星上红外遥感相机的辐射定标技术发展综述

随着对天基对地以及临近空间目标探测的需求增大,高性能红外相机探测及海量数据定量化迫切需要高可靠性、高精度的辐射定标技术,因此,星上辐射定标装置已成为当前空间定量遥感技术发展的重要方向。在轨红外遥感相机的辐射定标主要校正探测器响应的不均匀性（相对辐射定标）和建立遥感相机输出信号与输入辐射量的函数关系（绝对辐射定标）。在介绍红外相机星上辐射定标基本原理的基础上,综述近年来几个国内外典型星上辐射定标装置及其特点,并介绍笔者所在课题组近年来基于内部定标源+天空星图的红外相机高动态范围（HDR）相对辐射定标方法的研究进展。论文对于红外辐射定标技术及星上辐射定标装置的发展具有参考意义。     

全反射式红外变焦光学系统设计

针对透射式红外变焦光学系统结构复杂,无热化设计较难等问题,提出全反射式红外变焦光学系统设计。讨论了该光学系统的变焦理论,对反射变焦系统初始结构进行了高斯解分析,给出了其初始结构的计算方法。设计了一离轴三反射镜红外变焦系统,系统焦距为300～600 mm,F数为2.1,工作波段为8～12μm,采用某型非制冷长波红外探测器,截止频率为14 lp/mm,系统变焦过程近似线性连续,像面稳定,像质良好。     

双波段红外光学系统设计与像质评价

双波段/多波段成像技术受到普遍重视,使得双波段光学系统特别是中、长波红外成像系统成为研究的热门之一。设计了折反射式光学系统、离轴三反射式光学系统和全折射式光学系统,分析了3种不同类型光学系统及其成像性能。采用了能同时响应中、长波红外的探测组件,系统的主要技术指标为:工作波段3~5 m、8~12 m,F/#=2,2=5.74,f=100 mm,全视场畸变2%,空间频率16.7 lp/mm处的MTF0.4。对3种不同类型系统的特点进行分析和研究,给出了各种像差曲线和光学传递函数曲线,总结了3种不同类型光学系统的优缺点。     

波前编码应用于红外光学系统无热化的研究

波前编码技术是通过在光学系统的光阑位置放置位相板,对波前进行调制,使得光学系统对离焦类像差不敏感,从而增大了焦深,通过对中间模糊图像的数字滤波处理,可以获得清晰图像.焦深延拓的特点使该技术在红外光学系统无热化方面具有很好的应用前景.设计了一个有效焦距厂为100mm,F数为1.2,工作波段为7.5～13.5μ,m,工作距...     

大相对孔径超紧凑型红外光学系统设计

针对目前低成本、小型化、长焦距非制冷热成像系统要求光学系统具有成像质量高、相对孔径大、结构尺寸小、温度适应性广的特点,在对多种实现超紧凑型光学系统结构的分析比较基础上,选用折反式结构,设计了一种大相对孔径超紧凑型红外光学系统。该光学系统的相对孔径达到了1/0.89,远射比达到了0.67。结合该光学系统的结构特点,仅使用Ge材料即实现了-40℃~60℃温度范围内的被动无热化设计。采用杂散光分析软件对系统进行了杂散光分析,提出了合理的杂散光抑制措施。设计分析结果表明:该光学系统在工作温度范围内像质优良(其在不同环境温度下的调制传递函数均接近衍射限)、体积结构紧凑,杂散光可控,可满足小型化、长焦距非制冷热成像系统的使用需求。     

气体泄漏红外成像检测技术发展综述

气体泄漏红外成像检测技术以其高效率、大范围、动态直观等显著优势成为气体检测领域的研究热点之一。比较了气体泄漏主动/被动红外成像检测技术的优缺点及其典型技术,重点介绍了国内外较为成熟的具有代表性的气体泄漏被动红外成像系统,特别是被市场广泛接受的应用性产品的技术特点及其采用的气体红外图像处理方法等关键技术。鉴于国内在技术成熟度和市场占有率等方面的不足,全面分析了气体泄漏红外成像检测技术进一步发展的技术方向及存在的问题。     

宽波段光谱成像系统杂散光分析及抑制

宽波段光谱成像系统(0.4～1.7μm)在食品检测、农业生产、医学分析、刑事侦查等领域有广泛需求，光栅因其具有高色散本领和高环境稳定性的特点，成为宽波段光谱成像系统主流分光元件，但采用光栅分光的光谱成像系统存在多级次衍射光谱互相串扰问题，严重影响仪器的探测能力，为了得到准确的光谱信息，需对其进行有效的抑制。文中利用Tracepro光学分析软件对宽波段光谱成像系统的多级次衍射杂散光进行仿真分析，发展了利用分区域滤光片和线性渐变带通滤光片来抑制多级衍射杂散光的方法，并分析比较了它们对多级衍射杂散光的抑制效果。仿真分析结果表明：线性渐变带通滤光片能够有效地抑制多级次衍射带来的杂散光，光谱成像系统杂散光系数降低至10-4量级，满足宽波段光谱成像系统对杂散光抑制要求。     

基于OLED微显示器和变形目镜的全景显示技术

全景成像在特种车辆内夜间驾驶与观察、警戒监视等应用中具有广泛的应用需求。本文提出了一种基于OLED微显示器和变形目镜的全景图像显示方法,并设计了一套全景显示实验系统,通过图像处理模块完成全景图像数据的存储、缓存、图像预处理和传输,以OLED微显示器的子像素作为显示像素进行驱动信号重编码,实现全景灰度图像的水平3倍压缩显示,最后利用变形目镜将OLED微显示器上显示的压缩图像复原,以供人眼正常观察。实验结果表明:采用现有系统搭建的变形目镜基本实现了双像素靶标条纹的亚像素分辨,并验证了本文全景显示方案的可行性。     

基于可控内定标源的星上红外遥感相机非均匀性校正方法

长时间工作或环境变化时,红外焦平面阵列器件易产生非均匀性的问题。典型的星上定标方法是将系统指向深空场景或在入瞳处引入星上面源黑体辐射。覆盖全口径的星上黑体普遍体积较大、设计复杂且成本高昂。为了解决这些难题,我们提出了一种基于可控内定标装置和星空场景的红外遥感系统星上非均匀性校正方法。该方法利用可控内定标源提供不同的靶面基准辐照度,通过计算获得不同辐射定标段的定标参数,覆盖探测器动态范围,实现不遮挡视场情况下的高动态范围非均匀性校正。通过模拟指向深空场景的在轨定标过程,并对模拟图像进行非均匀性校正,用于非均匀性校正的评价图像的非均匀性由初始的15.87%下降到1.2%以下。本方法具有快速、高效、鲁棒性强等优点且具有实时处理的前景。相比于需要引入星上面源黑体的定标方法,本系统的内定标装置结构简单、设计小型化且节省成本。     

双视场红外扫描成像系统冷反射抑制

介绍了冷反射电平的计算公式,其可以分为基准等效温差、光学效率比和冷反射系数等3个部分.分别从这3个部分出发,讨论了冷反射抑制方法,并以此为基础提出了适用于扫描成像系统的冷反射抑制方案.传统光学设计抑制法在减小冷反射系数中存在控制过严和控制失效等缺陷,提出了一种直接控制光线在冷光阑上高度的方法,有效地解决了传统方法存在的缺陷.双视场红外扫描成像系统的冷反射抑制实例验证了该方法的有效性,与传统方法相比具有直接、优化自由度高等优势.