红外凝视成像系统

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凝视型红外成像探测系统的作用距离分析与验证

计算机工程应用技术本栏目责任编辑：贾薇薇Computer Knowledge and Technology 电脑知识与技术第5卷第26期(2009年9月)凝视型红外成像探测系统的作用距离分析与验证申俊杰（广州军区75706部队40分队，广东广州510600）摘要：作用距离是红外成像探测系统的主要技术指标之一，根据实际计算时部分参数可能未知的情况，推导了NETD 表达的作用距离方程，并根据凝视型探测器的特点讨论了基于对比度的对高空目标作用距离的表达式，结合高空目标探测实验结果验证两种不同计算方法的有效性。

分析结果对进一步的成像探测系统的设计提供了理论依据。

关键词：等效噪声温差；焦平面阵列；作用距离；红外成像探测中图分类号：TP311文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2009)26-7553-02Analysis and Validation of Operating Range of Staring IR Imaging Detecting SystemSHEN Jun-jie(Unite 40,Army 75706,Guangzhou Military Region,Guangzhou 510600,China)Abstract:Operating range is a core specification of an IR imaging detecting system.Since some parameters are unknown when calculating,deduce the operating range function with NETD.Then based on the characteristic of staring detector discuss the operating range for space targets based on contrast.Validate the validity of above two functions with experimental result.The analytical result provides the theoretical reference for design of imaging detecting system.Key words:NETD;FPA;Operating Range;IR Imaging Detecting System目标的极限作用距离是红外成像探测系统的一个综合性指标，也是评价、检验一个红外探测系统的主要指标。

用于红外凝视成像系统的光学微扫描器

ＤＯＩ１３８／：０．７８０ＭＥＩ２１２１０９００７１．０９
ＡｎＯｐｉａｃｏｃｎｆｒａｉｇＩｆａｅｍａｉｇＳｓｅｔｌｃＭｉｒｓａｏＳｔｒｎｒｒｄＩｇｎｙｔｍａｎ
ｔｅｍｅｈｄｏｏｉｉｇｓｆｒｉｈｃｍｐｎａｅｈｙｔｒｔｃｂｈｖｏｆｐｅｏｌｃｒｃａｔａｏｎｄｎｔｈｆｌｒｈｔｏｆｃｍｂｎｎｏｔｅｗｈｃｏｅｓｔｄｔｅｈｓｅｅｉｅａｉｒｏｉｚｅｅｔｉｃｕｔｒａｏｃｉｔｗａｅ
３ＹｎｉａｔｎＴｃｎｌｏＬｄＹｎｉ６０６Ｃｉ）．ａｔｙｏｅｈｏｇＣ．ｔ，ａｔ４０，ｈｎａＲｒｏｙ，ａ２ａ
Ａｂｔａｃ：Ｔｅｄｖｌｐｎｆｔｅｔｒｎｉｆａｅｍａｉｇｓｓｅｗａｉｔｄｂｈｏｓａｉａｅｏｕｉｎｓｒｔｈｅｅｏｍｅｔｏｈｓａｉｇｎｒｒｄｉｇｎｙｔｍｓｌｍｉｙｔｅｌｗｐｔｃｌｒｓｌｔｏ．Ｔｈｅｅｓａｉｌｒｓｌｔｏｆｔｅｉｇｎｙｔｍｏｌｅｉｒｖｄｂｈｐｉａｃｏｃｎｔｃｎｌｇｔｏｔｌｗｅｉｇｔｅｐｔａｅｏｕｉｎｏｈｍａｉｇｓｓｅｃｕｄｂｍｐｏｅｙｔｅｏｔｌｍｉｒｓａｅｈｏｏｙｗｉｕｏｒｎｈｃｈｔｅｍａｅｓｔｉｆｔｅｄｅｅｔｒｎｈｅｄｏｉｗｏｌｘａｅｉｌｎｏｓｙｈｒｌｓｎｉｉｔｏｈｔｃｏ，ａｄｔｅｆｌｆｖｅｃｕｄｂｅｅｐｎｄｄｓｍｕｔｅｕｌ．Ｔｈｒｆｒ，ａｍｉｒｓａｖｙｉａｅｅｏｅｃｏｃｎｂｓｄｏｏｅｉｚｅｅｔｉｃｕｔｒｗａｅｉｎｄｈｒｎｉｌｆｔｅｎｖｌｐｅｏｌｃｒｃａｔａｏｎｈｅｓａｎｒａｅｎｎｖｌｐｅｏｌｃｒｃａｔａｏｓｄｓｇｅ．Ｔｅｐｉｃｐｅｏｈｏｅｉｚｅｅｔｉｃｕｔｒａｄｔｃｎｅ

凝视红外成像末制导系统性能测试评估方法

关键词：外成像制导；气动光学；测试评估ห้องสมุดไป่ตู้ 红
中图分类号：Ｎ２Ｔ１文献标识码：Ａ文章编号：０７２７（０７０ — ５８０１０ — ２６２０）５０８ — ５
ＴｅｔｎｎｖｌａｉｎｔｃｎｌｇｆｓａｉｇＩｓｉｇａｄｅａｕｔｏｅｈｏｏｙｏｔｒｎＲｉａｉｇｇｉｉｙｔｍｍｇｎｕｄｎｇｓｓｅ
ＦｉｄｎＥＩＪｎ・ｏｇ，ＬＩＡＮＧＢｏ，ＷＥＩＹｕ・ｅｆｉ
（ｈｎｅａｔｎｆｔｅＳｃｎｃｄｍｙｈｎｅｏｐｃｃｅｃｎ／ｄｓｙＣｏｐｒｔｎＢｅｉｇ１０５，ｉａＴｅ２ｄＤｐｒｍｅｔｏｅｏｄＡａｅ，ＣｉａＡｒｓａｅＳｉｅａｄｎｕｔｒｏａｏ，ｉｎ０８４Ｃｈｎ）ｈｎｒｉｊ
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第３６卷第５期
Ｖｏ１６．Ｎｏ．３５
红外与激光工程
ＩｆａｅｎｓｒｇｎｅｉｇｎｒｒｄａｄＬａｅＥｎｉｅｒｎ
２００７年１月０
Ｏｃｔｏ０．２７
分析与测试方法和气动光学效应下的末制导探测系统性能测试评估方法，通过风洞试验、学仿真和并数
实验室性能测试试验进行红外成像末制导系统各项性能的测试，而全面评估红外成像末制导系统在高从速导弹中的应用性能，开展凝视红外成像末制导系统的设计和优化提供了重要依据和指导。为

红外成像系统简介

红外图像的目标检测及跟踪

②局部阈值法：设f (i,j)周围的3×3方阵中灰度值为E=∑ ∑ f (i,j)，经过3x3的高通滤波后，该点灰度值变为，则：
ˆ (i, j) E 0 ˆ (i, j) f f f (i, j) ˆ (i, j) E 0 f 0 (0 1) (2.5)
红外成像系统简介

海湾战争充分显示了红外技术特别是热成像技术在军事上的作用和威力。海湾战争从开始、作战到获胜都是在夜间，夜视装备应用的普遍性乃是这次战争的最大特点之一。在战斗中投入的夜视装备之多，性能之好，是历次战争所不能比拟的。美军每辆坦克，每个重要武器直到反坦克导弹都配有夜视瞄准具，仅美军第二十四机械化步兵师就装备了上千套夜视仪。多国部队除了地面部队，海军陆战队广泛装备了夜视装置外，美国的F117隐形战斗轰炸机、阿帕奇直升机、F15E战斗机、英国的旋风GRI对地攻击机等都装有先进的热成像夜视装备。正因为多国部队在夜视和光电装备方面的优势，所以在整个战争期间他们掌握了绝对的主动权。多国部队利用飞机发射的红外制导导弹在海湾战争中发挥了极大的威力，他们仅在10天内就摧毁伊军坦克650辆、装甲车500辆。
(2.8)
所以若令:
μ 0 (l) l
l 1 L l
Pi P0 (l) Pi
(2.9) (2.10)
μ1 (l)
l l1
l P (l)
1
红外图像的目标检测及跟踪

则它们分别是集合和集合的灰度均值，于是有：
μ P0 (l)μ0 (l) P1 (l)μ1 (l)
红外图像的目标检测及跟踪

此方法的关键是值的确定，提出了一种自适应确定方法，即=|均值一标准方差| /标准方差。通过将高通滤波后的目标与它周围的背景作自适应门限比较可以很好地分割出点目标，这样既可以解决由单纯的自适应门限造成的预选点过多，又可解决单纯的高通滤波，当目标出现在强噪声下分割不出来的弊病。

红外成像系统简介

THANKS FOR WATCH时监测
实时红外成像技术能够实现快速的目标物监测，及时发现异常情况，提高预警和响应速度。
动态跟踪
实时红外成像技术能够实现动态跟踪，对移动目标进行连续监测，提高跟踪精度和实时性。
促进智能化应用
实时红外成像技术能够与人工智能等技术相结合，实现智能化应用，提高红外成像系统的应用价值。
性能指标
电源效率、稳定性、可靠性等。
03 红外成像系统的特点
穿透烟雾和灰尘的能力
01
由于红外线波长较长，能够较好地穿透烟雾和灰尘，因此在火灾、烟雾等场景中，红外成像系统能够清晰地观测到目标。
02
在工业领域，红外成像系统也常用于检测设备运行时的温度异常，穿透工厂内的烟尘和气体。
夜间或低光环境下的观测能力
红外成像系统简介
目录
• 红外成像系统概述 • 红外成像系统的组成 • 红外成像系统的特点 • 红外成像系统的优势与限制 • 红外成像系统的未来发展
01 红外成像系统概述
红外成像系统的定义
红外成像系统是一种能够接收并处理红外辐射的设备，通过将红外辐射转换为可见光图像，实现对目标物体的非接触式检测和识别。
红外成像系统不受光照条件限制，能够在夜间或低光环境下正常工作，观测目标。
在军事侦察、野生动物研究等领域，红外成像系统是不可或缺的工具，能够在黑暗中捕捉到目标的热辐射。
对温度变化的敏感性
红外成像系统通过测量目标发射的红外辐射来感知温度变化，因此对温度变化非常敏感。
在医疗领域，红外成像系统可用于检测人体病变部位的温度异常，如乳腺肿瘤等。
工作原理
基于热电效应或光电效应，将红外辐射转换为电信号。
性能指标

红外凝视成像系统中的光学微扫描技术

红外凝视成像系统中的光学微扫描技术
吴新社，毅蔡
（昆明物理研究所，云南昆明６０２）５２３摘要：要介绍了国内外微扫描技术研究情况，简讨论了用于凝视焦平面探测器的微扫描技术原理和分类，按伺服电机驱动和压电陶瓷驱动两种形式，分析了微扫描技术的原理、构和信号读出方式，后总结了微扫描技术的优结最
引言
随着凝视型红外焦平面探测器的发展，扫描微技术的重要性逐渐显现．通过微扫描技术，以在不可
寸，些因素共同作用使得探测器的制造成本居高这
不下．其次，红外成像系统工作在波长较长的红外波
段（～１１，１２￣ｍ）在光学系统的ｆ＃确定的情况下，／数波长越长衍射光斑越大，从这一点来看，即使探测器制造水平很高也不可能做出分辨力很高的探测器，因为探测器设计的首先要保证热灵敏度（测距探离）然后才考虑分辨力．３探测器结构决定了它，第，
颈．辨力高低主要受探测器制造成本和光学衍射分极限的限制，还与红外焦平面探测器的器件结构有关．先，首目前虽然可以做出大规模的红外焦平面探测器，但是成本很高，价比低，因是制备大尺寸性原均匀性好的红外晶体材料很困难，以满足使用要难求，测器制作工艺水平还不完美，探与之相连的采用平面工艺制造的读出电路的性能也受制于平面尺

红外凝视成像导引头随动系统误差分析

张盈华．中南万
（北京华北光学仪器有限公司，北京１０５）０００摘要：了分析红外图像末制导导弹的落点精度。为需要对红外成像导引头的输出误差进行估算。
分析了红外凝视成像导引头伺服稳像平台的控制回路，以该回路为依据，分考虑系统中误差产生并充的外因和内因，讨论了存在于导引头输出量中的弹体扰动误差和成像误差，以及部件漂移误差和测速坐标系误差，导了各误差项的表达形式，推最后基于以上分析，就如何有效控制导引头误差，高其精提
输出的视线角速度与实际的弹目连线角速度的偏差。
采用大规模红外成像阵列的红外凝视成像导引头，摆
脱了复杂的光机扫描机构。使光学成像导引头的优势
度。出了有针对性的方法和关键点。提
关键词：红外凝视成像导引头；误差；随动系统；稳像平台中图分类号：Ｊ６Ｔ７５文献标识码：Ａ文章编号：０７２７（０６０ — ０５０１０ — ２６２０）１０２ — ６
ａｄｔｎ，ｂｓｄｎｈｅｎａｙｉｂｖｈｅｐａｔｃｌｄｉｏｉａｅｏｔａｌｓｓａｏｅ，ｔｒｃｉａｍｅｏａｅｒｐｓｄｎｒｅｔｆｅｔｅｙｏｔｏｈｔｄｓｒｐｏｏｅｉｏｄｒｏｅｆｃｉｌｃｎｒｌｖ

凝视红外成像末制导系统应用研究

结合高速导弹末制导系统要求和所处的工作环境，分析了红外成像末制导在高速导弹上应用的系统
技术问题。最后，出了应用数学仿真、实物仿真和外场试验等进行红外成像末制导系统性能评估提半
的方法。
关键词：确制导；红外成像；高速导弹；气动光学精
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第３５卷第３期
ＶＯ．５Ｎｏ３１．３
红外与激光工程
Ｉ￣ａｅｎａｅＥｎｉｅｒｇｎｒｄａｄＬｓｒｇｎｅｉｎ
２００６年６月
Ｊｎ２ｏｕ．０６
凝视红外成像末制导系统应用研究
ｉｏｉａｏｔｐ￣ａｏｅｕｒｍｅｔａｄｗｏｋｎｎｉｎｎｏｇｅｏｉｓｌｒｎｎｃｍｂｎｔｎｗｉｌａｐｃｔｎｒｑｉｉｌｉｅｎｓｎｒｉｇｅｖｒｍｅｔｆｒｈｈｖｌｔｍｓｅｔｍｉａｏｉｃｙｉｉｅｌ
随着战术弹道导弹（Ｂ技术的扩展和军用空ＴＭ）
末制导及其应用技术提出了新的要求。在国外，一新
代防空导弹，美国海军标准一、ＨＤ【和美以联如３ＴＡＡ１］合研制的箭一（ｒｗ２２Ａｒ一）防空导弹均采用了红外成ｏ
ＫｙｗｒｓＰｅｉｕａｃ；Ｉｆｒｄｉ￣ｇｅｏｄ：ｒｃｅｇｉｎｅｎｒｅｓｄａｍａ；Ｈｇｅｃｓｉ；Ａｒｐｃｉｖｌｉｍｓｅｅｏｏｔｓｈｏｔｉｌｙｉ

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5、应用： ①可用于制造被动式夜视仪器，利用物体的本征辐射，在不需要光源的情况下能看见物体。军用方面：在有雾的天气下使用红外手段，观察距离得到扩大。民用方面：新的诊断仪器，在工业建筑和医学等方面占领了稳定的应用位置。 ②当今采用红外探测器与扫描系统进行组合的应用领域：单一敏感元探测器、凝视线列探测器、焦平面线列探测器、焦平面阵列探测器、热释电 Vidikon、红外凝视阵列
20世纪90年代初，采用液氮制冷的单一敏感探测器制成的温谱成像系统达到了最好的分辨率，软件组件使温谱图信息的存储和翻译变得容易，计算机技术的发展成果也被结合在其中。还将CCD原理应用于红外探测器，从而产生了三代不同特点的热像仪 20世纪20年代末，最早的热像系统----Circa-1930温度记录仪。1934年，第一只主动红外变相管在德国问世，它利用光子-电子转换原理，使银氧铯光阴极接受红外辐射，由光子转变为电子，再通过荧光屏使电子转换为光子，得到人眼能观察的图像。 20世纪40年代，热成像的研究出现了两种不同的途径：一种是发展具有分立探测器的光机扫描系统；另一种是发展诸如红外光导摄像管一类的非光机扫描成像器件。
1960年，提出了把碲镉汞（HgCdTe）半导体作为探测器材料，解决了在长波红外波段的曝光时间快且灵敏度高的问题。
1964年，瑞典AGA公司推出了660型温谱成像系统。
20世纪70年代中期，通过淀积敏感区可以延伸到长红外的热释电探测器材料，成功的研制成Vidikon摄像管。
20世纪80年代商业化温谱摄像仪发展
红外成像技术的实质：是一种波长转换技术，即把红外辐射图像转换为可视图像的技术。热成像技术的有点：它利用景物自身各部分辐射的差异获得图像的细节，通常采用3~5um和8~14um两个波段，这是由大气透红外性质和目标自身辐射所决定的。克服了主动红外夜视需要依靠人工辐射，并由此产生容易自我暴露的缺点，又克服了被动微光夜视完全依赖于环境自然光和无光不能成像的缺点。红外热成像的特点：具有透过烟雾、尘、雾、雪，以及识别伪装的能力，不受战场上强光、眩光干扰而致盲，可以尽享远距离。全天候观察你。因此它特别适合于军事应用。
5.2 红外凝视成像技术的发展
1800年，William Herschel为了寻找观察太阳时保护眼睛的方法，在研究太阳光谱各部分的热效应时，发现了后来被称为红外线的电磁波，揭示了人眼看不见的热辐射。他让太阳光穿过一个分光棱镜，用温度计证明了远离可见红色光波段的一种辐射，这种红外辐射遵循与可见光波段一样的物理学定律，从此以后，人类开拓了观察、认识自然界的崭新领域---红外技术。红外技术主要研究物体红外辐射的产生、传输、探测、识别及其广泛的应用。
5.1 热成像技术特点
1、任务：把环境温度下物体的本征辐射变成可以看见的图像。 2、电磁波段：紫外波段UV（波长低于0.38um）、红外波段（波长高于 0.78um，其中3um以下为近红外NIR，3~7um为中红外MIR，7~14um为长波红外LIR，14um以上为远红外FIR）
3、热成像系统工作方式：从目标和背景发射出来的辐射穿过大气后被红外光学系统聚焦到红外探测器上。由于温谱成像不是采用照相胶片而是采用适合的红外探测敏感材料，因而背景图像被分解称为一个一个的像素而被瞬时一次扫描并按信号顺序编码。 4、信号处理的主要作用：重现景物
1830年，Nobili发明了第一个热敏元件，1833年他做出了第一个温差电池，能够把红外辐射转换成电信号。 1880年，有人做成了第一个热敏电阻式辐射热测量计。
1870~1920年，量子探测器广泛应用
20世纪20年代，蒸气成像技术曾用于早期的热像仪。在军事应用方面，1930年德国的Gudden、Gorlich和Kutscher研制成功了硫化铅（PbS）量子探测器，其另觅案范围从1.5~3um波段扩展到其他工作波段。在第二次世界大战中，采用了锑化铟（InSb）量子探测器（灵敏范围3~5um波段）。军事上的应用推动了红外探测器的进一步发展。20世纪50年代中期，第一批装备用红外寻的头的自动寻向导弹投入使用。 1954年，出现了以温差电池为基础的红外摄像机和以热敏电阻式辐射热测量计为基础的红测器的技术水平决定了热成像的技术水平！红外热成像技术的分类：①制冷式：一代二代（采用红外焦平面探测器列阵）三代（红外焦平面凝视式列阵） ②非制冷式：第四代（它的飞速发展使红外成像系统实现了高密度、高性能、高可靠性及微型化）
谢谢观看！
第5章红外凝视成像系统
红外成像特点：具有很强的抗干扰能力，可以穿透薄雾、黑夜、伪装等，并具有一定的目标识别能力，而且可以提供24小时全天候服务。（主要用于军用和民用领域）红外成像原理：靠探测目标与景物之间的辐射温差来产生景物的图像，是全被动式的，不易被对方发现和干扰。红外成像的优点：体积小、功耗小、探测器面宽、可同时监视多个目标……