扫描热成像系统NETD数学模型的研究

讨论了最近几十年发展起来的最具代表性的10种NETD模型的优缺点．在对它们进行综合分析的基础上建立起了新的适用于扫描热成像系统的NETD数学模型，得到的模型消除了光学系统大的f／#影响，增加了两个可供选择的光谱滤波函数，并考虑了占空比在模型中的影响．建立起的模型能客观全面地用于热成像系统温度灵敏度的性能评价。     

激光干扰红外成像系统的噪声等效温差及信噪比分析

噪声等效温差(NETD)和信噪比(SNR)是衡量红外成像系统性能的重要指标之一,它与探测器的多种性能参数有关。分析了激光辐照干扰红外探测系统及不同材料类型红外探测器性能参数变化。通过理论定量计算分析,比对YAG激光(波长1.06 μm)干扰前后系统噪声等效温差、信噪比曲线,得到了激光损伤后的NETD比损伤前NETD大2至3个数量级,同时,激光干扰后的信噪比相对激光干扰前信噪比小2个多数量级,进一步推导出激光干扰对红外探测系统的影响。     

用NETD表达的红外作用距离方程

从红外系统作用距离的普遍方程和等效噪声温差的定义出发，推导出用MBID表达的红外系统作用距离方程。     

热成像系统性能参数MRTD的编程计算

静态性能模型对于热成像系统的评价是非常重要的。作为静态性能的一个重要参数，MRTD对系统性能的评价具有重要的意义，它的准确计算对系统视距估算影响较大。介绍了MRTD的一般模型，并编制了Matlab程序进行计算，这些计算结果有助于系统作用距离的估算。     

可见光光电成像系统整机综合参数校准技术研究

为了准确、客观地评价可见光光电成像系统整机性能参数,研制了可见光光电成像系统整机综合参数校准装置。装置由积分球光源系统、标准测试卡、光学准直系统、支撑调整台、视频数据采集模块和综合处理软件等几部分组成,主要完成系统分辨力、调制传递函数（MTF）、对比度、噪声功率谱、噪声等效亮度、灵敏度等性能参数的测量。针对某型号可见光电视产品,验证了装置的有效性,给出了综合参数的测量结果,其截止频率为39.4 mm-1,对比度为76.5％,均方根噪声电压为2.14 mV,噪声等效亮度(NEL)为0.045 5 cd/m2,信号传递函数对应的灵敏度为47 mV（cd/m2)-1。最后,分别采用照度计和标准视频发生器对装置进行了标定,其积分球光源出口亮度和信号采集系统输出电压最大相对测量误差分别为-2.3％及1％。     

红外成像系统作用距离等效折算方法

根据红外成像系统的作用距离试验实际数据，给出了工程实际中红外成像系统作用距离指标的检验和换算的等效计算方法，进而给出了两种特定气象条件下的大气衰减系数。     

红外昼夜跟瞄系统工作波段选择与分析

针对红外系统设计中工作波段选择问题,从探测器性能、光学弥散斑、大气传输特性、目标与背景辐射特性、海杂波干扰等多个方面对中波和长波红外进行了对比分析;制定了详细的中波和长波红外热像仪昼夜探测效果摸底试验方案,得出在不同时间、不同气象条件下2种探测器对相同目标的探测试验数据。结合试验数据与理论分析,提出红外系统在用于对岸远程昼夜探测情况下波段选择的建议。     

衍射光学元件在红外成像系统中的应用

利用衍射光学元件除了能减小成像系统的体积和重量外,还具有许多传统光学元件无法比拟的优越性,如消色差和热补偿功能等,本文以实例阐述衍射光学元件在红外成像系统中的应用。     

激光参数对红外成像系统干扰效果影响的实验研究

 针对激光对红外成像系统的干扰效果是光电对抗领域的一个研究热点,采用波长10.6 μm的CO2调谐脉冲激光器,通过漫反射板反射激光能量到像元数为320×240的多晶硅非制冷焦平面红外热像仪上进行激光干扰红外成像系统的实验。在实验中研究了干扰激光能量、重复频率、波长、光斑大小等激光参数对干扰效果的影响,并从图像质量的角度分析了激光参数对干扰效果的影响。结果表明,随着干扰激光能量密度、重复频率、波长和光斑的增大,干扰效果提高。此外,漫反射干扰的效果证明这种干扰方式是可行的,该方式可避免干扰源成为未来将出现的反辐射光电制导武器的诱饵,为CO2激光干扰装备提供一种新的战术配置方法。     

基于水浴黑体的红外成像系统定标实验研究

定标是任何成像和非成像系统定量化应用的前提,实验室定标是把握系统基本性能的关键环节。在阐述红外系统定标的原理和方法的基础上,基于高精度水浴黑体,从稳定度、响应线性和响应度系数方面对红外热像仪进行了定标实验,描述了实验定标系统,并结合实验详细分析了影响定标精度的主要因素:黑体温度的不确定度、对同一辐射量值的测量误差和环境温度引入的误差。     

红外全景扫描跟踪成像系统设计与实现

针对红外搜索跟踪系统中全范围快速搜索和跟踪成像视场不同的问题,采用线列探测器配合高速转台和高均匀性扫描器,设计实现了一种360全方位搜索和跟踪的成像系统。实验结果表明,该系统成功实现了360全景扫描,在搜索到目标后可快速转入跟踪成像,由搜索转入跟踪成像状态的稳定时间小于1.94 s,系统性能指标达到实用要求。     

海空背景下点目标红外成像系统信噪比的估算

在海空背景下,从目标与环境辐射特性之间的关系出发,针对不同的大气条件对点目标成像过程中的大气衰减分别进行了计算。使用NETD方法对在相应条件下不同距离上的热成像系统的信噪比进行了估算。分析比较了直接温差估算法和间接温差估算法两种信噪比的计算结果。     

红外热像仪SiTF的测试研究

信号传递函数(SiTF)是评价红外热像仪性能的最基本且最关键的技术指标之一，它是响应度函数的线性部分，从响应度函数测试曲线中可得到待测系统增益、线性度、动态范围和饱和度的信息。采用高精度的双黑体反射靶标评估系统对CEDIT IIA型热像仪的SiTF进行了测试分析。该系统保证了背景辐射的均匀稳定，且受环境温度变化的影响极小，从而大大提高了测量的准确性和可靠性。最后给出了测试SiTF时出现波动的多种可能原因。     

High-accuracy and real-time 3D positioning,tracking system for medical imaging applications based on 3D digital image correlation

This paper presents a system for positioning markers and tracking the pose of a rigid object with 6 degrees of freedom in real-time using 3D digital image correlation, with two examples for medical imaging applications. Traditional DIC method was improved to meet the requirements of the real-time by simplifying the computations of integral pixel search. Experiments were carried out and the results indicated that the new method improved the computational efficiency by about 4–10 times in comparison with the traditional DIC method. The system was aimed for orthognathic surgery navigation in order to track the maxilla segment after LeFort I osteotomy. Experiments showed noise for the static point was at the level of 10⁻³ mm and the measurement accuracy was 0.009 mm. The system was demonstrated on skin surface shape evaluation of a hand for finger stretching exercises, which indicated a great potential on tracking muscle and skin movements.     

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。     

HL-2A先进二维硬X射线成像CCD系统设计

为HL-2A装置设计了一种二维硬X射线成像CCD系统,用它能直接测量硬X射线辐射强度的二维时空分布I(z,y,t),并能得到电子速率分布fe(v,r,t)。为获得二级加热和无感电流驱动如ECH／ECCD,LHH／LHCD,ICRH／ICCD,NBIH／NBICD的效果、波可近性、共振层位置、能量沉积范围等方面的实验研究提供重要诊断手段;也可用于内破裂、大破裂、MHD,特别是q=2附近高模的MHD行为、热电子和超热电子的输运、被捕获的高能粒子图像以及与模式波(如m=1,n=1)共振引起的鱼骨模不稳定性、辅助加料引起和诱发逃逸电子雪崩现象的实验观察与研究。     

Geometric analysis of the b-dependent effects of Rician signal noise on diffusion tensor imaging estimates and determining an optimal b value

The optimal diffusion weighting (DW) factor, b, for use in diffusion tensor imaging (DTI) studies remains uncertain. In this study, the geometric relations of DW quantities are examined, in particular, the effects of Rician noise in the measured magnetic resonance signal. This geometric analysis is used to make theoretical predictions for selecting a b value to reduce the influence of noise. It is shown that the optimal b value for DTI studies in healthy human parenchyma is approximately b=1200 s mm⁻², with a simple relation given as well for a given expected apparent diffusion coefficient. Monte-Carlo simulations on sets of realistic DTI measures are then performed, verifying the optimal DW for minimizing estimate errors. The effects of noise on various DTI parameters such as anisotropy indices (fractional anisotropy and scaled relative anisotropy), mean diffusivity, radial diffusivity, eigenvalues and the direction of the first eigenvector are investigated as well.     

时空联合调制成像光谱仪前置成像系统分析与设计

为满足红外成像光谱仪大光通量、高稳定性的应用需求,提出了一种基于多级阶梯微反射镜的静态化、无狭缝式、新型红外时空联合调制型傅里叶变换成像光谱仪结构.对其工作原理和光程差的产生方式进行了分析.作为该成像光谱仪的重要部件,前置成像系统决定了光程差的分布,其性能直接影响到目标物体的图像质量.根据系统光程差的产生方式,分析和设计了像方远心光路结构的前置成像系统.利用被动光学消热差方法对前置成像系统进行了消热差研究.结果表明:当温度在-20—60?C的范围内时,各个视场的调制传递函数均达到衍射极限,在多级阶梯微反射镜的总阶梯高度范围内成像质量良好;在不同的温度下,各视场处主光线在像面上的最大入射角小于0.02?.     

Novel metrics and methodology for the characterisation of 3D imaging systems

The modelling, benchmarking and selection process for non-contact 3D imaging systems relies on the ability to characterise their performance. Characterisation methods that require optically compliant artefacts such as matt white spheres or planes, fail to reveal the performance limitations of a 3D sensor as would be encountered when measuring a real world object with problematic surface finish. This paper reports a method of evaluating the performance of 3D imaging systems on surfaces of arbitrary isotropic surface finish, position and orientation. The method involves capturing point clouds from a set of samples in a range of surface orientations and distances from the sensor. Point clouds are processed to create a single performance chart per surface finish, which shows both if a point is likely to be recovered, and the expected point noise as a function of surface orientation and distance from the sensor. In this paper, the method is demonstrated by utilising a low cost pan-tilt table and an active stereo 3D camera. Its performance is characterised by the fraction and quality of recovered data points on aluminium isotropic surfaces ranging in roughness average (Ra) from 0.09 to 0.46 µm at angles of up to 55° relative to the sensor over a distances from 400 to 800 mm to the scanner. Results from a matt white surface similar to those used in previous characterisation methods contrast drastically with results from even the dullest aluminium sample tested, demonstrating the need to characterise sensors by their limitations, not just best case performance.