of the noise which affects the measurements. The aim is to suggest a data processing and a calibration technique in order to enhance the image quality and the instrument response as well. The effects of random uncertainties have been reduced by using Wiener filtration, which enables us to improve the signal to noise ratio. The problem caused by the nonuniform response of the detector array has been handled by using a different calibration curve for each sensor. The effectiveness of this procedure has been checked by comparing the frequency histograms of the raw and the processed signal. The investigation enables us to highlight some peculiar features of the new focal plane array technology employed in the new generation infrared cameras.     

HOT infrared photodetectors

At present, uncooled thermal detector focal plane arrays are successfully used in staring thermal imagers. However, the performance of thermal detectors is modest, they suffer from slow response and they are not very useful in applications requiring multispectral detection. Infrared (IR) photon detectors are typically operated at cryogenic temperatures to decrease the noise of the detector arising from various mechanisms associated with the narrow band gap. There are considerable efforts to decrease system cost, size, weight, and power consumption to increase the operating temperature in so-called high-operating-temperature (HOT) detectors. Initial efforts were concentrated on photoconductors and photoelectromagnetic detectors. Next, several ways to achieve HOT detector operation have been elaborated including non-equilibrium detector design with Auger suppression and optical immersion. Recently, a new strategies used to achieve HOT detectors include barrier structures such as nBn, material improvement to lower generation-recombination leakage mechanisms, alternate materials such as superlattices and cascade infrared devices. Another method to reduce detector’s dark current is reducing volume of detector material via a concept of photon trapping detector. In this paper, a number of concepts to improve performance of photon detectors operating at near room temperature are presented. Mostly three types of detector materials are considered — HgCdTe and InAsSb ternary alloys, and type-II InAs/GaSb superlattice. Recently, advanced heterojunction photovoltaic detectors have been developed. Novel HOT detector designs, so called interband cascade infrared detectors, have emerged as competitors of HgCdTe photodetectors.