基于微光像增强器的偏振成像系统设计与实验

为验证用微光像增强器实现偏振成像的可行性,根据偏振成像原理,设计了基于分时型偏振成像技术的微光偏振检偏器。选用三代像增强器和高动态范围数字CCD,设计了相应大口径成像物镜和中继光学耦合透镜,获得了高透过率、高调制函数（MTF）的图像耦合性能。采用数字CCD、数字图像采集卡,编写了相应图像处理软件,实现了实验室和野外微光条件下的人造目标和自然景物的偏振探测成像。结果表明,原始图像中目标与背景对比度之比为1.35,基于微光像增强器的偏振成像系统的目标与背景对比度之比为2.35,微光偏振成像能够提高夜间环境下人造目标和自然背景的对比度。     

基于散射介质成像理论的微光夜视系统研究

描述了一种基于大气散射特性分析的微光夜视系统设计。通过分析大气对光学辐射的散射作用,在理想光电成像系统探测方程的基础上,建立了散射介质成像的探测模型,表明大气散射会严重衰减目标对比度,而目标对比度的传递特性即系统调制传递函数将直接影响观察的作用距离。通过选择应用响应光谱主要集中于0.6μm~1.0μm的三代像增强器,优化设计光学系统的MTF,实现了大气环境下的微光系统作用距离的提高。完成的两种焦距分别为250mm和320mm,采用了三代像增强器的夜视仪.野外试验表明,实现对空目标作用距离最大13.7km~18.3km发现、8.0km~8.1km识别。     

一种改进的微光夜视系统视距探测方程

视距是评估微光夜视成像系统性能的一个重要参数。随着微光夜视探测技术的发展,经典视距模型的视距仿真结果与实测结果出现了一些偏差,特别是在10-3 lx低照度条件下视距仿真结果不甚理想,这对微光夜视仪在实际应用中造成了很大的阻碍。针对这一问题,从微光成像系统成像链路的三个环节对经典视距模型进行修正：考虑大气透过率对微光夜视系统视距的影响并对经典视距模型中的大气透过率因子进行修正;基于像增强器噪声因子对视距模型进行修正;考虑人眼视觉传递特性对微光夜视系统视距的影响,在系统的传递函数模型中加入了简化的人眼视觉模型。进而推导出改进的视距模型。结合野外试验数据,验证了改进视距模型的有效性和实用性,这对于微光夜视系统的设计、评估和应用具有一定的指导性意义。     

夜间目标特性与微光夜视

对夜间目标亮度分布特性、外形尺寸特性和与背景的对比度特性进行分析，并给出测量数据。分析微光夜视系统对目标特性的改变，探讨提高微光夜视性能的对策。     

用于微光夜视系统性能评估的新方法

为了全面、科学、合理地评价夜视系统的性能指标和作战效能，避免在野外实测微光夜视仪的过程中投入大量的人力、物力和财力，在微光成像夜视系统阈值探测理论和视景仿真技术的基础上，开发了一个集计算和仿真功能于一体的应用软件，提出了采用三维视景仿真软件作为夜视系统性能评估工具的新方法。该软件可以实现对微光夜视系统夜间成像的仿真和视距的评估。以三代微光夜视观瞄系统为试验对象，对其在不同夜间环境下进行了性能评估和野外测试。通过对结果的分析和比较，证实了该评估方法是实用的。     

基于四波段图像融合的彩色夜视方法研究

为了在低照度条件下获取目标的彩色图像,提高夜间对目标的识别能力,提出了基于四波段图像融合的彩色夜视方法.采用F-P滤光片设计出了透射中心在三基色光中心波长及近红外波段的四波段滤光片,在各个透射区域的平均透射率均达90%以上;将四波段滤光片设计成圆形滤色轮结构,用分光计测得了各波段滤光片的光谱透射性;对加入滤光片后的系统信噪比进行了分析和计算,分析结果表明加入滤光片不会引入噪声,计算结果表明加入蓝色、绿色、红色和近红外波段滤光片的成像系统的信噪比分别是原来单色微光夜视系统信噪比的19.59%、38.45%、47.28%和46.70%.借助国产超二代像增强器在微光实验室进行了四波段图像采集及彩色图像融合实验,实验时光照度分别为1×10~(-3)lx和1×10~(-1)lx,对获取的图像质量进行了评价.结果表明:在照度为1×10~(-3)lx时,融合的彩色图像在均值、方差和熵这三项指标上均优于过滤后的蓝色和绿色的单色图像,且由于彩色图像中利用了近红外图像进行增强,使得彩色图像亮度更高,颜色分辨性更好;在照度为1×10~(-1)lx时,融合后的彩色图像的信息熵比红、绿、蓝三种基色图像的大,彩色图像携带的信息量更大.本文的研究对彩色夜视成像系统的设计和研发具有借鉴和指导意义.     

微光夜视系统在激光助视下的视距研究

微光夜视仪的最大作用距离是它主要的技术指标和进行系统设计的主要依据。根据前人的研究,系统总结了微光夜视系统的视距公式。为改变微光夜视系统易受外界影响的缺点,一般需要再加入激光助视系统。加入激光助视系统之后光源的类型发生变化,视距公式也会随之发生改变,其中最主要的是光谱匹配系数的变化,还有照度、对比度、反射率等都随之发生变化。详细分析了加入激光之后视距公式中各因子发生的变化,为合理选择激光类型提供理论参考。并且估算了头盔式微光夜间驾驶仪（其中所用光电阴极为超二代管）在激光助视下的视距。验证了选取激光类型的合理性。     

D-f图评估微光镜头视距的实践

野外观察距离是微光仪器的战术技术指标。根据视距评估仪器的微光镜头品质,有其现实意义。本文在大量实践的基础上,介绍利用D-F图评估国产微光镜头的品质。一、视距概述野外观察距离是评估微光仪器的一项重要指标。野外观察距离是一个多因素的指标,受内外部条件的影响。外部条件包括场景照度、目标反射率、对比度、大气条件及目标尺寸等,仪器内部条件有微光镜头的口     

一种改进的直视型微光夜视系统视距模型

针对经典视距模型对于三代与超二代像增强器的直视型微光夜视系统评价方面缺乏差异性,模拟仿真结果在10^-4 lx超低照度下不甚理想这一问题,对现有的经典视距模型进行了三个方面的优化:在系统的传递函数模型加入了人眼的传递函数;基于光阴极与景物的光谱匹配修正了景物在光阴极产生的平均光电子数和光电子对比度公式;在噪声来源中加入了背景噪声项.进而推导出改进的视距模型,并通过头盔系统的实际外场实验结果进行了验证.结果表明,改进的视距模型能有效分辨出超二代和三代夜视系统的识别距离的差异,计算结果更接近实际测量结果.     

微光偏振成像系统设计及实验

为了实现对运动目标或变化场景的同时成像,根据偏振成像原理,基于孔径分割技术设计了一套微光偏振成像系统.开展了微光偏振成像实验,在实验室条件下定性分析了偏振成像的优势,研究了不同照度下偏振成像的准确度.通过改变偏振出射光束的照度,运用获得的偏振图像计算了该照度下光束的偏振度和偏振角.与真实偏振度、偏振角信息对比分析表明,当环境照度大于10-2 lx时,偏振成像能够比较准确地还原场景的偏振信息,改善微光成像质量.经过优化,该系统MTF在56lp/mm处所有视场下均不小于35%.     

军用微光夜视系统的现状与研究

叙述三代像增强器及其相关的夜视仪和微光电视的发展现状，评定像增强器探测和识别目标的能力，探讨提高微光夜视系统作用距离的途径。     

Apparent distance theory revision for low-light-level night vision system based on noise factor

This paper introduces basic concept of the detection range of a low-light-level (LLL) imaging system, and on the basis of previous derivation of visual distance detection equation for the LLL imaging system, the influence of noise factor on visual distance of LLL night vision system is discussed emphatically. Image intensifier is the most important part of LLL night vision device and SNR is one of the important parameters of micro-light image intensifier, whose value determines the detection distance and image sharpness of LLL imaging system in low-light conditions. In this paper, using system noise factor relation, by modifying the noise factor, a more practical and perfect horizon detecting equation is established, and the horizon estimation is carried out with the experiment, and the practicability of the corrected Horizon formula is verified. It has a certain guiding significance for improvement of the LLL imaging system and the development of night vision technology.     

夜视像增强器(蓝光延伸与近红外延伸光阴极)的近期进展

２０世纪９０年代以来，夜视像增强器的研究主要朝着两个方向发展：一是研究对于探测、识别与确认沙漠地带或沙地景物有贡献的蓝光延伸（＜５５０ｎｍ）ＧａＡｓ负电子亲和势（ＮＥＡ）光阴极，光谱响应向短波长延伸，使光阴极灵敏度、光增益与鉴别率等性能大大优于标准三代管，从而形成“加强三代管”或所谓“四代管”，其探测性能较标准三代管高一倍；二是研究与夜天空辐射较为匹配、对１．０６μｍ激光有较高响应的光阴极，包括研究ＩｎＧａＡｓ、ＮＥＡ光阴极（１．０～１．３μｍ和１．５～２．０μｍ）和多碱光阴极（１．０～１．１μｍ）这三类近红外（ＮＩＲ）像管，可用于主被动夜视。本文综述了这几个方面的进展及其在夜视中的实际应用。     

人体目标光谱特性对微光像增强器视距的影响

为研究不同人体目标的反射光谱特性对微光像增强器视距的影响,以夜天空辐射光谱特性和常见衣服的光谱反射系数为基础,建立了人体目标的反射光谱分布方程,分析了人体目标穿着不同材质和颜色衣服时的反射光谱特性,并从微光像增强器视距实际探测方程出发,讨论了微光像增强器对不同人体目标的探测能力。发现不同人体目标的反射光谱特性对微光像增强器视距的影响主要体现在平均反射率和目标背景初始对比度C₀方面,棉质衣服的反射系数和光谱反射强度比涤纶衣服高,微光像增强器对穿着棉质衣服的人体目标的探测能力更强。微光像增强器对穿着同样颜色棉质衣服的人体目标的视距比穿着涤纶衣服远,对穿着浅色衣服的人体目标的视距比穿着深色衣服远,在满月情况下像增强器对衣服的材质更敏感。     

光子计数法测量微光像增强器背景噪声分布特性

针对微光像增强器噪声特性,理论上分析了微光像增强器背景光子噪声特点。设计了采用光子计数法及使用类针孔微弱光照度计对微光像增强器的背景噪声进行测量的方案。在三代微光像增强器信噪比测量装置中,采用类针孔微弱光照度计对微光像增强器无光照时荧光屏上Ф0.2 mm光斑的照度进行了测量实验。对于空间特性,以荧光屏中心点为圆心的同心圆上照度值不均匀性小于1%;对于时间特性,在微光像增强器工作大约270 min后,荧光屏中心点照度值会达到稳定状态。以各个空间点和时间点照度值为基础分析了无光照时像增强器背景噪声在时间和空间的分布特性,为评价微光像增强器的噪声特性提供了数据支持。     

微光物镜特性分析

微光夜视仪中的物镜和像增强器是影响其性能的两个主要部件。为了提高微光夜视仪的性能,本文对微光物镜的特性作了分析探讨。     

微光像增强器的最新发展动向

综述了近年来微光像增强器发展的现状和动向。目前微光器件主要向第四代近贴聚焦像增强器发展，其技术突破一是采用无膜MCP；二是光电阴极采用自动门控电源和红外热像与微光夜视光学融合技术。夜视仪向小巧、轻便和价廉的单兵头盔及单甲双目手持微光眼镜和微光轻武器瞄准仪发展。最后指出微光器件寿命是实现实用化的关键。     

微光电视成像系统表征方法

 在分析微光电视成像系统的基础上，提出了适用于微光电视成像系统仿真所用的微光场景图像数据的要求及生成方法；针对第二代近贴聚焦系统和第三代像增强系统，建立了微光电视成像系统的能量增益理论模型；引入３维噪声理论模型表征了微光成像系统的噪声；最后，提出了微光电视图像噪声抑制算法的评价方法。仿真结果表明：经微光系统传递后，图像中的高频信息变模糊，加入噪声后，信噪比降低；而经过5帧平均算法后的图像质量明显改善，对比度增加。