Monolithic Integration of Diffractive Microlens Arrays and Infrared Focal Plane Arrays

Monolithic integration method has been demonstrated to increase the fill factor of the infrared focal plane arrays (IRFPA). Which is consists of 256×256 Pt-Si schottky barrier charge coupled devices(CCD) operation in 3-5m IR region. The relative silicon 256×256 element diffractive microlens arrays have been fabricated on the back side of the substrate of the IRFPA using binary optics technology. The aligning process between IRFPA and microlens arrays on each side of the substrate has been completed by IR mask aligner. The testing results show that the imaging quality is very good and the average optical response of the IR FPA is increased by a factor of 3.0, which is improved by about 25% compared with the hybrid integration method in the previous work.     

光读出热成像焦平面阵列的光学与热学设计

针对提出的一种光读出热成像系统 ,对其焦平面阵列的光学和热学特性进行了详细的分析 ,主要涉及法布里珀罗微腔两个反射面的反射率、可动微镜的温度响应、噪声等效温差以及响应时间四个方面。理论分析表明 :当法布里珀罗微腔两个反射面的反射率为 0 .5时 ,能获得较大的输出反射光强和反衬度 ,并保证了输出反射光强尽可能地随微镜位移在 0～λ/ 4范围内呈线性变化 ;可动微镜的温度响应值可达 2 .0 5× 10 -4,噪声等效温差为19.5mK ,热响应时间为 1.5 4× 10 -3 s。     

基于帧间预测的红外焦平面阵列非均匀校正算法

提出了一种基于帧间预测的非均匀校正算法,它可以通过场景配准从当前已校正图像中估计出下一帧未校正图像的真值,然后将所得的场景估计与相应的噪音图像用于线性拟合,其拟合参量即可用来进行非均匀校正.该方法的主要优点在于抗噪音能力强,预测准确度高,且能够实时处理.详细阐述了算法的基本原理及其流程,并用真实红外数据对算法性能进行验证,取得了较好的效果.     

小波变换的红外焦平面阵列非均匀性校正算法

红外焦平面阵列(IRFPA)的非均匀性是其应用中必须解决的技术难题之一。基于小波理论,提出了一种基于成像场景的红外焦平面非均匀性校正算法。该算法选择合适的小波函数对红外成像序列进行小波分解,而后对分解的信号计算出相应的统计量,从而得出红外焦平面非均匀性校正的偏置和增益校正系数,以此最终实现非均匀性校正。对真实红外序列图像的处理效果验证了该算法可较好地实现非均匀性校正。此外该算法对慢变化量具有较好的自适应性,可较好地抑制一般基于场景统计的非均匀性校正算法中出现的"人工虚影"的现象。     

基于递推最小二乘的红外焦平面非均匀校正算法

根据递推最小二乘和图像配准原理,提出了基于递推最小二乘的红外焦平面非均匀校正算法(简称ILS算法),有效降低算法的时间和空间复杂度,使噪音图像的校正处理能够实时完成.ILS算法具有噪音参量估计准确度高、收敛速度快和计算复杂度低等优点.给出了算法的推导并用仿真数据对算法的有效性进行验证.     

用于凝视焦平面的多视场红外光学系统

红外光学系统决定着红外系统的工作模式与工作精度,影响系统的作用距离,是红外系统的重要组成部分。多视场光学系统可以用不同的视场对同一目标进行搜索、识别、跟踪与瞄准,在军事应用领域获得了广泛的应用。光学系统的结构形式影响红外系统的成像质量、性能指标、外形尺寸、价格成本、机电复杂程度等,因此研究和选取合适的多视场光学系统结构形式显得非常重要。对目前国内外应用于凝视焦平面探测器的多视场红外光学系统结构形式,如切换变焦、光学补偿变焦、机械补偿变焦、混合变焦、双光路变焦等进行了特点分析,比较了其优点与局限性,对光学设计人员合理选用多视场光学系统结构形式具有一定的理论指导作用和意义。     

基于递推最小二乘的红外焦平面非均匀校正算法

根据递推最小二乘和图像配准原理,提出了基于递推最小二乘的红外焦平面非均匀校正算法（简称ILS算法）,有效降低算法的时间和空间复杂度,使噪音图像的校正处理能够实时完成.ILS算法具有噪音参量估计准确度高、收敛速度快和计算复杂度低等优点.给出了算法的推导并用仿真数据对算法的有效性进行验证.     

先进焦平面与光谱成像技术现状

深入分析先进的焦平面技术和光谱成像技术的发展趋势,为探测器及光谱成像仪的研究提供参考。对光谱成像技术的现状和发展趋势、焦平面技术、先进焦平面技术对光谱成像系统技术的推动作用三个方面进行详细的分析总结,认为焦平面技术向着高性能、大规模面阵规格、高灵敏度、宽谱响应的方向发展;并推动光谱成像系统向着高分辨率、宽幅、多波段、更短重访周期和简化系统方向发展。成像光谱仪的发展趋势和需求指明焦平面技术的发展方向,同时焦平面技术的发展也会引领成像光谱仪系统进步和革新。     

先进焦平面与光谱成像技术现状

深入分析先进的焦平面技术和光谱成像技术的发展趋势,为探测器及光谱成像仪的研究提供参考。对光谱成像技术的现状和发展趋势、焦平面技术、先进焦平面技术对光谱成像系统技术的推动作用三个方面进行详细的分析总结,认为焦平面技术向着高性能、大规模面阵规格、高灵敏度、宽谱响应的方向发展;并推动光谱成像系统向着高分辨率、宽幅、多波段、更短重访周期和简化系统方向发展。成像光谱仪的发展趋势和需求指明焦平面技术的发展方向,同时焦平面技术的发展也会引领成像光谱仪系统进步和革新。     

一种基于S曲线模型的红外焦平面阵列非均匀性自适应校正算法

针对红外焦平面阵列(IRFPA)中探测元的非线性响应以及响应特性的漂移引起的校正误差,提出了一种基于S曲线模型的场景自适应校正算法.该算法利用对数运算将IRFPA的输出信号线性化.并运用自适应滤波技术对线性信号实施非均匀性校正,并采用指数变换还原出实际的校正输出信号.基于人造黑体图像和实景红外视频的仿真实验结果表明.该算法在校正精度和大动态范围信号响应特性方面均优于传统的场景自适应校正算法.     

近红外线列探测器传递函数测试系统

器件的调制传递函数(MTF)表征了光电成像器件对空间频率的对比度传递特性,可以全面地评价其成像性能。随着器件的发展,用MTF来评价器件越来越受到重视。针对近红外InGaAs焦平面器件MTF的测试需求,搭建了一套用狭缝法测试该波段线列器件MTF的系统。系统采用全反射式Offner光学结构将狭缝高质量地成像在待测器件上。成像光学结构由两块共轴的球面反射镜构成,11成像,F数为4;在芯片工作波长为1.7 μm时,在高达8 mm×30 mm的宽视场内,20 lp/mm（对应尺寸25 μm×25 μm的芯片特征频率）处的实测MTF高于0.8,接近衍射极限。利用该系统对8元InGaAs线列探测器进行MTF测试（标称光敏元尺寸为100 μm×100 μm）,6次重复测试得到的MTF数据的标准偏差与均值之比,在截止频率10 lp/mm内小于2%,测量的相对不确定度小于4.7%。     

基于小波变换的红外焦平面阵列图像边缘保护处理法

针对红外焦平面阵列图像成像系统中的准确、清晰、无失真的要求,提出了一种基于小波变换的图像边缘保护处理方法,重点分析了将图像的二维小波变换与统计学中的最大后验概率估计算法结合来进行图像消噪的处理方式,介绍了该方法在红外焦平面阵列图像中的应用。仿真实验表明,这种方法明显减轻了失真度,使图像更加清晰,有效的扼制了"人工虚影"现象。     

Accurate Design of Finline Tapers for Millimeter Wave Applications

The design of nonuniform bilateral finlines on anisotropic substrates for millimeter wave applications is presented. The taper consists of a planar circuit with smooth variation of the slot width profile along the structure. The spectral domain method and Galerkin procedure are combined with the transmission line theory for studying the behavior of tapered bilateral finlines and evaluation of their design parameters. The influence of the substrate anisotropy on the propagation characteristics of these structures is also examined. This technique is general and can be applied to investigate a broad class of planar transmission line tapers.     

Design of Millimeter Wave TFMS Bandpass Filter

In this paper, a Ka-band thin film microstrip line(TFMS) filter with multi-layer structure on silicon substrate is introduced. The simulated results show that it is possible to design compact millimeter-wave filter on silicon substrate with process compatible to current VLSI technology.     

基于焦平面归一化响应特性的红外非均匀性校正

红外焦平面阵列的非均匀性噪音是制约红外成像质量的主要因素,非均匀性校正是红外焦平面器件应用的一个关键技术.本文提出了一种基于焦平面归一化响应特性且易于实现的非均匀性校正算法,并基于像元分布的卡方直方图提出一种新的图像非均匀性评估方法,即校正比例.该方法的校正输出考虑了每个像元的观测值与焦平面的响应信号的平均值,校正参量通过将像元的输出与其理想校正结果之间的偏差用焦平面响应的平均值建立联系而计算得到.提出的校正比例兼顾考虑了焦平面响应的时间与空间特性,比现有的图像非均匀性评估方法更能合理衡量焦平面的非均匀性程度.多种非均匀性校正的评价数据以及实验结果表明,该算法的校正效果优于两点校正法与原值拟合二阶校正法,并对于响应异常的像元具有较强的校正能力.此外其校正准确度高,所需参量少,易于实时处理,具有较强的实用价值.     

基于焦平面归一化响应特性的红外非均匀性校正

红外焦平面阵列的非均匀性噪音是制约红外成像质量的主要因素,非均匀性校正是红外焦平面器件应用的一个关键技术.本文提出了一种基于焦平面归一化响应特性且易于实现的非均匀性校正算法,并基于像元分布的卡方直方图提出一种新的图像非均匀性评估方法,即校正比例.该方法的校正输出考虑了每个像元的观测值与焦平面的响应信号的平均值,校正参量...     

基于稳态卡尔曼滤波的红外焦平面阵列非均匀校正算法

传统的卡尔曼滤波算法利用批处理实现非均匀校正,这样不仅会带来较大的计算量和存储量,而且更重要的是该方法不能实时处理.为此,提出了一种基于稳态卡尔曼滤波的红外焦平面阵列非均匀校正算法,它可以根据固定图案噪声的特点离线计算出滤波器的增益矩阵,并且非均匀校正过程也采用了逐帧迭代方式,因此大大降低了计算复杂度和存储占用量.详细阐述了该算法的基本原理,并用仿真数据和真实红外数据对算法性能进行验证,实验结果表明:本方法平均校正一帧图像所需CPU时间和内存占用量分别为1.7188 s和131.25 KB,完全可以满足实时处理的要求.     

光学外差法测量Ba原子的自电离态

提出了把三光子共振非简并六波混频(NSWM)和双光子共振非简并四波混频(NFWM)应用于研究Ba原子自电离态的光学外差探测方法。采用该方法测量了Ba原子的6P_３／２19d自电离态,并观察到了三光子共振 NSWM和双光子共振NFWM信号干涉引起的信号增强。该方法是一种纯非线性光学方法,具有优秀的空间分辨率和简单的光路。其中双光子共振非简并四波混频信号作为本地振荡光束,三光子共振非简并六波混频信号作为信号光束,通过 改变信号光束的频率来达到用光学外差探测法研究Ba原子自电离态的目的。该方法中,实现相位匹配所要求的条件不是很严格,可以在很宽的频率范围内实现相位匹配,而一般的六波混频很难做到相位匹配, 并且所测量的信号是相干光, 当用窄带宽的激光时,可以获得消多普勒的分辨率。     

Analysis of Millimeter Wave Scattering by the Infinite Plane Metallic Grating Using PCG-FFT Technique

In this paper, both fast Fourier transformation (FFT) and preconditioned CG technique are introduced into method of lines (MOL) to further enhance the computational efficiency of this semi-analytic method. Electromagnetic wave scattering by an infinite plane metallic grating is used as the examples to describe its implementation. For arbitrary incident wave, Helmholz equation and boundary condition are first transformed into new ones so that the impedance matrix elements are calculated by FFT technique. As a result, this Topelitz impedance matrix only requires O(N) memory storage for the conjugate gradient FFT method to solve the current distribution with the computational complexity O(N log N) . Our numerical results show that circulate matrix preconditioner can speed up CG-FFT method to converge in much smaller CPU time than the banded matrix preconditioner.     

应用粒子群算法进行光学自动设计

将粒子群算法用于光学系统的设计优化中,构造相应的数学模型,并编程实现算法.设计了关于曲率半径r、透镜面之间的距离d和玻璃折射率n等光学系统结构参数的适应度函数,用此函数作为评价函数实现对像差的自动校正.给出用粒子群算法进行光学系统设计的实例.结果证明,粒子群算法可以克服以往光学设计中高度依赖初始结构的缺点,可以自由控制结构参数的搜索范围,从而提高光学系统设计的智能化程度.