MRTD高精度测试和校准技术研究

围绕红外热像仪成像参数MRTD（最小可分辨温差）测试问题开展研究,介绍了MRTD的测试方法以及MRTD测试装置—红外热像仪评估系统的工作原理,详细分析了MRTD测试过程中,红外热像仪测试位置、差分黑体温差、差分黑体发射率和光学系统几何像差等因素对测试结果的影响。针对这些问题,提出了采用红外扫描辐射计对红外热像仪评估系统温差进行校准的方法,利用该方法对某空间频率下热像仪MRTD进行测试,并给出了测试结果,为热像仪MRTD参数准确测试提供参考。     

基于不同静态性能模型的热成像系统视距估算

 基于NVL75，FLIR92和CFLIR国内外3种不同的热成像系统静态性能模型，采用静态性能参量MRTD建立对面目标的视距估算方程，并通过CFLIR40软件计算，比较不同模型下视距估算结果，得出：凝视型热成像系统在CFLIR模型下计算得到的MRTD值比FLIR92模型计算得到的MRTD值更接近实际测量值；在基本参数相同的条件下，利用MRTD估算的凝视系统的视距远远优于扫描系统的视距；对凝视型系统，从视距估算的结果来看，CFLIR模型略优于FLIR92模型。     

基于不同静态性能模型的热成像系统视距估算

基于NVL75,FLIR92和CFLIR国内外3种不同的热成像系统静态性能模型,采用静态性能参量MRTD建立对面目标的视距估算方程,并通过CFLIR40软件计算,比较不同模型下视距估算结果,得出：凝视型热成像系统在CFLIR模型下计算得到的MRTD值比FLIR92模型计算得到的MRTD值更接近实际测量值;在基本参数相同的条件下,利用MRTD估算的凝视系统的视距远远优于扫描系统的视距;对凝视型系统,从视距估算的结果来看,CFLIR模型略优于FLIR92模型。     

红外成像系统最小可分辨温差影响因素分析

针对某多波段共口径长焦距反射式红外成像系统最小可分辨温差(minimum resolvable temperature difference,MRTD)在实验室条件下的测试结果偏离设计值这一现象,从MRTD的定义入手,详细梳理了观察频率响应、视觉角、采样相位传递函数等因素对MRTD测试结果的影响,重点分析了采样相位对红...     

采用多种红外视距模型的子弹辐射探测系统作用距离分析

本文基于子弹飞行过程中的红外辐射特性和热成像模型,结合大气对红外辐射吸收和散射衰减,在不同距离处将子弹热成像模型视为扩展源目标和点源目标,利用最小可探测温差(MDTD)、最小可分辨温差(MRTD)和噪声等效功率(NEP)分别给出了相应红外视距模型的估算方法。根据红外热像仪常用参数以3种蒙皮温度给出了3种不同模型下子弹辐射作用距离的计算实例及结果:MDTD模型下得到的作用距离最长,MRTD模型计算所得的作用距离约为MDTD模型的2/3,由NEP模型计算所得的作用距离最短,不到MDTD模型视距的1/2。研究表明,实际设计时应根据不同的系统性能选择作用距离模型。     

Field Performance Prediction and IR Imaging Simulation Based on Measured System Level Parameters*

Traditionally, the Minimum Resolvable Temperature Difference (MRTD) and the Johnson criteria are used to predict the field performance of IR imaging system. However this method generally leads to far too pessimistic range predictions. For the improvement of the prediction accuracy of the field performance, a novel approach to predict field performance is proposed based on the three-dimensional infrared scene generated by Vega software. Further, this approach utilizes the measured system level parameters to characterize the signal transfer process, noise, and the blur effect of the output image instead of theoretical model. By controlling the target range in the simulated image, a simulation experiment is performed, and the range corresponding to the 75% correct probability of discrimination is achieved by the statistical method. Comparisons with the real experimental result show that this method can give more accurate range prediction than the target acquisition (TA) model based on the MRTD.* Foundation Item: The project supported by The Research Fund for the Doctoral Program of Higher Education(No. 20030701003) and National Natural Science Foundation of China (No: 60277005, 60477038).     

微扫描对空间分辨率的影响

在详细分析使用微扫描技术减少混淆效应的基础上，给出一种利用微扫描技术进行空间分辨率影响分析的像素传递函数（PTF）方法，并基于2×2和4×4两种微扫描形式对该函数进行分析计算和讨论。计算结果表明，在焦平面阵列给定的情况下，微扫描技术能适当提高焦平面空间的分辨率，有效减小图像混淆，明显改善成像质量。指出在没有高空间分辨率成像器件的情况下，利用微扫描技术和低分辨率成像器件来获得较高空间分辨率的图像是完全可能的。     

基于新型MRTD模型研究扫描型红外热像仪的视距

 基于人眼视觉系统可感知的阈值信噪比,提出预测红外热像仪最小可分辨温差（MRTD）方法。该方法根据频谱理论和红外热成像系统的二维调制传递函数,并结合匹配滤波器的概念,描述4条带标准靶的空间频谱函数。利用此空间频谱函数研究了4条带标准靶经过红外热成像系统的调制传递之后人眼视觉系统的感知信噪比。基于人眼视觉系统可感知的阈值信噪比,建立一个新的MRTD模型。依据此MRTD模型和视距模型,实现红外热像仪视距的预测。仿真结果表明,该方法预测的视距与实验数据有很好的一致性。     

Non-uniformity correction algorithm for IRFPA based on motion controllable micro-scanning and perimeter diaphragm strips

Non-uniformity correction is the key issue for the image quality improvement of infrared focal panel array (IRFPA) imaging. A non-uniformity correction (NUC) algorithm for IRFPA based on motion controllable micro-scanning platform and perimeter diaphragm strips is presented. We initially execute one-point calibration to the perimeter detectors, then based on controllable motion of adjacent frames, a special algebraic algorithm is proposed to transport the calibration of the perimeter detectors to those interior un-corrected ones. In this way, the bias parameter of the whole field of view (FOV) is calculated. The algorithm can be easily combined with sub-pixel imaging, thereby improving the quality of thermal imaging system (image spatial resolution and uniformity). All calculations are algebraic, with a low computation load. The algorithm can realize adaptive one point calibration without covering the central FOV rapidly. Experiments on simulated infrared data demonstrate that this algorithm requires only dozens of frames to obtain high quality corrections.     

最小可分辨气体浓度的等效测试评价方法

最小可分辨气体浓度(MRGC)是最新提出的一种客观评价气体泄漏红外成像检测系统的性能参数, 但MRGC测试系统较为复杂. 本文首先推导建立了MRGC的数学模型, 然后在比较MRGC与常规热成像系统的最小可分辨温差(MRTD)性能参数模型原理以及测试方法的基础上, 依据最小可分辨辐射响应差相等的条件, 提出了一种气体泄漏红外成像检测系统的MRGC等效测试评价方法, 并对乙烯气体进行了MRGC的直接测量与等效测试结果的比较. 结果表明两者具有较好的一致性, 是一种可行的普适测试方法. 由于等效测试法只需常规MRTD 测试结果及气体红外光谱数据库, 方法简单可靠, 具有推广应用价值, 对气体泄漏红外成像检测系统的研发和应用具有重要的意义.     

基于AOTF的多光谱红外成像系统MRTD测试技术研究

为了实现红外多光谱成像系统光谱维MRTD测试,获取更多的目标背景信息,提出基于声光可调谐滤波器（AOTF）的多光谱成像系统静态性能测试平台的设计。在（3~5）m波段范围内,采用设计搭建的静态性能测试平台完成了红外带内波段的细分,并在各个细分波段上分别对空间频率2.546 lp/mm、1.273 lp/mm、0.849 lp/mm和0.632 lp/mm的标准靶进行了MRTD测试。实验结果表明,得到的光谱维MRTD测试结果与理论结果一致,验证了测试平台的可靠性和测试方法的可行性。     

外场使用红外靶标系统的设计

为了实现在外场对红外探测器进行最小可分辨温差（MRTD）测试,对MRTD的原理及过程进行了阐述,结合过去常用的技术手段,设计了一套用于外场的红外靶标系统。利用面源黑体作为被测目标源,降低了控制难度;采用旋转靶轮的方式切换不同的空间频率,减小了面源黑体的尺寸;利用二维调节机构实现目标靶方位角与俯仰角的手动调节。红外靶标系统可实现5 ℃～100 ℃的温度变化,靶面温度不均匀性小于1 ℃,可提供12组不同空间频率的MRTD测试靶标。经过有限元分析表明:整个系统稳定性好,可以满足外场MRTD测试的需要。     

微光和红外融合装备分辨力测试方法研究

在对微光装备分辨力测试和红外装备MRTD测试系统进行分析的基础上,提出了微光和红外融合装备的分辨力测试方案,利用现有的红外MRTD测试系统,通过改造光源、光源的入射光路和靶板,建立了微光与红外融合图像的图像分辨力测试系统,并对该方案进行了分析。分析结果表明,改造后的测试系统同时实现对红外的反射和对微光的透射,对红外温差的测量精度接近0.01 K,对微光照度的测试精度可以达到1 lx, 对融合图像分辨力的测试满足1/62≈0.891的倍数递减要求。     

扫描型亚像元成像处理对热成像系统性能改善的模拟分析

基于光学微扫描的亚像元成像技术是当前国内外迅速发展的一种高性能成像技术,它对探测器单元数较少且探测器单元尺寸较大的热成像系统更为有效。以扫描型焦平面探测器热成像系统FC和GP为研究对象,采用热成像系统性能模拟软件包CFLIR4.0,分析了光学系统的相对孔径、过采样和亚像元成像等对热成像系统性能的影响,包括传递函数MTF、噪声等效温差NETD、最小可分辨温差MRTD以及系统的探测和识别距离。模拟分析表明:过采样成像可提高热成像系统的性能,亚像元成像处理可进一步提高热成像系统的性能,可明显地提高系统的作用距离。研究结果对亚像元热成像技术的发展具有参考意义。     

Sub-pixel processing algorithm based on boundary recursion and error optimization in staring FPA nonuniform micro-scanning imaging

For the 2 × 2 nonuniform micro-scanning, of which the interframe displacement is no longer equivalent to accurate half-pixel, a sub-pixel processing algorithm based on boundary recursion and error optimization is proposed in this paper. Boundary recursive technique is introduced to solve the ill-posed problem in the process of nonuniform micro-scanning sub-pixel image reconstruction, but the manually predefined boundary values in boundary recursion inevitably result in error. Aiming at eliminating the error in boundary recursion, error optimization based on gray statistical principle is used in this paper. All the simulation results and experiment data show that the algorithm proposed in this paper can realize accurate sub-pixel imaging and improve image resolution. The algorithm is robust, simple and effective, and it is hopeful to be used in actual system.     

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。     

Sub-pixel processing for super-resolution scanning imaging system with fiber bundle coupling

A multilayer fiber bundle is used to couple the image in a remote sensing imaging system.The object image passes through all layers of the fiber bundle in micro-scanning mode.The malposition of adjacent layers arranged in a hexagonal pattern is at sub-pixel scale.Therefore,sub-pixel processing can be applied to improve the spatial resolution.The images coupled by the adjacent layer fibers are separated,and subsequently,the intermediate image is obtained by histogram matching based on one of the separated image called base image.Finally,the intermediate and base images are processed in the frequency domain.The malposition of the adjacent layer fiber is converted to the phase difference in Fourier transform.Considering the limited sensitivity of the experimental instruments and human sight,the image is set as a band-limited signal and the interpolation function of image fusion is found.The results indicate that a super-resolution image with ultra-high spatial resolution is obtained.     

集成式光读出FPA红外成像系统设计

本文对读出原理、像差要求、图谱质量进行深入研究,进而对读出技术进行深度整合与简化,实现光读出FPA红外成像系统小型化、轻量化、集成化。首先,从FPA的热-机械效应出发,介绍了光读出FPA红外成像系统的工作原理;然后,针对通常采用的光读出FPA红外成像系统体积大、重量大、结构复杂缺陷,提出了高集成度的新型光读出系统;接着,在分析讨论读出光路像差容限、特点的基础上,对以异形棱镜为核心元件的光读出系统进行了具体的光学仿真设计;最后,设计了集光、机、电、软技术的集成式光读出FPA红外成像系统。对系统样机测试结果表明:在确保成像性能的前提下,光读出FPA红外成像系统的体积减小到175 mm×83 mm×105 mm。以异形棱镜为核心元件的光读出技术,在满足成像精度和灵敏度的前提下,可减小读出系统的复杂程度,有效降低了光读出FPA红外成像系统的体积和重量,从而促进光读出FPA成像系统的工业化应用。     

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。     

基于神经网络客观测量MRTD的方法探讨

从分析测试热像仪性能参数MRTD的主观方法入手,提出了一种基于神经网络用面阵CCD测量MRTD的客观方法.介绍客观测量系统的理论框架、设计方案和测试过程,并对其技术难点进行了讨论.