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期刊基本信息
红外与激光工程
(月刊,创刊于1972年)
主管单位:
中国航天科工集团有限公司
主办单位:
天津津航技术物理研究所
中国光学工程学会
主编:吕跃广
主要栏目
   » 红外技术及应用
   » 激光及光电子技术
   » 光学探测与成像技术
   » 光学系统设计
   » 精密光学加工
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   » 光通信与光传感
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红外与激光工程  
  红外与激光工程—2013, 42 (1)   出版日期:2013-01-25
  本期栏目:激光与光电子技术 先进光学 光学晶体与薄膜 信息处理 红外技术及应用 光电测量 光通信与光传感 
红外技术及应用

超音速导弹温度场建模与仿真

吴龙宝, 谢晓方, 王诚成, 于嘉晖
红外与激光工程. 2013, 42 (1): 1-6.
全文: HTML (1 KB)  PDF (365 KB)  ( 155 )
摘要 ( 23 ) 引用本文
超音速导弹温度场的计算对其红外辐射特性研究具有重要的参考价值。对超音速导弹的两个主要辐射源蒙皮和羽流进行了深入分析,建立了超音速导弹温度场模型,仿真验证了模型的可行性。采用理论模型与半经验公式对导弹温度分布进行了计算,将羽流近似成超音速轴对称无伴随绝热等熵流,利用特征线法计算气流参数分布。此外,建立了超音速导弹尾焰形状的理论模型与计算方法。最后进行仿真,计算了导弹各部分的温度分布,并与实验结果比较,结果表明,该方法是一种计算超音速导弹温度分布的有效方法。

飞行器后机身蒙皮红外辐射特性

徐顶国, 冯维林, 桑建华
红外与激光工程. 2013, 42 (1): 7-13.
全文: HTML (1 KB)  PDF (413 KB)  ( 146 )
摘要 ( 10 ) 引用本文
随着红外探测和红外制导技术的迅猛发展,飞行器的生存力受到越来越大的威胁,如何降低飞行器的红外辐射特征成为提高隐身能力的关键技术之一,排气系统是飞行器后半球的主要红外辐射源。为了研究飞行器后机身蒙皮的红外辐射特性,针对飞行器的后机身蒙皮,结合涡扇发动机引射喷管的CFD计算,采用离散传递法计算了典型作战飞行器在8~14 μm波段的红外辐射强度分布。在红外计算过程中,考虑了发动机固体壁面的发射和反射,飞机蒙皮的发射,燃气内CO2、H2O和CO的吸收与发射作用;并通过冷却、隔热等措施降低后机身发动机热影响区蒙皮的温度对红外辐射特征的影响进行了研究。计算结果表明:后机身发动机热影响区温度降低70 K,在红外探测的主要威胁方位头向5°范围内可以降低整机红外辐射强度9.1%,30°可以降低15.4%,60°可以降低17.5%,在正下方90°,可以降低18.9%;在此基础上采用低反射率可以在各个方向上进一步降低飞机的红外辐射强度,除了正后向及附近排气系统喷管腔体影响强烈扇区间以外,都能降低到20%以内。计算结果和方法为飞行器红外隐身设计提供了有益参考。

红外隐身技术发展趋势

桑建华, 张宗斌
红外与激光工程. 2013, 42 (1): 14-19.
全文: HTML (1 KB)  PDF (423 KB)  ( 284 )
摘要 ( 13 ) 引用本文
随着科学技术的不断发展,红外隐身技术在新式武器装备上被广泛应用,是现代武器装备的显著特征。红外传感器诞生并应用于导弹导引,已成为各类武器装备的重大威胁,以红外探测器为例尤为突出。通过对武器装备的威胁分析,阐述了红外隐身性能对各类武器装备的重要性以及红外隐身技术的发展情况;以固定翼飞行器为重点,同时也对直升机、水面舰艇及地面武器坦克装备等加以分析,并分别简述了各类武器装备的红外辐射源、红外辐射强度控制技术措施及发展趋势,通过试验证明了红外隐身技术的研究和应用对于各类武器装备的重要性。

装甲车辆与地面背景的热交互作用及红外仿真

韩玉阁, 成志铎, 任登凤, 宣益民
红外与激光工程. 2013, 42 (1): 20-25.
全文: HTML (1 KB)  PDF (516 KB)  ( 164 )
摘要 ( 10 ) 引用本文
为了全面揭示装甲车辆与地面背景之间热交互作用对地面背景温度以及红外辐射特性的影响,建立了装甲车辆和地面背景的温度和红外辐射特性的模型,重点考虑了装甲车辆与地面之间的传热。通过对地面和履带相关力学关系的引入,建立运动车辆和地面之间热学以及力学的模型,采用了动网格方法对车辆目标在运动后对地面所产生的沉陷现象及在地面上留下的热痕迹进行模拟仿真。基于红外辐射理论,综合考虑自身辐射、反射辐射以及大气传输特性,计算了车辆在3种不同状态下与地面背景之间的热交互作用及红外辐射特征分布,并比较了模拟温度与实验测量温度的误差,验证了模型的精度。仿真结果表明:该方法对地面目标的隐身设计和隐身技术评估具有十分重要的意义。

红外搜索跟踪系统作用距离等效折算

张乐, 梁冬明, 姚梅, 张曼菊, 张雷
红外与激光工程. 2013, 42 (1): 26-30.
全文: HTML (1 KB)  PDF (574 KB)  ( 183 )
摘要 ( 30 ) 引用本文
传统的红外搜索跟踪系统作用距离方程存在一定的局限性,没有考虑背景辐射的影响。为了完成红外搜索跟踪系统对天空背景下快速运动小目标,在不同气象和飞行条件下作用距离的等效折算,推导了考虑天空背景辐射的点目标红外搜索跟踪作用距离模型,根据模型对不同气象条件下某型红外搜索跟踪系统对某型靶机的作用距离进行了推算,并利用红外搜索跟踪系统对靶机的飞行试验实测数据对模型进行验证,结果表明,模型精度较高,可以用于外场试验时红外搜索跟踪系统作用距离的等效折算。最后,利用模型对某型红外搜索跟踪系统对特定气象条件、不同飞行条件下某型导弹的作用距离进行了等效折算。

大型红外辐射面源的设计

钱婧, 孙胜利, 于胜云, 沙晟春, 盛敏健, 雍朝良
红外与激光工程. 2013, 42 (1): 31-35.
全文: HTML (1 KB)  PDF (613 KB)  ( 117 )
摘要 ( 13 ) 引用本文
红外辐射面源应用于特定红外特性目标的模拟,各种红外探测、制导系统的外场测试,红外目标源标红外辐射性能基本取决于面源温度场的控制。介绍了大型红外辐射面源系统的主要组成,采用外凸锥型制作辐射源表面以提高红外发射率。采用大功率加热管结合温控仪进行升温控制,通过分析及计算确定了加热系统的功率,并通过CFD仿真进行了冷却系统的风道设计及风扇选型。实验得出大尺寸辐射面温度的稳定性及均匀性均满足设计要求,可在30 min内将辐射面温度均匀控制在[80 ℃,300 ℃]范围内,误差小于±1.5 ℃,可以设定温度以模拟不同的红外特性。

考虑积分时间变量的红外系统辐射响应定标

罗茂捷, 周金梅, 傅景能, 廖胜
红外与激光工程. 2013, 42 (1): 36-40.
全文: HTML (1 KB)  PDF (609 KB)  ( 1332 )
摘要 ( 102 ) 引用本文
辐射定标是红外系统辐射特性测量的基础。文中采用间接扩展源法对红外系统进行定标,分析了红外焦平面阵列探测元的响应模型以及响应特性与目标黑体辐射、积分时间的关系。提出了采用最小二乘法拟合得到红外焦平面像元响应灰度值对辐射量和积分时间的响应函数的定标算法。通过分析不同环境温度下的响应函数,进一步验证了其有效性。该方法可简化定标过程,节省定标时间。定标方程不仅可用于定量分析辐射定标的影响因素,而且有利于动态范围较大时的辐射测量。

基于梯度信息融合的海面红外目标实时检测

万磊, 曾文静, 张铁栋, 秦再白
红外与激光工程. 2013, 42 (1): 41-45.
全文: HTML (1 KB)  PDF (616 KB)  ( 122 )
摘要 ( 16 ) 引用本文
针对海面红外序列图像的特点,提出一种适用于海天背景和海岸背景的目标检测方法。该方法不需要进行特殊的预处理来滤除图像噪声,首先量化子图像的区域复杂度以及单元区域上下邻域的灰度差异,从而预测出海界限区域的位置;然后利用改进Canny算子提取轮廓边缘,突出海界线特征,降低其他纹理的干扰,再进行Hough变换,提取出海界线;最后提出泛化梯度概念,通过融合的梯度信息,联合海界线的位置,进行海面目标标记。实验表明,所提方法能准确地定位海界限区域以及水平或倾斜的海界线,并快速精确地提取红外海面目标。整个过程的平均花费时间约为60 ms,具备很好的鲁棒性和实时性。

InSb红外探测器芯片金丝引线键合工艺研究

朱炳金, 林磊, 宋开臣, 王晶
红外与激光工程. 2013, 42 (1): 46-50.
全文: HTML (1 KB)  PDF (659 KB)  ( 228 )
摘要 ( 18 ) 引用本文
InSb红外探测器芯片镀金焊盘与外部管脚的引线键合质量直接决定着光电信号输出的可靠性,对于引线键合质量来说,超声功率、键合压力、键合时间是最主要的工艺参数。从实际应用出发,采用K&S公司4124金丝球焊机实现芯片镀金焊盘与外部管脚的引线键合,主要研究芯片镀金焊盘第一焊点键合工艺参数对引线键合强度及键合区域的影响,通过分析键合失效方式,结合焊点的表面形貌,给出了适合InSb芯片引线键合质量要求的最优工艺方案,为实现InSb芯片引线键合可靠性的提高打下了坚实的基础。
激光与光电子技术

太赫兹波谱与成像技术

郭澜涛, 牧凯军, 邓朝, 张振伟, 张存林
红外与激光工程. 2013, 42 (1): 51-56.
全文: HTML (1 KB)  PDF (727 KB)  ( 494 )
摘要 ( 30 ) 引用本文
太赫兹波谱与成像是太赫兹科学与技术的重要内容,在生物、物理、化学、安检、航空航天等领域有重要的应用前景,是近年来的研究热点。首先简单介绍了太赫兹时域光谱、时间分辨光谱和超连续谱等波谱技术,并列举了相关波谱技术对爆炸物识别和对半导体材料超快载流子动力学的研究结果。讨论了时域扫描成像、实时焦平面成像、连续波成像和被动成像等太赫兹成像技术。相应地分别给出了利用上述技术对葵花籽、玩具手枪、航天泡沫和人体的成像研究结果。

非线性偏振旋转锁模光纤激光器数值模型

左林, 杨爱英, 赖俊森, 孙雨南
红外与激光工程. 2013, 42 (1): 57-62.
全文: HTML (1 KB)  PDF (729 KB)  ( 155 )
摘要 ( 12 ) 引用本文
利用二能级Giles模型来计算掺铒光纤增益,并通过琼斯矩阵描述偏振控制器,提出了一种基于非线性薛定谔方程的非线性偏振旋转锁模光纤激光器的数值模型。该模型具有物理意义更加清晰、便于分析泵浦功率对锁模影响的优点。采用1.0 m长的掺铒光纤、5.8 m长的单模光纤和85:15的输出耦合器,当泵浦功率为25 mW时数值计算得到均方根宽度为0.30 ps的超短脉冲。研究了泵浦功率对锁模脉冲波形和光谱的影响,并讨论了泵浦功率与掺铒光纤中增益分布的关系。通过实验得到了锁模脉冲,其光谱形状与仿真得到的结果相似。测量了不同泵浦功率下脉冲的平均功率,变化趋势也与理论值吻合。

中心对称和非中心对称单光子光折变空间屏蔽灰孤子的时间特性

吉选芒, 姜其畅, 苏艳丽, 刘劲松
红外与激光工程. 2013, 42 (1): 63-68.
全文: HTML (1 KB)  PDF (790 KB)  ( 106 )
摘要 ( 16 ) 引用本文
为了得到中心对称和非中心对称外加电场单光子光折变晶体中空间屏蔽灰孤子时间特性的结果,基于中心对称和非中心对称单光子光折变效应的基本理论,推导出了含时间参量的空间电荷场和光波的动态演化方程,采用数值方法,分别研究了基于中心对称和非中心对称单光子光折变晶体中灰孤子强度包络和强度半峰全宽的时间特性。结果表明:当孤子的峰值强度与暗辐射的比值较大时,孤子的半峰全宽先是随时间递减到一个最小值,然后逐渐增加到一个稳定的常数值。当孤子的峰值强度与暗辐射的比值较小时,孤子的半峰全宽随时间的增加而单调减小,最终达到一稳定状态。对不同时刻灰孤子的动态演化特性进行了研究,中心对称和非中心对称空间灰孤子有类似的时间演化特性。

光子晶体调制半导体激光器侧模

张建心, 刘磊, 陈微, 渠红伟, 郑婉华
红外与激光工程. 2013, 42 (1): 69-72.
全文: HTML (1 KB)  PDF (716 KB)  ( 165 )
摘要 ( 37 ) 引用本文
为了实现半导体激光器的单侧模稳定工作,提出了一种在激光器的脊条两侧引入光子晶体结构滤除半导体激光器高阶侧模的方法。通过调整激光器上表面的刻蚀深度、光子晶体区域的条宽和间隔来改变激光器内部的模场分布,同时结合选择性的载流子注入来增强基模的激射优势,进而减少侧模的数量。实验上制作了主脊条宽度为6 μm,光子晶体周期5 μm,波长1 550 nm的半导体激光器。测试结果表明:在连续工作的情况下,电流300 mA的时候,高阶侧模受到抑制,水平发散角变为10.2°,证实了光子晶体结构调制激光器侧模的可行性。

基于迈克尔逊腔光纤激光相干合成的输出特性

王倩, 宋兴亮, 刘广义, 范元媛, 崔惠绒, 鲍洋, 周翊
红外与激光工程. 2013, 42 (1): 73-78.
全文: HTML (1 KB)  PDF (784 KB)  ( 98 )
摘要 ( 22 ) 引用本文
基于自组织相干合成原理,利用迈克耳逊腔开展了光纤激光阵列相干合成的原理实验研究,实现了掺Yb3+双包层光纤激光阵列的相位锁定。根据其原理,合理解释了相应的物理现象以及迈克尔逊腔相比于其他腔型的优势。重点理论模拟并实验验证了准直透镜设计、耦合输出镜反射率、两路泵浦功率平衡等关键因素对迈克尔逊腔相干激光输出功率的影响,为优化迈克尔逊腔、提高最终输出功率、抑制相干相消端的功率泄漏在一定程度上提供了理论依据。

激光缩束系统波前畸变精度分析

赵建科, 李霞, 徐亮, 段亚轩
红外与激光工程. 2013, 42 (1): 79-83.
全文: HTML (1 KB)  PDF (796 KB)  ( 135 )
摘要 ( 15 ) 引用本文
对大科学工程激光参数系统中的激光缩束系统各项装调误差进行了分析,缩束系统中组合物镜系统和目镜系统离焦误差对于系统波前畸变影响最大,并对不同离焦量产生的波前畸变PV值进行了分析,得到缩束系统波前畸变的变化与系统物镜和目镜离焦量并非线性关系。采用大孔径长焦距平行光管、光纤激光器和哈特曼传感器组成激光波前测试系统对激光缩束系统的波前进行实时测量和验证,经过波前计算机辅助技术,使其技术参数达到了波前畸变PV值优于0.2λλ=1.053 μm)的要求。

激光近炸引信单光束脉冲周向探测技术

甘霖, 张合, 张祥金, 冯颖
红外与激光工程. 2013, 42 (1): 84-89.
全文: HTML (1 KB)  PDF (814 KB)  ( 255 )
摘要 ( 15 ) 引用本文
受常规弹药空间和系统功耗的限制,激光近炸引信应用于常规弹药过程中,无法布置多个激光器和多个激光接收器,同时,系统结构要求尽量简单,故传统的光束布局方式无法直接应用;现设计出一种新型的单光束大视场脉冲旋转周向扫描方案,建立了弹目交会模型并进行了目标捕获率理论分析,讨论了系统误差的影响因素,加工制作了初始原理样机并进行了高速风洞实验,结果表明:该方案能够在转速80 000 r/min以下实现可靠联接,及常规弹药激光近炸引信360°大视场周向探测,在保证弹目交会目标捕获率的前提下,可有效减小常规弹药引信空间的占用率和系统功耗。

β-内酰胺类抗生素药物的太赫兹光

戴浩, 徐开俊, 金飚兵, 吴克启, 刘兵
红外与激光工程. 2013, 42 (1): 90-95.
全文: HTML (1 KB)  PDF (822 KB)  ( 135 )
摘要 ( 25 ) 引用本文
β-内酰胺类是临床上应用最广泛的抗生素,具有广谱、高效和安全的特点。抗生素的鉴别和质量检查非常重要。相比其他光谱手段,太赫兹光谱具有许多独特的优势。利用太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术在常温下研究了6种临床常用抗生素类药物,获得了它们的太赫兹吸收光谱。测试结果表明:即使分子结构相似,但它们的太赫兹光谱具有明显不同的特征,说明THz-TDS技术能够鉴别这种分子结构的微小差异,可以很好地用于药品检测和分析,在药品的研制、生产和鉴别方面具有很好的应用前景。最后利用Gaussian 03软件计算了青霉素钠分子在0.2~2.5 THz的振动吸收光谱,与实验结果进行比较,并对其振动模式进行指认。

基于超磁致伸缩材料的高速倾斜镜的设计与应用

姚佰栋, 时晶晶, 侯再红, 谭逢富, 吴毅
红外与激光工程. 2013, 42 (1): 96-101.
全文: HTML (1 KB)  PDF (866 KB)  ( 107 )
摘要 ( 16 ) 引用本文
在目标跟踪系统中,由于大气湍流的影响导致光波振幅和相位起伏。为了提高跟踪性能,降低大气湍流造成的光斑倾斜成为了首要目标,而高速倾斜镜(FSM)则是达成这一目标的关键器件。文中介绍的高速倾斜镜利用超磁致伸缩材料(GMM)作为位移驱动元件,通过线圈的电流产生磁场控制材料的伸缩,从而驱动倾斜镜的偏转。该倾斜镜已经被应用于激光大气传输倾斜校正系统中,使湍流造成的倾斜减少了90%,光斑稳定度和光斑质量得到了明显提高。

光纤位移干涉仪的研制及其在Hopkinson压杆实验中的应用

杨军, 王克逸, 徐海斌, 张德志, 钟方平, 马艳军, 李焰, 刘峻岭
红外与激光工程. 2013, 42 (1): 102-107.
全文: HTML (1 KB)  PDF (892 KB)  ( 128 )
摘要 ( 13 ) 引用本文
为了满足爆炸冲击作用下结构体动态变形过程测试的需要,基于激光多普勒效应和外差技术,采用单模光纤器件、声光移频器(AOM)和高带宽光电转换器研制了一套可辨别速度方向的参考光调制式光纤位移干涉仪,它具有结构简单、动态响应快以及非接触式测量的优点。采用短时傅里叶变换算法编写了数据处理程序,并在Hopkinson压杆上进行了实验研究,获得了36.82 m/s的峰值速度,并对速度波形与应变片测量获得的结果及应力波理论计算结果进行了对比分析,验证了系统的可行性。钢筒爆炸实验获得了壁面振动的正负速度历程,验证了系统可以辨别物体运动方向。

34μm孔径GaAs偶极子光电导天线辐射特性仿真研究

张李伟, 尚丽平, 唐金龙, 夏祖学, 邓琥
红外与激光工程. 2013, 42 (1): 108-112.
全文: HTML (1 KB)  PDF (854 KB)  ( 106 )
摘要 ( 18 ) 引用本文
光电导天线的辐射特性仿真是设计和制造光电导天线的重要依据。将蒙特卡洛经验公式修正的GaAs迁移率随电场强度的变化关系引入德鲁德-洛伦兹模型,分析了光电导天线载流子输运情况。又将德鲁德-洛伦兹模型计算的光生载流子密度与时域有限差分方法相结合,得到34 μm孔径GaAs偶极子光电导天线的时域、频域及三维辐射特性。辐射峰值为0.8 THz,频谱宽度大于1 THz,与太赫兹时域光谱系统实际测量得到的数据吻合。结果表明:仿真方法正确可行,能够为设计和制造高增益、宽频带的太赫兹光电导天线提供参考依据。

单脉冲激光对CCD探测器的硬损伤及损伤概率

朱志武, 张震, 程湘爱, 黄良金, 刘泽金
红外与激光工程. 2013, 42 (1): 113-118.
全文: HTML (1 KB)  PDF (855 KB)  ( 161 )
摘要 ( 16 ) 引用本文
在纳秒激光脉冲辐照下,随着CCD探测器损伤程度的加深,成像系统输出画面中先后出现点损伤、白线损伤以及完全失效等现象,且损伤阈值呈现出概率分布特性。实验激光波长为1 064 nm,首先采用n-on-1辐照模式,研究CCD探测器在不同损伤程度下的损伤现象,从器件工作原理的角度分析各种现象出现的机理。利用光学显微镜观察样品的损伤形貌,发现探测器的损伤部位从内部材料开始,逐渐发展到位于表面的微透镜结构。接下来,采用1-on-1辐照模式测量了点损伤和完全失效阶段的激光能量密度阈值,并以损伤概率的形式进行描述,得到实验样品的完全失效阈值在100 mJ/cm2左右。
光通信与光传感

基于RBF神经网络的光纤陀螺启动补偿及应用

沈军, 缪玲娟, 吴军伟, 郭子伟
红外与激光工程. 2013, 42 (1): 119-124.
全文: HTML (1 KB)  PDF (860 KB)  ( 144 )
摘要 ( 14 ) 引用本文
光纤陀螺对温度比较敏感,由于温度引起的零偏漂移是光纤陀螺工作尤其是启动过程中的一种较大误差。文中为了减小光纤陀螺启动过程的零偏漂移、缩短启动时间,提出了对光纤陀螺启动过程进行补偿的方案。该方案以光纤陀螺温度和温度变化率为输入、光纤陀螺漂移为输出建立二输入单输出的RBF神经网络,用于陀螺启动过程补偿。在室温下对某型号光纤陀螺启动漂移进行了补偿,试验结果表明该方法能有效减小陀螺的启动温度漂移,缩短陀螺启动时间。将该方案运用到某型号的光纤陀螺寻北仪上,常温试验表明,该方案大大缩短了寻北仪的准备时间,提高了寻北精度。

自适应光学校正下空间光通信的光纤耦合效率及斯特列尔比

韩立强, 王志斌
红外与激光工程. 2013, 42 (1): 125-129.
全文: HTML (1 KB)  PDF (877 KB)  ( 190 )
摘要 ( 27 ) 引用本文
采用光纤部件的自由空间光通信系统需要把接收到的光束耦合进单模光纤中,然而由于大气湍流的影响,使光纤耦合效率下降。自适应光学能够减小大气湍流效应,提高光纤耦合效率,根据大气湍流参数的空间光到单模光纤耦合效率表达式,得到了自适应光学校正下单模光纤耦合效率表达式,仿真结果显示:自适应光学能够增加空间相干长度,从而有效提高光纤耦合效率。同时还研究了斯特列尔比与耦合效率的关系,结果表明:无论有无自适应光学校正,两者都具有很好的拟合关系,因此在实际中可以用比较简单的斯特列尔比近似估计耦合效率。

衍射光学元件在卫星激光通信终端中的潜在应用

俞建杰, 韩琦琦, 马晶, 谭立英
红外与激光工程. 2013, 42 (1): 130-137.
全文: HTML (1 KB)  PDF (844 KB)  ( 137 )
摘要 ( 30 ) 引用本文
卫星激光通信技术是目前通信技术领域的研究热点,而光学子系统的优化设计是其重要研究方向。主要介绍了利用衍射光学元件实现卫星激光通信终端的小型化、集成化和高效化。文中首先简要介绍卫星激光通信系统的基本原理,随后介绍了衍射光学元件在卫星激光通信终端中的各种可能应用,包括光束整形和分光,光学滤波,防反射镀膜,像差和热差补偿等。给出了一个包含衍射光学元件的激光通信终端光学系统优化设计实例,相应的数值仿真结果表明:衍射光学元件与传统光学元件相比,具有明显优势。
先进光学

大视场红外折反光学系统杂散光分析

王文芳, 杨晓许, 姜凯, 梅超, 李刚, 张恒金
红外与激光工程. 2013, 42 (1): 138-142.
全文: HTML (1 KB)  PDF (904 KB)  ( 214 )
摘要 ( 9 ) 引用本文
杂散光分析是保证光学系统成像质量的关键技术之一,根据红外光学系统杂散光的定义,指出大视场红外光学系统的杂光来源,以及杂光对系统的影响,并且建立了消杂光结构。在消杂结构中,为了减少内部辐射,遮光罩内部使用反射式挡光环。采用TracePro软件对系统进行建模、仿真分析,结果表明此红外光学系统的杂散光得到很好的抑制:太阳杂光抑制水平PST可以达到10-5~10-8,内部辐射到达像面杂散光能量量级为10-10 W,系统可以实现清晰成像。

90°离轴角红外滚仰式导引头光学系统

张鑫, 贾宏光
红外与激光工程. 2013, 42 (1): 143-147.
全文: HTML (1 KB)  PDF (930 KB)  ( 166 )
摘要 ( 21 ) 引用本文
介绍了一种光机一体化结构的滚仰式红外导引头光学系统。光学系统的部分组件通过四块反射镜嵌入万向节支架,万向节支架由N×360°运动的滚转框架和±90°运动的俯仰框架组成,双框架结构进行滚仰式运动,使光学系统具有前半球的观察视场。光学系统为二次成像结构,由前组一次成像物镜、中继镜和后组倒像物镜三部分构成。由于导引头内部存在大的热梯度,前组需要单独消热差,而中继和后组共同消热差。利用热差互补原理的消热差设计方法获得各个透镜初始的光焦度,再由ZEMAX光学设计软件进行像差校正。分析结果表明,当环境热沉浸温度或热梯度温度从-40~80 ℃变化时,成像质量保持稳定,调制传递函数(MTF)接近衍射极限。光学系统满足光、机、热一体化设计要求。

折射/衍射混合长波红外连续变焦光学系统设计

王保华, 刘英, 孙强, 王媛媛, 张建忠, 姜洋
红外与激光工程. 2013, 42 (1): 148-153.
全文: HTML (1 KB)  PDF (932 KB)  ( 152 )
摘要 ( 23 ) 引用本文
为了提高图像的分辨率,提高红外系统的探测距离和探测精度,满足多种条件下的使用要求,基于最新的非制冷型384×288凝视型焦平面阵列探测器,设计了折射/衍射混合长波红外连续变焦光学系统。系统工作波长为8~12 μm,F数1.5,变倍比25:1。设计过程中,系统引入衍射面构成折/衍射混合结构,校正色差和高级像差,减少了透镜的使用数量,简化了系统结构。最后利用CODE V 光学设计软件进行了优化设计和像质评价,设计结果表明,系统在探测器的Nyquist频率(20 lp/mm)处,所有变焦距位置和视场的MTF值均大于0.4,接近系统的衍射极限。系统具有变倍比大、分辨率高、像质好、结构简单等特点,可应用于众多光电探测领域。

国外高速导弹的头罩防护技术

张科, 陈之光, 赵玉印
红外与激光工程. 2013, 42 (1): 154-158.
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摘要 ( 16 ) 引用本文
文中对国外专利上出现的高速导弹的头罩设计及防护技术进行了综述。通过查阅大量国外有关高速导弹头罩防护技术专利,对头罩防护及设计方法进行了分类和梳理,分析了各种技术的优缺点及适用范围。随着导弹飞行速度的提高,头罩表面温度及热应力也不断升高。在航空界一般把马赫数 2.5作为“热障”的界线,低于这一值,气动加热不严重,可用常规的方法和材料设计、制造飞行器;高于该值,则必须采取克服气动加热问题的措施,如采用抛罩技术、加装激波锥、改变头罩的气动外形、对窗口加装冷却系统等措施。

非相干LED白光产生无衍射光的光源设计

方翔, 江新光, 吴逢铁, 程治明, 范丹丹
红外与激光工程. 2013, 42 (1): 159-162.
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摘要 ( 15 ) 引用本文
非相干光源产生无衍射光束的实验中,入射光束的均匀性对产生无衍射光束的质量有很大影响。文中以非相干光源白光LED为例,通过对LED自身发光特性的分析,对光线传播过程进行数学建模,用非成像光学光通量守恒原理,对均匀照明设计方法进行理论推导,得到了一种基于非成像光学产生均匀光束的透镜设计方法。用三维建模软件进行建模并用光学仿真软件进行光线追迹,确定用该方法设计的透镜能满足实验对入射光束均匀度的要求,并初步实验获得较高质量的零阶无衍射Bessel光,验证了该设计方法的合理性。

非球面内表面调制的自由曲面配光透镜设计方法

孙秀辉, 杜惊雷, 尹韶云, 邓启凌, 杜春雷
红外与激光工程. 2013, 42 (1): 163-166.
全文: HTML (1 KB)  PDF (892 KB)  ( 161 )
摘要 ( 12 ) 引用本文
传统自由曲面LED配光透镜由于在自由曲面求解时存在误差,往往导致最终配光效果不理想。为了进一步提高配光效果,提出基于非球面内表面调制的自由曲面配光透镜设计方法,采用非球面内表面对自由曲面的求解误差进行补偿,有效地减小了自由曲面的误差对配光效果的影响。通过对自由曲面求解误差进行定量计算,建立用于补偿误差的非球面内表面设计方法,形成了基于非球面内表面调制的自由曲面配光透镜的完整的设计思路。将这一方法应用于矩形照明区域的LED路灯透镜设计之中,相对于传统自由曲面配光透镜,照度均匀度由0.66提高到0.73,能量利用率从47.3%提高到63.2%。

基于非球形雨滴的降雨对激光传输衰减的影响

刘西川, 高太长, 刘磊
红外与激光工程. 2013, 42 (1): 167-173.
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摘要 ( 16 ) 引用本文
为了进一步确定降雨对激光在大气中传输衰减的影响,将雨滴的非球形效应考虑在内,在雨滴的近似椭球模型、归一化谱分布的基础上,利用射线追踪法计算群雨滴在可见光和近红外波段的散射和衰减特性,讨论分析雨滴谱分布和降雨强度对可见光和近红外波段激光传输衰减的影响。数值模拟结果表明,不同谱分布的群雨滴散射能力从大到小依次为JD、MP、Gamma和JT分布;激光衰减不仅受降雨强度的影响,也与雨滴的数密度有关,数密度越大,激光衰减越大;而形状对群雨滴的影响较小。所得出的结论有助于准确评估降雨对激光传输的影响以及改善激光传输、通信和激光测风等应用。

通用大气辐射传输软件(CART)分子吸收和热辐射计算精度验证

戴聪明, 魏合理, 陈秀红
红外与激光工程. 2013, 42 (1): 174-180.
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摘要 ( 20 ) 引用本文
为检验通用大气辐射传输软件CART分子吸收和热辐射的计算精度,利用精确的逐线积分法(LBLRTM)和广泛使用的中分辨率大气传输模式(MODTRAN4.0),就CART软件计算的晴空大气分子吸收透过率和热辐射进行对比验证。模拟了水平距离、观测天顶角和观测点高度对光电工程各观测波段内平均大气透过率和积分辐射的影响特性。结果表明:CART软件分子吸收的计算精度优于MODTRAN4.0软件,大气热辐射的计算精度和MODTRAN4.0相当。
光学晶体与薄膜

大面积头罩上类金刚石薄膜均匀性研究

付秀华, 杨永亮, 刘国军, 李琳, 潘永刚, Ewan Waddell
红外与激光工程. 2013, 42 (1): 181-184.
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摘要 ( 15 ) 引用本文
根据军用光学仪器对红外窗口薄膜厚度均匀性的特殊要求,采用Femm42软件对射频等离子体化学气相沉积系统中真空室内的电场进行模拟分析,通过改变DOME的高度,并加入一金属圆环,解决了头罩边缘脱膜的问题。并利用田口实验方法指导实验,以减少实验次数,尽快找出影响薄膜性能的主次条件,同时可以分析各工艺参数对结果的影响趋势,最终确定最佳的工艺参数,在大面积头罩上成功镀制了厚度均匀性小于3%,且能承受恶劣环境测试的类金刚石薄膜。

用于红外光学窗口的多层保护膜

刘士军, 李钱陶, 熊长新, 杨长城
红外与激光工程. 2013, 42 (1): 185-189.
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摘要 ( 22 ) 引用本文
采用GexC1-x(碳化锗)、BP(磷化硼)和α-Si(非晶硅)作为高折射率材料,DLC(类金刚石)作为低折射率材料,在ZnS(硫化锌)、GaAs(砷化镓)、Ge(锗)等常用红外光学窗口表面研制了用于长波红外(8~12 μm)波段的GexC1-x/DLC、BP/DLC及α-Si/DLC系列多层保护膜。通过对比试验,研究了多层红外光学窗口保护膜的光学性能、显微硬度及海洋环境适应性。结合红外窗口及膜系材料特性,对试验结果进行了分析讨论。结果表明:GexC1-x/DLC多层红外保护膜具有最佳的光学性能,BP/DLC多层红外保护膜在海洋环境下具有最佳的保护效果。

激光预处理中薄膜损伤形貌对预处理效果的影响

代福, 杨李茗
红外与激光工程. 2013, 42 (1): 190-194.
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摘要 ( 22 ) 引用本文
采用亚阈值激光能量对光学元件进行激光预处理后,其损伤阈值可以提高两三倍。在激光预处理过程中,不可避免地会使光学元件产生损伤,若产生的损伤不影响光学元件的使用性能,则原则上可以接受。首先介绍了HfO2/SiO2多层高反膜S-on-1损伤阈值测试方法,实验研究了激光预处理过程中光学薄膜元件的损伤过程,分析了预处理过程中薄膜损伤形貌对其光学性能及抗激光损伤阈值的影响。结果表明,对膜系为G/(HL)11H2L/A的HfO2/SiO2多层高反膜进行激光预处理,最外层SiO2层的破坏不影响薄膜整个反射率曲线。相反,由于消除了HfO2层的节瘤缺陷,薄膜的损伤阈值得到大幅度的提高。

TeO2晶体旋光性对其分光特性的影响分析

谭见瑶, 任玉, 谭勇, 郑峰, 胡馨月, 石晶, 蔡红星
红外与激光工程. 2013, 42 (1): 195-199.
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摘要 ( 25 ) 引用本文
TeO2是声光可调滤波器主要成像晶体,由于晶体本身在分光成像时会产生色差,漂移等问题,文中从基础理论出发,研究了TeO2 晶体的旋光性对其作为声光可调滤波器时分光特性的影响,进而对其基本参数作了优化。首次对比分析了I.C.Chang理论体系与P.A.Gass修正理论体系,通过对比分析方法,得出在红外波段,两种理论体系对于超声波频率协调关系的计算结果差异较大,作者认为是I.C.Chang理论忽略晶体旋光特性所引起,因此,以P.A.Gass理论作为基础的声光可调滤波器设计方法适用于红外波段,当入射光极角小于30°时,其旋光特性对分光性能的影响较小。通过对比分析可知,设计的入射光极角应小于54.7°,这样可以保持较高的声光优值和较低水平的超声波频率;在红外波段,设计的入射光极角应小于39.2°,两频率协调关系偏差Δf较小。

晶格常数对光子晶体量子阱透射谱的影响

苏安
红外与激光工程. 2013, 42 (1): 200-205.
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摘要 ( 18 ) 引用本文
为设计高品质光学滤波器、光开关等量子光学器件,用传输矩阵法理论研究晶格常数对一维光量子阱(AB)5(CD)2(BA)5透射谱的影响,结果发现:当A、B介质层的晶格常数偶数倍增加时,禁带中心频率处的窄透射峰变成宽透射带,透射带两侧对称分布着2条透射率为100%的窄透射峰;当A介质层的晶格常数奇数倍增加时,禁带中心频率处出现透射率为100%单条窄透射峰;当B介质层的晶格常数奇数倍增加,或D介质层的晶格常数按整数倍增加时,禁带中心频率处恒定出现3条透射率为100%的窄透射峰,且三者之间距离随着B、D介质层晶格常数的增大而逐步向禁带中心靠拢;当D介质层晶格常数按整数增加时,不仅禁带中心频率处恒定出现3条透射率为100%的窄带透射峰,同时两侧对称出现与晶格常数倍数密切相关的双透射峰结构,且双透射峰的透射率随晶格常数倍数增大而增高。这些特性可实现可调通道光滤波和光开关功能,并为实验制备工作提供理论指导。

应用权重计算方法的光学遥感器材料间匹配性研究

刘强, 张峰, 何欣, 李畅
红外与激光工程. 2013, 42 (1): 206-211.
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摘要 ( 27 ) 引用本文
提出了用材料间的匹配因子来选择材料的理论,为航空航天结构设计过程中材料的选择提供了理论依据。首先简要阐述了光机材料的选择与材料匹配在光学遥感器结构设计中的重要性,说明了材料匹配性计算的必要性,同时叙述了目前在光机结构设计中选择材料的一般方法,指出了目前选材方式的局限性;提出了匹配计算方法的指导思想与匹配方程的构建原则,即基于对空间遥感器常用的光学反射镜材料及结构材料各项性能参数的分析,根据Delphi法与层次法相结合的方法在材料各项性能前分配加权系数,根据不同的侧重点配置不同的权重系数,从而计算出材料间的匹配因子。最后通过与已经研制成功的某型号空间遥感器相比验证,利用匹配因子法计算结果选择的材料与其选择材料完全符合,说明了其选材的正确性,也证明了匹配计算的可行性。
光电测量

高动态星跟踪方法

金雁, 江洁, 张广军
红外与激光工程. 2013, 42 (1): 212-217.
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摘要 ( 19 ) 引用本文
阐述了高动态星敏感器星图的特点,指出了目前星跟踪方法的不足。针对这些不足,提出了一种基于卡尔曼预测的高动态星跟踪方法。根据高动态星敏感器运动特性,建立了星体目标在图像坐标系下运动模型,根据星体运动模型,对卡尔曼滤波器进行了自适应修正。利用经自适应修正的卡尔曼滤波器预测出参考星位置,再利用临星逼近法进行跟踪匹配。最后给出了利用上述方法进行星体位置预测及星跟踪结果。实验结果表明,在5(°)/s动态条件下星体位置预测偏差小于5像素,星跟踪成功率高于95%,并且载体动态特性的变化对星体跟踪成功率影响较小。

复合轴精密跟踪技术的应用与发展

马佳光, 唐涛
红外与激光工程. 2013, 42 (1): 218-227.
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摘要 ( 27 ) 引用本文
复合轴是双通道控制的一种实现结构,可大幅度提高光电跟踪系统的跟踪精度和响应频率,在光电跟踪观测、激光通讯和光束稳定控制中有着广泛应用。在高精度跟踪控制领域,复合轴控制技术是实现微弧度角秒级甚至亚微弧度非常有效的手段。文中介绍了复合轴跟踪系统的基本原理和主要技术问题。在复合轴控制系统中,主轴、子轴的控制带宽匹配是实现复合轴控制技术的前提,子轴(快速反射镜)的精度是复合轴精度的制约。重点分析了复合轴跟踪系统近年的发展与技术进步,如多重复合轴、虚拟复合轴以及自适应光学和复合控制等技术在复合轴系统中的应用等。

直角棱镜棱脊不平度的检测方法

赵军丽, 吴易明, 高立民
红外与激光工程. 2013, 42 (1): 228-232.
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摘要 ( 14 ) 引用本文
方位瞄准系统中,通常借助直角棱镜实现对惯性器件方位敏感轴的监测。直角棱镜棱脊不平时将会引起方位瞄准误差,通过建立棱脊不平度对方位瞄准精度影响的数学模型,推导出了精确的矢量表达式,给出了目前常用的棱脊不平度测量原理及其工程实现手段,在此基础上,提出了一种基于斜方棱镜进行棱脊不平度检测、标定的新方法,分析了测量原理及影响测量精度的重要误差源。基于自研“斜方棱镜装置”,搭建测试平台,实验结果表明,装置沿棱脊方向的水平状态对测量精度影响较大,经标定后的系统,测量精度可以达到10"以内,具有操作高效、简便等显著优点,对于提高方位瞄准精度,有着非常重要的现实意义。

相位调制光外差稳频信号检测技术

胡姝玲, 耿伟彪, 苑丹丹, 刘宏海, 马静
红外与激光工程. 2013, 42 (1): 233-238.
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摘要 ( 38 ) 引用本文
在高功率条件下,由于受到多种因素的影响,单频光纤激光器输出激光的谱线宽度大幅展宽,输出激光的稳定性也不高。相位调制光外差稳频(PDH)技术在高功率条件下可以实现高频率稳定性。为实现对中心波长为1 064 nm的单频光纤激光器的稳频,理论分析了PDH稳频系统的原理并搭建PDH稳频系统。实验发现100 MHz相位调制光外差信号的检测是稳频系统的关键。实验中首先利用自行设计的探测器前置放大电路,基于Si探测器,实现了信号的探测和放大;其次,设计解调电路,通过将光电转换后的信号与参考信号进行混频实现解调,得到鉴频曲线,实现对光外差信号的检测。

采用开放光路FTIR光谱法的1, 3-丁二烯测量研究

童晶晶, 高闽光, 徐亮, 魏秀丽, 刘文清
红外与激光工程. 2013, 42 (1): 239-243.
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摘要 ( 25 ) 引用本文
为验证利用开放光路傅里叶变换红外光谱法(OP-FTIR)测量工业区环境大气中1,3-丁二烯浓度的可行性,首先在实验室对配置的已知浓度的标准气体进行了测量研究。利用自行搭建的基于Bruker公司IR-Cube光谱仪的开放光路FTIR测量系统对不同浓度的1,3-丁二烯进行了测量,然后结合QASOFT数据库1,3-丁二烯的吸光度信息,利用非线性最小二乘拟合算法(NLLS)对测量光谱进行了浓度反演,并对测量系统作了线性标定。实验结果表明,开放光路FTIR测量系统性能稳定;系统响应快;线性度好,线性相关系数为0.998;系统对于1,3-丁二烯的检测下限约为18.77 mg·m-2。实验研究表明,OP-FTIR系统能用于区域环境大气的1,3-丁二烯的监测和研究,开放光路FTIR方法能够作为1,3-丁二烯的一种分析检测技术。
信息处理

基于独立成分分析的舰船气泡尾流后向散射光信号处理

万俊, 张晓晖, 饶炯辉, 梁瑞涛
红外与激光工程. 2013, 42 (1): 244-250.
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摘要 ( 18 ) 引用本文
光尾流自导鱼雷激光探测系统所获取的信号是水体和舰船气泡尾流共同产生的后向散射光信号,从该信号中提取出舰船气泡尾流的信息是光尾流自导鱼雷的关键技术。由于水体所产生的后向散射光信号强度大于舰船气泡尾流所产生的后向散射光信号,两个信号在时域和频域里的特征又十分接近,因此难以用传统滤波方法将其分离以提取有用的尾流信息。提出了采用盲源分离和独立成分分析的方法来处理激光探测系统所获取的信号,研究了盲源分离的算法,编制程序对课题组在激光探测舰船尾流海上试验所获取的数据进行了计算,结果表明:该方法可在不同探测条件下有效地将舰船气泡尾流场所产生的后向散射光信号从原始信号中提取出来,有利于系统正确判别舰船尾流及其特征。

目标探测多波段图像统一复原及实验验证

洪汉玉, 李良成, 章秀华, 颜露新, 张天序
红外与激光工程. 2013, 42 (1): 251-255.
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摘要 ( 15 ) 引用本文
为解决在目标探测过程中多波段图像的复原和清晰化问题,提出了一种实用新颖的可适用于弹/机/星载目标探测多波段图像的统一复原校正方法。该方法不需要知道退化方式和退化模型等先验知识,仅利用光谱图像的有效信息,构造关于点扩展函数的非负最小二乘空间平滑性约束的极小化准则函数,通过优化计算方法求解点扩展函数,利用非盲目图像复原方法得到清晰图像。输入大量实际图片,对方法进行了测试验证。实验结果表明:该方法有效地克服了目前图像复原方法不具有通用性、对仿真图像复原效果好对实际图像复原效果差、耗时长等缺点,对红外、可见光、毫米波等多波段退化图像均能有效恢复,不需先验知识,输入一帧模糊图像即可得到高清晰图像,为目标探测系统提供了一种有效图像复原方法。

逆合成孔径激光雷达鸟类目标压缩感知识别方法

朱丰, 张群, 冯有前, 罗迎, 李开明, 梁必帅
红外与激光工程. 2013, 42 (1): 256-261.
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摘要 ( 41 ) 引用本文
鸟类目标的实时探测与准确识别具有重要意义。提出一种基于压缩感知的逆合成孔径激光雷达鸟类目标探测、成像与识别方法。该方法先利用光外差手段和压缩感知采样来大幅降低鸟类目标逆合成孔径激光雷达回波信号距离向上的采样率,再利用时频分析方法来判别鸟类目标运动状态,然后利用压缩感知重构算法来获得鸟类目标高分辨二维像以及利用拟合算法来提取鸟类目标微多普勒特征。结合获得的高分辨二维像和微多普勒特征可共同进行鸟类目标的鉴别和识别。仿真结果验证了文中方法的有效性。

同时偏振成像探测系统的偏振图像配准研究

杨长久, 李双, 裘桢炜, 洪津, 乔延利
红外与激光工程. 2013, 42 (1): 262-267.
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摘要 ( 28 ) 引用本文
同时偏振成像探测技术是一种新型的偏振成像探测技术,它能在同一个探测器上同时获得被探测目标0°、45°、90°、135° 4个偏振方向的偏振强度图像。为了准确获取被探测目标的偏振信息,这4幅图像的配准显得尤为重要。为了使配准精度达到0.1个像元,结合同时偏振成像探测系统的成像方式,提出了一种基于空域和频域互相关的偏振图像配准方法。该方法使用硬件和软件相结合的方式完成图像的配准。首先使用空域互相关的算法实现图像的像元级粗配准;然后使用频域互相关的像元级配准算法进行像元级精配准;最后使用频域互相关的亚像元配准算法实现偏振图像的亚像元级配准。

利用期望最大化算法的EMCCD噪声分布模型的参数估计

邹盼, 刘晖, 张闻文, 陈钱, 顾国华, 张连东
红外与激光工程. 2013, 42 (1): 268-272.
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摘要 ( 19 ) 引用本文
讨论了电子倍增CCD(EMCCD)图像的噪声来源及其统计特性,建立了混合泊松-高斯噪声分布模型。针对混合泊松-高斯噪声分布模型的极大似然函数难以求解的问题,对噪声模型进行了适当的初始化设置,利用期望最大化算法对噪声模型进行参数估计,有效实现了噪声参数的极大似然估计。Monte Carlo仿真结果及实验结果表明,期望最大化算法估计性能较好,对混合泊松-高斯分布有较好的拟合效果,能得到较高精度的参数估计值。

Terra MODIS第5波段红外遥感影像条带噪声的探测与校正

王荣彬, 曾超, 姜湾, 李平湘
红外与激光工程. 2013, 42 (1): 273-277.
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摘要 ( 23 ) 引用本文
由于Terra MODIS传感器第5波段(1.230~1.250 μm)中部分探测元件出现故障,从而导致整幅影像上存在明显的条带噪声。对于地理校正后的MODIS影像数据,其条带噪声的分布并不是完全规则的,还可能存在不连续的现象,加大了对噪声进行处理的难度。提出一种对条带噪声进行检测与去除的方法,首先利用局部梯度对条带噪声的位置进行探测。然后在基于最大后验概率的框架下结合噪声模型与Huber-Markov先验,并通过梯度下降算法进行噪声的去除。使用真实的遥感数据进行了实验,所展示的恢复后数据和对应的频谱图都证明了文中方法的有效性。

低信噪比红外图像直线段检测算法

艾锐, 史泽林, 张程硕
红外与激光工程. 2013, 42 (1): 278-284.
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摘要 ( 15 ) 引用本文
因梯度场计算受噪声影响严重,直线段检测是低信噪比红外图像处理的一个难点。文中利用直线区域的相位分布具有显著非各向同性的基本事实,通过度量图像点邻域内的非各向同性度来区分直线点和非直线点。定义了图像的局部非各向同性度并给出了计算子,结合相位编组和背景反例模型,提出了一种能有效抑制噪声影响的新的直线段提取算法。实验表明,该算法能有效检测出低信噪比图像中的直线段,并具有很低的虚警率。
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