288×4长波线阵红外探测器的测试

第二代热成像技术的长波红外以HgCdTe288×4扫描型焦平面阵列（FPA）为主。相对凝视系统而言,该扫描型FPA空间截止频率更高、视场更宽。针对该线阵FPA在搜索、观瞄等领域的广泛应用,设计测试方案对探测器进行测试。实验结果与探测器出厂报告基本吻合,成功实现了对288×4长波线阵红外探测器的性能检测。     

基于锑化铟中波制冷红外探测器的高帧频图像采集系统设计

高帧频中波制冷红外探测器在机载光电吊舱、红外警戒系统、光电跟踪瞄准系统中有着广泛应用。传统的碲镉汞中波制冷红外探测器在保证成像质量前提下,受积分时间限制,帧频一般受限于25～100 Hz。而锑化铟中波红外探测器具备较好的非均匀性、较低的盲元率以及高帧频输出特性,可进一步提高红外系统作用距离和跟踪精度。基于中波红外锑化铟探测器设计了高速稳定的图像采集系统,实现了640×512分辨率数字视频200 Hz的图像输出。高帧频模式下,解决了探测器积分时间与读出时间信号串扰的问题,有效改善了红外图像的非均匀性。该系统通过探测器开窗设置,将帧频进一步提高,可实现对高速目标的红外探测、搜索、识别、侦察、情报搜集、跟踪等。     

红外焦平面探测器的读出电路

红外焦平面阵列是现代红外成像系统的关键元件 ,不论是混合式还是单片式红外焦平面阵列 ,都采用读出电路来实现信号的多路传输以减少阵列输出信号线的数目。论述了读出电路在焦平面信号传输中的作用 ;讨论了用于实现红外焦平面阵列读出电路的一些实施技术 ;提出了红外焦平面阵列读出电路今后的研究方向     

HgCdTe短波红外焦平面探测器校正技术

在短波红外成像光谱技术的应用背景下,对HgCdTe短波红外焦平面探测器的校正技术进行研究,包括坏像元校正和非均匀性校正,并提出先进行坏像元校正后进行非均匀性校正的探测器校正原则;在标准辐射源下,对正常像元的输出值进行正态分布拟合,并通过3σ准则设定正常像元输出值阈值的方法,确定探测器中坏像元的数量与位置,然后根据短波红外成像光谱技术的应用要求,对坏像元进行光谱二邻域均值替换;坏像元校正完成后,再采用运算量小、实时性强的两点法对探测器进行非均匀性校正。综合校正结果表明:探测器坏像元得到有效剔除,坏像元输出值得到良好校正,且非均匀性校正效果明显,图像细节更加丰富。     

基于SOPC设计的320×240红外焦平面成像电路

介绍基于SOPC设计非致冷红外焦平面热成像电路单元的方法,并对电路的结构进行了分析。     

红外探测器成像实验研究

红外探测器广泛应用于多光谱成像系统中,文章提出并建立了一种红外线阵时间延迟积分探测器的成像实验系统,阐述了成像系统的工作原理,对影响成像质量的两个主要因素电子稳像与自动对焦进行了深入分析。利用高精度直流测速机确定了转台转速与探测器的行转移频率,采用卡尔曼滤波算法滤除了测速机带来的噪声,提高了速度匹配精度。在分析比较红外相机四种检焦方法的基础上采用视频信号幅度法进行检调焦。在国家光学机械产品质量监督检验测试中心实地搭建了成像实验系统,并分别对5.3,6.4和9.2mm宽度靶标成像。实验结果表明,采集到的原始靶标纹理清晰,照相分辨率达到了每毫米11.3对线,达到了实验预期目的。     

滤光片在红外焦平面探测器截止波长测量中的应用

介绍了一种用滤光片估测红外焦平面探测器截止波长的方法。这种方法只需测量出加上滤光片后器件输出响应电压的损失率就可以通过理论计算估算出器件截止波长的大小。通过一个实际的例子说明了该方法的计算过程与结果,并与用单色仪所测得的结果进行了比较,二者符合得比较好。在实际应用中可作为一种筛选器件的快速判断方法。     

用于红外探测器的高红外吸收率结构研究进展

高红外吸收是实现高灵敏度红外探测器的一个重要途径。探测器的响应率与热吸收率紧密相关。高红外吸收将提升红外探测器的探测性能。鉴于高吸收率的重要性,对国内外研究中典型的高红外吸收结构的研究进展进行介绍。目前典型新型高吸收结构有基于新型材料(如超材料)的高吸收结构和基于金属光栅高吸收结构。研究表明这些结构在某些波段可实现近100%的完美吸收,是发展高灵敏探测器的新途径。     

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     

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。     

红外探测器的高频测试

研究了长波8~15μm波段,阻值大于440ΩMCT光导红外探测器,探测率在10kHz,14μm大于4×1010 cm·Hz1/2/W,在1kHz和10kHz中心频率下的噪声测试,中波5~8μm红外光伏型InSb器件,探测率在25kHz,8.26μm大于1×1011 cm·Hz1/2/W,在1kHz和255kHz中心频率下的噪声测试,并对器件信号进行了测试。信号和噪声测试是在124A锁相放大器测试系统测试,对124A测试系统的不确定度进行了分析,并与动态信号分析仪35670A对器件在0~50kHz频谱范围的噪声进行了测试和比较。实验结果表明,高阻值的光导器件在1kHz和10kHz中心频率下噪声相差约1.4倍,光伏型InSb器件在1kHz和15kHz中心频率下噪声相差约1.5倍,信号测试结果在1kHz下和3kHz中心频率下变化不超过3%。通过测试和比较,对高频下的测试给出了建议。     

高动态范围红外图像的显示与细节增强

针对高动态范围的红外图像动态范围压缩和细节增强问题,文中采用基于基层-细节分层处理融合的增强框架,提出基于拉普拉斯滤波器的基层处理方法,将高动态红外图像的动态范围压缩到可显示的低动态范围图像,同时保留图像局部对比度。针对图像中的细节分量,提出对原始输入高动态范围红外图像提取梯度信息并做非线性增强,然后将低动态范围图像与增强的梯度信息通过优化融合重建,得到细节增强的红外图像。实验结果表明,新算法有效地提高了红外图像的整体对比度,保留图像的细节信息,有较佳的图像视觉表现。     

多元探测器在玫瑰扫描红外亚成像系统中的应用

玫瑰扫描红外亚成像系统是利用玫瑰扫描机构和红外单元探测器构成的一种亚成像系统。提出了一种利用多元小面阵来替代单元探测器的红外亚成像系统 ,可以提高成像系统的空间分辨率和帧频。分析了系统的原理 ,并给出了系统的构成框图。此外 ,就玫瑰扫描成像系统中应用多元探测器可能出现的问题进行了讨论 ,并提出了解决方案。结果表明 ,这种多元小面阵玫瑰扫描成像系统的成本远低于焦平面阵列探测器红外成像系统 ,在性能改善后是诸如末制导炮弹等低成本应用场合的理想红外成像系统     

基于数字微镜器件的自适应高动态范围成像方法及应用

在结构光三维扫描测量中,强反射表面因编码结构光照射后易产生局部镜面反射的特性,引起相机曝光饱和,淹没了所要检测的表面几何特征信息.为解决强反射表面的视觉成像难题,基于数字微镜器件(digital micromirror device,DMD)具有调制入射光线空间信息的特性,本文提出一种基于DMD的自适应高动态范围成像方法.设计与搭建了一套新型可编程的计算成像系统,建立其光学系统模型,并实现了DMD微镜与CMOS像素的匹配与映射;分析了基于逐像素编码曝光的高动态范围成像原理,并设计了基于DMD的光强编码控制算法,实现对入射光线强度的自适应精确调制,从而使进入成像系统中的入射光强始终处于相机的合适曝光强度内.实验表明:该方法突破了普通数字相机的动态范围限制,能够精确地控制被测强反射表面各个区域的入射光线强弱,并实现了对强反射表面的局部过曝光区域的清晰成像.该研究成果将为从根源上解决强反射表面因局部过曝光造成的三维点云缺失问题提供重要的解决方案.     

非制冷红外探测器读出电路的非均匀性研究

对于长线列的非制冷红外探测器组件, 不同探测元之间的非均匀性是衡量电路设计的关键指标. 为了实现长线列非制冷红外探测器的高性能读出, 本文设计了一种基于电流镜方式的非制冷红外探测器160线列读出电路, 电路由电流镜输入模块、电容负反馈互导放大器模块及相关双采样输出模块组成. 电路采用0.5 μm工艺制作完成. 通过合理设置电路中MOS管的参数和布局电流镜版图, 电路的非均匀性有了明显地改善. 通过测试, 电路的非均匀性小于1%, 器件总功耗约为100 mW, 并具有良好的低噪声特性, 输出噪声小于1 mV, 输出摆幅大于2 V. 该电路与160线列非制冷红外探测器互连后, 能较好地完成红外信号的读出, 在积分时间为20 μups的情况下, 器件的响应为0.294 mV/Ω, 整体性能良好. 该电路的研制对超长线列的非制冷红外冷探测器读出电路研制奠定了重要的技术基础.     

基于HgCdTe红外探测器的微弱信号检测电路设计

 被动动态傅里叶变换红外光谱（FTIR）仪可用于周围环境红外辐射的光谱分析,其中红外信号检测是光谱仪中的重要组成部分。基于高信噪比、高灵敏度、温漂小和抗干扰能力强的电路设计原理,采用滤波电源供电,使用高速低噪声高精度的运算放大器,通过合理的电路布局和元器件选择来设计红外信号检测电路。在大气环境和室内气室的实验条件下,红外信号检测电路组成的红外光谱仪对目标气体进行红外遥感,并对实验结果进行了分析和探讨。实验结果表明：在系统中运行的检测电路具有较高的信噪比和较好的稳定性,测量精度高,可实现对大气环境的红外遥感。     

基于外同步的288×4红外传感器的设计研究

研究了SOFRADIR288×4红外探测器的结构与工作原理,在此基础上提出了基于外同步的288×4红外传感器的设计方案,并着重分析了其成像电路的没计,对其中的奇偶校正电路、非均匀性校正电路进行了详细的探讨和研究。     

场景自适应的红外焦平面成像动态范围调整技术

针对红外焦平面对辐射强度较大的目标输出动态范围不足的问题,提出了一种场景自适应的红外焦平面成像动态范围调整技术。包括3个方面的内容:从图像中提取目标灰度特征,获取动态范围自适应依据;结合最小均方自适应滤波算法,对调整依据进行滤波预测后给出调节值;把灰度调节值转换成电平值,利用电平值设置红外焦平面偏置电压完成焦平面成像动态范围自适应。最后,对整体方案进行了实验验证。通过在红外焦平面成像系统中实验证明了基于场景成像动态范围自适应方法的可行性,并获得了很好的效果,成像质量有明显提高。     

位敏型探测器数字法读出研究(英文)

中国散裂中子源( CSNS ) 的建造对中子探测器提出了非常高的要求,如更大的有效面积、二维位置灵敏、高计数率、高探测效率和低的 灵敏度等。与传统的模拟读出方法相比,数字法读出具有更高的计数率, 更小的数据传输量,更简单的电子学设计以及更高的信噪比。对数字法读出进行了理论计算,利用GEM探测器的原始数据分析了数字法读出的位置分辨率与读出条宽度的关系。结果表明,数字法读出对于位置分辨要求较低( 小于4 mm) 的大面积位置灵敏探测器是一种较好的选择,如CSNS 小角谱仪探测器。Efficient thermal neutron detectors with large area, two-dimensional position sensitive, high counting rate high detection efficiency and low gamma sensitivity are required to satisfy the demands for the China Spallation Neutron Source (CSNS). Compared with the traditional analog readout method, the digital readout method has the advantages of higher counting rate, smaller quantity of data transmission, simpler readout system and higher signal to noise ratio. The theoretical analysis of the digital readout method is reported in this paper. Used the raw data of GEM detector, the relationship between the position resolution and the width of the readout strip was studied. The results indicate that the digital readout method could be a good choice for the large area position sensitive detector where the requirement of position resolution is less than 4 mm, e.g. the detector of Small-Angle Neutron Scattering (SANS) diffractometer of CSNS.     

场景自适应的红外焦平面成像动态范围调整技术

针对红外焦平面对辐射强度较大的目标输出动态范围不足的问题,提出了一种场景自适应的红外焦平面成像动态范围调整技术。包括3个方面的内容：从图像中提取目标灰度特征,获取动态范围自适应依据;结合最小均方自适应滤波算法,对调整依据进行滤波预测后给出调节值;把灰度调节值转换成电平值,利用电平值设置红外焦平面偏置电压完成焦平面成像动态范围自适应。最后,对整体方案进行了实验验证。通过在红外焦平面成像系统中实验证明了基于场景成像动态范围自适应方法的可行性,并获得了很好的效果,成像质量有明显提高。