紅外成像觀測系統(tǒng)性能評價(jià)方法研究.pdf

1、紅外成像與紅外成像探測是當(dāng)今紅外技術(shù)領(lǐng)域中最為活躍的兩個研究方向，以熱像儀為主要組成部件的紅外成像觀測系統(tǒng)將在紅外偵察、預(yù)警和制導(dǎo)等領(lǐng)域得到日益廣泛的應(yīng)用。紅外成像觀測系統(tǒng)由目標(biāo)源、傳輸信道、熱像儀和觀測者等組成，在將場景中的熱輻射轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的圖像輸出的過程中，要經(jīng)過大氣媒介、光學(xué)部件、探測器、電子部件、顯示裝置、人眼觀測等多個環(huán)節(jié)。綜合性能是描述紅外成像觀測系統(tǒng)成像質(zhì)量和預(yù)測其外場目標(biāo)探測性能的總體指標(biāo)，綜合性能評價(jià)模型用于研究紅外成

2、像觀測系統(tǒng)的目標(biāo)探測概率(即系統(tǒng)作用距離)和圖像質(zhì)量、視覺感知能力的定量關(guān)系。
　　 紅外成像技術(shù)經(jīng)歷了單元掃描、多元掃描、二維凝視焦平面、多波段多光譜成像等階段，早期掃描型熱像儀的綜合性能評價(jià)理論研究比較系統(tǒng)深入，目前隨著紅外焦平面陣列成像探測技術(shù)的迅速發(fā)展，其靈敏度或信噪比已大幅度提高，而空間分辨率又有限，還存在著非均勻性等問題，此時仍然沿用早期的性能評價(jià)模型既不夠全面，也不夠準(zhǔn)確。本文主要研究采用紅外焦平面凝視陣列成像技術(shù)

3、的紅外成像觀測系統(tǒng)的綜合性能預(yù)測技術(shù)及目標(biāo)探測性能分析技術(shù)。
　　 本文從深入分析成像觀測過程的光電測量信道入手，建立了完整的紅外成像觀測系統(tǒng)傳輸信道數(shù)學(xué)模型，以綜合性能評價(jià)模型研究為引領(lǐng)，回顧了紅外成像觀測系統(tǒng)綜合性能評價(jià)模型的發(fā)展進(jìn)程及其優(yōu)缺點(diǎn)，通過引入人眼觀測的對比度傳輸函數(shù)，完善了傳統(tǒng)性能模型的不足，對多波段下系統(tǒng)的探測性能進(jìn)行了具體的分析，主要研究成果如下：
　　 1.通過理論分析建立了完整的紅外成像觀測系統(tǒng)信

4、號通道傳輸模型，得到了影響系統(tǒng)成像質(zhì)量的各項(xiàng)物理參數(shù)；
　　 2.以重建場景溫度分布為目的，對傳輸信道中影響空間重建性能的各部件的調(diào)制傳遞函數(shù)MTF進(jìn)行了逐一分析；建立了完整的紅外成像系統(tǒng)的溫度測量不確定度模型，給出了衡量系統(tǒng)測量精度的方法；提出了一種提高測量精度的時域?yàn)V波與頻域修正方法，并將其應(yīng)用于空間頻率域，對圖像高頻增強(qiáng)的效果進(jìn)行了分析；
　　 3.針對紅外焦平面凝視陣列熱像儀發(fā)展采取的新技術(shù)和遇到的新問題，重點(diǎn)研

5、究了空間欠采樣下的虛假響應(yīng)特性，細(xì)化了圖像混疊量對系統(tǒng)探測性能的不良影響，針對采用NETD指標(biāo)描述溫度分辨率時的局限性，采用3-D噪聲模型方法細(xì)化了焦平面熱像儀的靈敏度或信噪比；
　　 4.通過引入人眼觀測時的噪聲特性、對比度傳輸特性和帶通濾波器特性，以及紅外圖像顯示裝置的噪聲及和對比度模型，完善了傳統(tǒng)的綜合性能預(yù)測模型，分別建立了基于最小分辨溫差的MRTD方法和基于對比度閾值函數(shù)的CTF方法對紅外成像觀測系統(tǒng)在不同距離上的目標(biāo)

6、探測性能進(jìn)行預(yù)測的模型；
　　 5.針對多波段紅外成像技術(shù)信息獲取問題，提出了基于PＣA技術(shù)的多波段圖像信息的去冗余方法，給出了多光路圖像采集下空間光軸一致性的標(biāo)校方法。
　　 本文是一篇理論研究與工程技術(shù)應(yīng)用相結(jié)合的學(xué)位論文，是作者從事多種紅外成像觀測系統(tǒng)工程研發(fā)項(xiàng)目的總結(jié)和提高，其中的觀點(diǎn)和方法多屬作者自身科研工作研究成果的理論提升，它對紅外成像觀測系統(tǒng)綜合性能的理論分析、測量方法及性能提高措施具有一定的理論意義，對