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。     

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。     

凝视型非制冷红外热像仪的优化设计

概述了凝视型非制冷热像仪作用距离估算的几种模型及其特点.采用NVTherm分析了320×240凝视型非制冷热像仪的调制传递函数、最小可分辨温差和探测距离.分析结果表小F/#、减小像元间距都能够改善凝视型非制冷热像仪的性能,增加作用距离.外场试验结果与NVTherm的仿真值符合得比较好,表明可以利用NVTherm对凝视型非制冷红外热像仪的设计过程进行优化,并能缩短设计周期.     

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。     

热成像系统MRTD数学模型的研究

通过研究热成像系统MRTD数学模型发展的历史及成果，推演和变换了最具代表性的10种最小可分辨温差方程，研究分析了各方程之间的内在联系和异同，从而在匹配滤波模型的基础上推导出新的MRTD方程。经理论推导发现建立起来的模型通过近似推导能推导出最具代表性的斯科特方程、罗切斯方程和劳埃德方程。新建立起的方程不仅消除了太多的取样近似，完整描述了三维噪声，而且在眼／脑空间积分中包括了扫描效率和过扫比的影响。     

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。     

红外热成像系统调制传递函数（MTF）测试研究

为了能对红外热成像系统的性能进行准确的评价，必须对其MTF进行准确测试。利用高精度双黑体反射靶标评估系统，并依据刀口靶测试原理，首先在计算机中进行微分运算，获得线扩展函数，然后再进行傅里叶变换，最终获得MTF。通过对CEDIT ⅡA型热像仪MTF的测试和分析，发现MTF的测试主要受输入差分信号强度，脉冲电平的去除与否，以及采集到的信号是否滤波等因素的影响。该测试评估系统能保证背景辐射的均匀性和稳定性，且受环境温度变化的影响极小，因此可大大提高测量的准确性和可靠性。     

红外热像仪与上位机通信系统设计

设计了一款上位机软件实现对国产中波凝视红外热成像系统的指控命令发送、软件版本更新等功能。红外图像的处理主要在FPGA内完成,上位机通过串口直接与FPGA内部的NIOSⅡ通信,完成红外图像的非均匀性校正、盲元处理(包括盲元列表的上传下载)、图像性能测试等功能,并且上位机可以通过串口直接对FPGA程序进行更新。为了提高通信的稳定性,所有通信命令采用统一格式的数据命令包进行发送和接收。相比较一般的串口数据通信,所设计的通信方式具有传输距离远、误码率低、软件升级操作简单、方便、效率高等特点。对比一般的红外成像系统,本系统采用串口在线升级FPGA的方式,简化了系统硬件电路设计,方便了系统后期维护。     

红外热像仪参数的双黑体测量装置

对红外热像仪参数双黑体测量装置的工作原理进行了介绍。装置采用双黑体及反射型靶标为温差辐射源，可实现黑体温度温差准直辐射的定期校准和红外热像仪参数测量量值的溯源，也可实现红外热像仪参数的可控性，以及对它进行稳定的、可复现的精确测量。推导出利用红外热像仪参数双黑体测量装置测量信号传递函数SiTF数学模型，分析了红外热像仪参数测量装置的客观因素——仪器常数，针对仪器常数对SiTF测量的影响进行了试验。试验结果表明，仪器常数对红外热像仪SiTF参数测量精度影响较大，并同时影响时域与空域NETD及3D噪声的准确测量。     

扫描型热像系统均匀性校正方法研究

随着热像系统时域噪声等效温差（NETD）的不断下降,残余固定图形噪声（RFPN）的不稳定性成为制约系统性能,特别是制约系统识别能力的一个关键因素。通过分析热像系统响应非均匀性产生的机理,介绍一种扫描型热像系统获得场景平均辐照度点的方法,实现了以场景平均辐照度点为校正基准点的动态校正。采用该方法研制的热像系统在（0～50）℃场景动态范围内可使系统的RFPN小于15mK。通过样机冬、夏两季外场试验以及各种环境试验,验证了该校正方法在热像系统温度发生变化以及场景辐照度发生变化时具有良好的适应性。     

单黑体温控的热成像仪MRTD野外在线自动检测技术研究

为满足红外热像仪MRTD野外在线全自动检测要求,设计了一种新型MRTD检测方法。硬件采用单黑体温差控制技术,在减小检测设备体积质量的同时保证了黑体目标与环境背景的温差控制精度,采用串口通信控制与CCD图像采集处理等技术有机结合实现温差控制及图像采集处理的协调统一;在软件上采用优化的处理算法精确地提取目标及背景区域,并利用不同温差下目标与背景区域的灰度差计算出被测热像仪MRTD参数值。经实验检验,该结果与人眼观测所得结果误差在002℃以内,研制出的检测设备具有结构简单、体积及质量小、操作简便等优点。     

单黑体温控的热成像仪MRTD野外在线自动检测技术研究

为满足红外热像仪MRTD野外在线全自动检测要求,设计了一种新型MRTD检测方法。硬件采用单黑体温差控制技术,在减小检测设备体积质量的同时保证了黑体目标与环境背景的温差控制精度,采用串口通信控制与CCD图像采集处理等技术有机结合实现温差控制及图像采集处理的协调统一;在软件上采用优化的处理算法精确地提取目标及背景区域,并利用不同温差下目标与背景区域的灰度差计算出被测热像仪MRTD参数值。经实验检验,该结果与人眼观测所得结果误差在002℃以内,研制出的检测设备具有结构简单、体积及质量小、操作简便等优点。     

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。     

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...     

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。     

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。     

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。