国产非制冷红外探测器新型场景校正方法

现有国产非制冷红外探测器多采用挡板校正进行非均匀性校正，影响了红外探测器的观测效果与目标搜跟。为了拓展红外探测器的应用方向与领域，提出了一种国产非制冷红外探测器新型场景校正方法，通过改进的神经网络场景校正方法去除高频非均匀性，再通过时空联合的低频滤波去除低频非均匀性。应用该方法的某国产非制冷红外机芯，工作1 h后图像非均匀性为0.5%。该方法具有良好的校正效果，并且能够有效地抑制“鬼影”现象，有利于减少红外成像系统的体积与功耗，有利于国产非制冷红外探测器在航天、航空、武器装备等多领域的应用。     

国产氧化钒红外探测器新型无挡板校正方法

现有国产氧化钒非制冷红外探测器多采用挡板校正进行非均匀性校正,导致结构复杂与图像中断,从而影响探测器的正常使用.提出了一种新型无挡板非均匀校正方法,首次结合基于定标校正与场景校正的非均匀校正方法,实现了对非制冷红外探测器的无挡板校正.实验结果表明,该方法能在开始校正后快速实现非均匀校正,校正效果良好,并且不存在传统场景...     

非制冷红外探测器读出电路的非均匀性研究

对于长线列的非制冷红外探测器组件, 不同探测元之间的非均匀性是衡量电路设计的关键指标. 为了实现长线列非制冷红外探测器的高性能读出, 本文设计了一种基于电流镜方式的非制冷红外探测器160线列读出电路, 电路由电流镜输入模块、电容负反馈互导放大器模块及相关双采样输出模块组成. 电路采用0.5 μm工艺制作完成. 通过合理设置电路中MOS管的参数和布局电流镜版图, 电路的非均匀性有了明显地改善. 通过测试, 电路的非均匀性小于1%, 器件总功耗约为100 mW, 并具有良好的低噪声特性, 输出噪声小于1 mV, 输出摆幅大于2 V. 该电路与160线列非制冷红外探测器互连后, 能较好地完成红外信号的读出, 在积分时间为20 μups的情况下, 器件的响应为0.294 mV/Ω, 整体性能良好. 该电路的研制对超长线列的非制冷红外冷探测器读出电路研制奠定了重要的技术基础.     

紧凑型无热化非制冷红外光学系统设计

随着非制冷红外探测器技术的快速发展,非制冷红外光学系统得到了广泛应用。为满足机载或弹载非制冷红外光学系统结构尺寸紧凑、相对孔径大、温度适应性强、杂散光抑制能力高的要求,采用折反射式二次成像光学系统结构形式,实现了远射比0.55,F数0.8的光学系统设计,同时采用光学被动补偿方式,通过适当的光学和结构材料匹配实现了-40℃~50℃无热化设计,并配合一次像面处视场光阑保证光学系统具有较高的杂散光抑制能力。给出了完整的光学系统设计,设计结果表明:光学系统在不同温度下各视场调制传递函数接近衍射极限,空间排布紧凑。通过高低温成像实验,验证了该非制冷红外光学系统满足机载或弹载应用的环境要求。     

基于锑化铟中波制冷红外探测器的高帧频图像采集系统设计

高帧频中波制冷红外探测器在机载光电吊舱、红外警戒系统、光电跟踪瞄准系统中有着广泛应用。传统的碲镉汞中波制冷红外探测器在保证成像质量前提下,受积分时间限制,帧频一般受限于25～100 Hz。而锑化铟中波红外探测器具备较好的非均匀性、较低的盲元率以及高帧频输出特性,可进一步提高红外系统作用距离和跟踪精度。基于中波红外锑化铟探测器设计了高速稳定的图像采集系统,实现了640×512分辨率数字视频200 Hz的图像输出。高帧频模式下,解决了探测器积分时间与读出时间信号串扰的问题,有效改善了红外图像的非均匀性。该系统通过探测器开窗设置,将帧频进一步提高,可实现对高速目标的红外探测、搜索、识别、侦察、情报搜集、跟踪等。     

天基望远镜探测器组件热电制冷系统设计与试验

天基空间望远镜探测器必须采用主动制冷方式以满足其噪声抑制需求.为此,采用热电制冷为核心技术,开展了探测器热电制冷器封装设计、热电制冷器热排散系统设计、热电制冷控制系统设计,并从抑制寄生漏热、降低热电制冷器热排散路径热阻两方面进行了优化,以减小热电制冷器输入功率及辐射散热面积.根据帕尔帖效应、焦耳效应、傅里叶效应,获得了净制冷量、热端散热热阻、热端边界温度等环境特性参数与热电制冷器输入电流、电压、功率等工作特性参数间的关系,并分析了制冷热负荷、热端散热热阻与热电制冷器输入功率间的敏感度.研制了望远镜鉴定产品,并开展了真空热平衡试验.试验结果表明系统设计合理有效,能够将探测器制冷至-75℃温度水平,稳定度可达到±0.2℃.基于环境条件及热电制冷器工作参数等试验数据,对比并修正了热分析模型.研究结果可为类似空间望远镜热电制冷系统的研制提供参考和借鉴.     

红外CCD探测器半导体制冷组件的研制

红外CCD成像器件在高温环境下工作,暗电流噪声大大增加,严重影响探测灵敏度。对此,使用半导体制冷和真空封装技术设计了探测器制冷组件,使CCD探测器稳定工作在合适温度,以相对较小的体积和功耗显著地提高红外器件的探测灵敏度。本文对探测器制冷组件整体结构、半导体制冷器选型、冷端耦合结构和热端散热结构进行了研究,最终在高温65℃环境下工作时,CCD探测器制冷温度达到-27℃,组件重量0.8kg。     

基于球面反射温阑的红外探测器变f数设计

制冷型红外探测器f数由冷阑尺寸和位置决定,在冷阑附近加温阑可以改变探测器f数,但是会引入大量杂散辐射.为解决这一问题,提出一种基于球面反射温阑的红外探测器变f数设计方法.建立了温阑红外辐射模型,分析普通平面温阑引入的杂散辐射及其对探测器性能的影响.在此基础上提出球面反射温阑的设计方法,通过改变表面形状和发射特性,降低温阑引入的杂散辐射,以保证探测器变f数后的性能.为验证本文方法,设计球面反射温阑和普通平面温阑改变某制冷型探测器f数,在高低温试验箱内进行辐射定标实验测量两种温阑引入的杂散辐射,比较二者对探测器的影响.分析和实验结果表明,球面反射温阑引入的杂散辐射远小于普通平面温阑,引入的噪声等效温差也较小,能够更好地保证红外系统的成像性能.     

机载成像光谱仪CCD制冷系统设计与实现

为减小紫外成像光谱仪中CCD暗电流噪声,提高系统信噪比,需要对CCD进行制冷.为此采用模拟比例-积分-微分电路设计了CCD制冷电路,利用Zregler-Nicholas经验整定方法确定比例-积分-微分参量,以实现降温速率不大于5℃/min、温度稳定度为±0.05℃,满足最大制冷温差.将该制冷系统应用于机载成像光谱仪进行了测试,结果表明:环境温度变化不会影响制冷效果,在达到制冷目标温度-20℃后,CCD探测器暗背景下光谱维噪声平均灰度响应值为1 072,暗背景信号非均匀性下降到0.5%,满足光谱数据反演要求.     

红外探测器的进展

红外探测器的发展基础是物理学和技术科学的进展。HgCdTeFPA和非制冷平面列阵，军事装备和广阔的民用市场需求驱动探测器技术进一步发展。     

非制冷测辐射热计焦平面列阵现状

本文介绍非制冷测辐射热计焦平面列阵的现状，已制成含有８×１０４个非制冷长波红外探测器的焦平面列阵的热像仪，系统的噪声等效温差（ＮＥＴＤ）为０．０４℃，不需要制冷和机械调制入射辐射。非制冷热像传感器可用于保安和轻武器热瞄具，也可用于手持热像监视装置。     

10倍全球面红外变焦光学系统设计

针对320240像素非制冷红外焦平面探测器,设计了一个工作波段为3.7 m~4.8 m的红外变焦光学系统。该系统由6片全球面透镜组成,采用硅和锗两种常见的红外材料,F数为2.5,后工作距为20 mm,可以实现15 mm~150 mm范围内连续变焦。设计评价结果表明:光学系统在探测器奈奎斯特频率16 lp/mm处,变焦范围内全视场MTF大于0.6, 0.7视场MTF接近0.7,整体接近衍射极限。焦平面探测器敏感元能量集中度大于70%,具有大相对孔径、长工作距、全球面的特点。在-20 ℃~60 ℃温度范围内,成像质量满足设计要求。     

基于衍射元件的两档轴向移动式红外变焦光学系统设计

设计了一种基于衍射元件的两档轴向移动式红外变焦光学系统.系统工作波段为3.7～4.8μm,焦距为80/240mm,F#为4,探测器采用640×512的中波制冷红外探测器,探测器的像元尺寸为15μm×15 μm,该系统具有100％冷光阑效率.在光学设计中采用了衍射元件,大大提高了光学系统的像质,有效减小了系统的体积和重量.对光学系统进行了合理的公差分配和冷反射分析.仿真结果表明,该系统结构紧凑、变倍时间较短、成像质量优异.     

基于机器视觉的手机转接口尺寸及管脚数量的测量

基于机器视觉原理实现对手机转接口尺寸及管脚数量的非接触式测量.采用光源、远心镜和CCD相机搭建检测装置,获取手机转接口的图像数据,并利用图像边缘检测技术实现特征轮廓的提取,获得较为准确的转接口尺寸和管脚数量.     

环境温度对红外图像非均匀性影响的研究

定量分析了SOFRADIR公司生产的320×240凝视型非制冷焦平面探测器关键偏置电压FID、VEBASAGE对焦平面探测器输出的影响.通过测试发现,焦平面驱动电路板所处系统内部环境温度在某一温度附近有振荡现象,理论上推导出了焦平面驱动电路所处系统内部环境温度在（－10℃,40℃）的缓慢漂移以及振荡均能使关键偏置电压产生毫伏级漂移的结论.结果表明,焦平面驱动电路所处系统内部环境温度变化严重影响了焦平面探测器输出的稳定性并改变了红外图像的非均匀性,为基于环境温度补偿的非均匀性校正算法研究提供了依据.     

一种具有自适应非均匀校正功能的非制冷焦平面探测器组件

基于场景的非均匀校正算法(scene based nonuniformity correction,SBNUC)是非均匀校正技术今后的重点发展方向,介绍了近年来基于恒定统计约束的SBNUC、神经网络的SBNUC和运动估计的SBNUC算法的研究进展。研究了SBNUC算法在实际焦平面探测器组件上的实现方法,该方法仅依赖拍摄序列的信息对焦平面探测器的增益和偏置参数进行组间更新或帧间更新,可有效补偿温漂。研制了一种具有自适应非均匀校正功能的非制冷焦平面探测器组件,红外视频经该组件处理后,图像质量有所提高。该组件可明显提高热成像系统的成像性能,并能动态地保证热成像系统随场景变化的稳定性。     

非制冷红外探测器光阑开孔的优化设计

非制冷红外探测器产生的杂散光会在焦平面形成非均匀的图像,而在探测器窗口附近使用光阑,并对其开孔形状进行优化设计,是抑制杂散光的关键。利用区域法建立了杂散光在焦平面上的照度分布计算模型,并建立了变量模型和目标函数模型,以区间穷举法作为极值搜寻方法,完成了优化光阑开孔的程序编制。针对某款存在杂散光问题的非制冷红外探测器,利用所提数学方法优化设计了光阑的开孔形状,极大地削弱了由杂散光引起的"锅盖效应",从而验证了光阑开孔形状优化设计方法的正确性与实用性。     

对冷屏蔽结构设计的分析

空间冷屏是一种包裹在飞行器外的相变制冷装置,旨在提高近地高速飞行器的突防能力,防止其在近地轨道飞行时被红外探测器发现和拦截.为了实现弹道导弹在飞行中段的红外隐身效果,采用深冷介质相变制冷技术,建立了空间冷屏样机.对冷屏系统工作要求主要是:体积、重量轻、换热能力强、外表面维持低温时间长、外表面各点的温差小.分析了为达到以上几点在冷屏蔽系统设计中采取的几个措施.     

非制冷铁电混合式焦平面探测器新研究

本文报道一种128×128元铁电非制冷混合式焦平面探测器，涉及该器件的混合式结构.分析了影响器件性能的关键因素，给出器件所采用的铁电材料的基本物理和电学特性参数，器件的热隔离技术和相应参数，读出电路的基本结构和性能.对实验数据所涉及的原理进行了讨论，最后给出了利用该器件得到的清晰红外热像.     

HgCdTe256×256用制冷杜瓦集成组件的研制

介绍一种红外焦平面器件用制冷杜瓦组件,该组件用于封装256×256HgCdTe红外焦平面芯片,由直线马达驱动型斯特林制冷机冷却,制冷机与杜瓦的耦合采用IDCA方式;制冷机、杜瓦进行一体化优化设计,使得整个红外探测器组件能耗、重量大大降低,实现了红外探测器组件的小型化.