非制冷红外焦平面无效像元识别与实时补偿

非制冷红外焦平面阵列(UFPA)不可避免地存在无效像元, 这对UFPA的成像效果造成了极坏的影响。为解决这一问题, 在分析并总结各种非制冷红外焦平面无效像元识别算法优缺点的基础上, 提出一种新的无效像元识别与实时补偿方法。根据像元响应特性, 采用循环迭代法以搜索最优的无效像元判别阈值, 并据此标识出无效像元的位置。在硬件实现阶段, 对于M×N的UFPA器件, 在任意采样时刻, 利用移位寄存器保存当前采样点之前的M个响应值, 使其输出可实时更新为与采样点同列的上一个数据; 同时, 利用一般的寄存器实时保存与采样点同行的前一个数据, 采用同帧行列间内插法实现无效像元的实时补偿。该算法有效地解决了无效像元识别阈值选取困难及不易实时补偿的问题。针对320×240的UFPA器件, 该算法在基于FPGA的红外图像处理系统上得以实时实现, 成功地消除了无效像元对UFPA成像效果的影响。     

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.     

混成式热释电非制冷红外焦平面探测器技术

介绍了混成式热释电焦平面探测器的基本结构和主要制备工艺流程以及国内外研究现状。混成式热释电焦平面探测器的关键制备技术主要包括热释电材料的优选与减薄技术,铟柱倒装焊混成技术、热隔离技术和读出集成电路技术等。指出了混成式热释电焦平面探测器的发展趋势。     

红外焦平面联合非均匀性校正算法

分别分析了红外焦平面阵列(IRFPA)基于定标的非均匀性校正(NUC)算法和基于场景的NUC算法的优势和问题.在此基础上提出了联合NUC算法,其中利用基于定标的两点校正法来初步消除探测器的非均匀性,然后再采用基于场景的时域高通校正法和新型自适应滤波校正法来抑制探测器非均匀性参数漂移的影响,同时减弱系统噪声对成像质量的破...     

无基底焦平面阵列的红外成像性能分析

利用提出的光学读出非制冷红外成像系统,先后制作了单元尺寸各不相同的单层膜无基底焦平面阵列(focal plane array,FPA),获得了室温物体的热图像.分析发现,当FPA的单元尺寸从200μm逐渐减小到60μm时,基于恒温基底模型的理论响应与实验结果的偏差逐渐增大.通过有限元分析方法,模拟分析了不同尺寸的微梁单元在无基底FPA中的热学行为,发现了当单元尺寸逐渐减小时恒温基底模型偏差逐渐增大的原因,即无基底FPA的支撑框架不满足恒温基底条件,受热辐射后支撑框架的温升从基底上抬高了单元的温升.论文还分 关键词： 光学读出 非制冷红外成像 焦平面阵列 无基底     

激光辐照碲镉汞红外焦平面探测器的热应力损伤研究

基于碲镉汞红外焦平面探测器的结构与其材料热力学相关特征,描述了激光辐照碲镉汞红外焦平面探测器造成的损伤机理。根据相关的辐照环境和条件,通过有限元分析法建立了三维仿真模型。基于COMSOL Multiphysics软件仿真了碲镉汞红外探测器受到波长10.6 μm的激光辐照时,探测器各部分的温度变化及应力变化情况;通过数值分析方法,比较了碲镉汞探测器在经过光斑面积相同。功率不同的激光辐照后,其表面径向及内部轴向的温度场变化及应力场变化情况。仿真结果表明:在经过106 W/cm2的连续激光辐照后碲镉汞探测器表面温度与应力快速升高,造成探测器表面损伤,同时探测器被辐照部位的温度变化也导致其内部局部应力值变化。将碲镉汞探测器的应力损伤阈值及变化趋势与文献中相关实验数据进行对比,发现二者结果基本一致,验证了模型的可行性。     

基于NiosⅡ的非制冷红外图像处理系统研究

设计一个非制冷红外图像处理系统，该系统放弃了目前普遍应用的数字信号处理器（DSP）＋现场可编程门阵列（FPGA）的系统构架，采用基于FPGA的NiosⅡ嵌入式处理器的系统构架，实现了系统的小型化。提出一种基于流水线结构的信号处理方法，并利用NiosⅡ嵌入式处理器软硬件开发工具，实现了在该系统上对非制冷红外焦平面阵列非均匀性进行校正和盲元补偿的实时处理，降低了系统的工作频率。实验结果表明：该系统能够对非制冷红外图像进行实时处理，工作性能稳定，处理效果良好。     

光学读出非制冷红外成像技术的光学灵敏度分析

不同于传统的非制冷红外成像技术,提出了基于微电子机械系统(MEMS)的新概念光学读出非制冷红外成像技术。它的光学读出系统基于空间刀口滤波原理,具有高灵敏度、高分辨率和高抗震性等优点,但同时也受到了反光板的弯曲变形、粗糙度等复杂因素的影响。在大量实验数据的基础上,利用夫琅禾费近场衍射理论,建立了复杂因素下光学灵敏度的理论分析模型,详细分析了刀口滤波位置、反光板的长度、曲率半径、粗糙度、LED光源的强度以及扩展宽度等对光学灵敏度的影响,并提出了通过极限操作使系统的光学灵敏度最大化的光学优化方法。     

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。     

基于BP神经网络的红外焦平面非均匀性校正技术

在传统BP神经网络非均匀性校正理论的基础上,结合红外焦平面阵列读出通道的时变特性,提出一种新的输出期望估计方法.该方法利用当前像素邻域和读出通道估计输出期望值.实验表明,算法能有效抑制焦平面固定图案噪音,提高场景目标的分辨能力,达到较好的视觉效果.     

Multi-sampling and filtering technology of IRFPA

In order to overcome the drawbacks of low SNR of IR (infrared) images and resolve the problem that widely used 2D-TDI (two dimensional time delay integration) algorithm could only be applied to static or slow-moving targets, the application of multi-sampling and filtering technology is discussed in this paper. The technology adopted the method of sampling the same pixel repeatedly in one image which ensured that it could be applied to fast-moving targets and lowered random noise of IR images in the meantime. Both the images effects and the experimental data show that multi-sampling and filtering technology of infrared focal plane array (IRFPA) have the same ability of improving SNR (signal noise ratio) of IR images as the 2D-TDI algorithm which can raise the SNR of IR images to times of the original ones (m equals to the sampling times at the same pixel), and the experimental result also proves that the technology can be applied to all moving targets.     

焦平面阵列反光板的优化设计与制作

光学读出红外热成像系统中,焦平面阵列(FPA)反光板的初始弯曲降低了系统的光学检测灵敏度。针对FPA的设计制作,提出了两种降低其反光板初始弯曲的优化设计方案:减薄反光板上金层厚度和制作带加强筋的反光板。在理论分析的基础上,设计制作了单元尺寸为200μm的反光板金层减薄FPA,其反光板曲率半径提高至原来金层未减薄FPA的4.71倍,系统光学检测灵敏度提高了5.2倍;单元尺寸为60μm的反光板带加强筋FPA,其反光板曲率半径提高至原来没有加强筋FPA的4.29倍,系统光学检测灵敏度提高了1.18倍。实验验证了理论分析的结果。     

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.     

金刚石膜厚度尺寸对热残余应力的影响

 采用有限元方法对钼基体上不同厚度（20~1 000 μm）金刚石膜的热残余应力进行了全面的模拟与分析,得出了它们在膜内分布的等值线图,研究了金刚石膜厚度尺寸对整个膜内的最大主拉应力和界面处每个应力分量最大值的影响。结果表明：在整个膜内,最大主拉应力的位置出现在膜的表面、界面或侧面,其值随膜厚度的增加而增大;在界面处,最大轴向应力随膜厚度的增加而增大,而最大径向压应力、最大周向压应力和最大剪应力则随膜厚度的增加而减小,其中最大剪应力减幅较小;膜厚度越大时,以上各量随厚度增（减）的速度越慢。其结论对于在金刚石膜的制备中合理地选择厚度、有效地进行应力控制有一定的参考价值。     

红外焦平面探测器制冷组件可靠性研究进展

红外焦平面探测器制冷组件的可靠性研究对推进组件工程化应用具有重要意义。介绍了国外在组件的可靠性模型、失效模式、加速应力以及可靠性试验等方面的研究进展,并对国内的组件可靠性研究状况作了简要分析,总结了对组件可靠性研究的总体思路,为国内红外焦平面探测器制冷组件的可靠性研究提供参考。     

LD侧面抽运板条激光器热效应分析

针对板状Nd:YLF激光介质,在高斯光束抽运情况下,用ANSYS有限元软件模拟了激光介质的热效应,对激光介质中各点的温度和应力分布进行了分析和比较.研究发现双侧抽运与单侧抽运相比,更易获得对称的温度分布,随着抽运光斑横截面变大,抽运面中心温度变低.同时得到板条的棱边、端角处存在较大热应力,且引入的机械应力不可忽视,因此,激光器运转时此区域需防止断裂.     

制冷型红外焦平面系统冷反射效应的分析与控制

利用光学不变量对焦平面系统进行近轴分析,得到了量化焦平面系统冷反射集中程度和变化率的两个一阶参量。以热辐射理论为基础,推导并总结了冷反射引入温差(NITD)和成像系统参数及环境参数的关系式。以焦距为90mm,视场角4°,F数2.75的中波焦平面成像系统为例,在CODE V软件中对其冷反射效应进行了定量分析,并以一阶参量为约束,实光线追迹辅助验证的方式进行了冷反射优化,优化后光学系统的冷反射降低了70%。在杂光分析软件(ASAP)中根据系统的实际参数对冷反射分布进行了模拟,结果表明对冷反射进行优化控制后,系统的NITD减小到了预设值之下,冷反射效应得到了很好的控制。     

人体腿部四层结构的红外热成像有限元分析

为研究人体红外热成像和体内肿瘤热源的关联,本文构建了包括骨层、肌肉层、脂肪层、皮肤层的人体腿部有限元模型。根据体内温度沿径向分布的特点,给出了各区域内动脉血液灌注热生成率随径向坐标变化的情况,解决了有限元建模中动脉血灌注热生成率随温度变化的非线性问题。进而用有限元方法数值计算了不同尺寸和不同深度的体内肿瘤所带来的温度变化。结果表明：在所研究的肿瘤尺寸范围内,肿瘤尺寸越小,体内温度提升越高,体表的峰值温度越高,体表温度分布半峰宽越窄,温度变化越陡峭。对于特定尺寸的肿瘤,肿瘤越深,体内峰值温度越高,体表的峰值温度越低,体表温度分布半峰宽越宽,温度变化越平缓。     

1.5m级大口径标准镜面支撑系统的研究

现阶段科研检测仪器对光学镜面的面形精度要求越来越高.光学镜面的口径越大,自重导致的变形问题越严重.为了保证大口径标准镜在法线水平状态下的面形精度,提出了侧面钢带支撑和杠杆平衡重锤卸荷的组合支撑结构,与传统使用的钢带支撑、水银带支撑方式作了比较,并通过ansys有限元分析软件建立的模型对几种不同侧支撑方法进行了分析比较,...     

大口径平背形主镜支撑方式的选择

支撑方式对主镜面形的变化有十分重要的影响。为了使主镜的安装支撑既能保证面形变化最小,又能保证在不同仰角时位置不变动,需要对主镜的支撑方式进行分析和选择。通过对一个口径为600mm、中心孔径为200mm、光学表面曲率半径为2130mm的实体镜在各种支撑情况下的变形大小进行分析,并综合考虑加工、一阶共振频率及工作时的旋转因素后,最终确定了一种满足设计要求的优选支撑方案。