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2016年 第8期

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综述与评论
高性能短波红外 InGaAs 焦平面探测器研究进展
邵秀梅, 龚海梅, 李雪, 方家熊, 唐恒敬, 李淘, 黄松垒, 黄张成
2016, 38(8): 629-635.
摘要 PDF免费下载(65)
摘要:
中科院上海技物所近十年来开展了高性能短波红外 InGaAs 焦平面探测器的研究。0.9～1.7?m近红外 InGaAs 焦平面探测器已实现了256×1、512×1、1024×1等多种线列规格，以及320×256、640×512、4000×128等面阵，室温暗电流密度＜5 nA/cm2，室温峰值探测率优于5×1012 cm?Hz1/2/W。同时，开展了向可见波段拓展的320×256焦平面探测器研究，光谱范围0.5～1.7?m，在0.8?m 的量子效率约20%，在1.0?m 的量子效率约45%。针对高光谱应用需求，上海技物所开展了1.0～2.5?m 短波红外 InGaAs 探测器研究，暗电流密度小于10 nA/cm2@200 K，形成了512×256、1024×128等多规格探测器，峰值量子效率高于75%，峰值探测率优于5×1011 cm?Hz1/2/W。
光电探测器激光损伤判别法与发展现状
高润, 牛春晖, 李晓英, 吕勇
2016, 38(8): 636-642.
摘要 PDF免费下载(33)
摘要:
在现代高技术战争中，以探测器为核心的光电设备极易受到激光的辐照干扰，严重的情况下则导致探测器内部结构损坏以及材料的永久性损伤致使探测器功能性损坏。所以激光对探测器的硬损伤一直都是研究的热点课题，而探测器的损伤判别方法和损伤阈值的确定则是深入研究损伤机理的关键。近几年来，激光对探测器的损伤判别法在不断改进，也出现了新的判别方法，这使得判别结果的准确性和可靠性都得到了提高。本文主要对强激光损伤探测器的判别方法重新进行了总结，介绍了各判别方法的作用机理及发展趋势，为探测器损伤机理的研究打下了良好基础，同时也为探测器的防护以及激光对探测器的故意损坏提供了理论依据和研究方法。
系统与设计
长焦红外相机的减振系统设计
张洪伟, 徐钰蕾, 谭淞年, 李全超
2016, 38(8): 643-647.
摘要 PDF免费下载(14)
摘要:
为了减小振动对长焦红外相机成像质量的影响，设计了一套新型减振系统。针对传统减振系统的不足，提出了一种新型减振系统，可以很好地将外框架传递到内框架上的振动隔离掉，通过 Matlab采用参数优化算法得到新型减振系统的最优阻尼比ζopt 为0.6532。为了检测新型数减振系统的减振效果，对长焦红外相机进行了有限元分析与试验验证。结果表明，新型减振系统在5～2000 Hz 频带 Z向的减振效果高达94.67%，因此可适应宽频带、大幅值随机振动的工作环境，保证了设备的正常工作，提高了成像质量。
机载红外系统主反射镜的拓扑优化设计
李蕾, 张葆, 李全超
2016, 38(8): 648-652.
摘要 PDF免费下载(14)
摘要:
反射镜轻量化设计一直是光机结构设计领域的一项挑战性课题。针对某机载红外光学系统的主反射镜，提出了一种基于 SIMP 拓扑优化方法的反射镜轻量化设计流程，建立了反射镜拓扑优化的数学模型，以最小化镜体自重和抛光载荷作用下的镜面矢高位移 RMS 值为优化目标，同时考虑对称约束和拔模约束，对反射镜进行了拓扑优化设计。根据拓扑优化结果设计了新的反射镜轻量化结构，并将其与传统结构进行了对比。采用拓扑优化方法设计的反射镜具有更高的轻量化率，同时能够获得较高的面形精度。
头盔式单目低照度 CMOS 夜视仪结构设计与分析
任桃桃, 邱亚峰
2016, 38(8): 653-658,677.
摘要 PDF免费下载(21)
摘要:
结合头盔式单目低照度 CMOS 夜视仪的技术要求，设计了物镜系统以及目镜系统结构。根据元器件的形状大小，在满足强度要求的前提下，通过 SolidWorks 软件设计优化了夜视仪的主壳体结构；然后将主壳体三维模型导入 ANSYS 软件进行有限元分析，根据主壳体的材料性能计算了其在极限温度条件下的热应力应变，应力均小于材料的屈服强度，应变在误差范围之内。最后对低照度CMOS 夜视仪进行了总体结构设计。
低温下(-213℃)补偿机构的设计
李冬冬, 胡明勇, 吴海燕, 赵金标
2016, 38(8): 659-665.
摘要 PDF免费下载(14)
摘要:
为了满足光学平台在低温下（－213℃）的光学设计稳定性要求，本文设计了一种温度补偿结构，基于材料热膨胀系数随温度变化的原理对该结构进行了理论计算和实验验证。该结构通过控制螺栓的预紧力保证连接件可靠，并使殷钢板在低温下处于自由伸缩状态；并利用在低温下因瓦合金变形极小补偿不锈钢变形带来的误差。其光学系统的在低温下的指标 RMS≤l/10，l＝632.8 nm。理论表明，在低温下因瓦合金的最大变形量为0.24884 mm，不锈钢的最大变形量为2.910 mm；实验结果表明：在常温和低温下用干涉仪测得的光学系统的面形精度分别为 RMS＝l/13、RMS＝l/12，l＝632.8 nm。在低温下能较好满足光学设计稳定性要求。
红外浸没探测器有效通光口径计算
徐枝锦, 朱蓓蓓, 潘婷婷, 曹新平
2016, 38(8): 666-669.
摘要 PDF免费下载(10)
摘要:
给出了浸没探测器的有效通光口径计算式，包括透镜折射率 n1小于等于浸没介质折射率 n2（n1≤n2）和透镜折射率 n1大于浸没介质折射率 n2（n1＞n2）两种情形。
图像处理与仿真
基于改进型 LOG 算子的图像增强方法在 InGaAs 宽光谱红外器件中的应用
葛朋, 李龙, 潘治云, 史衍丽
2016, 38(8): 670-677.
摘要 PDF免费下载(11)
摘要:
传统的 LOG（高斯-拉普拉斯）算子，由于高斯函数关于中心对称，故它具有各向同性的特点，不能对不同方向的边缘进行有效地检测。基于此，建立并推导了一种改进型的 LOG 算子，引入了尺度参量和角度参量，改进后的 LOG 算子是各向异性的，能对不同方向的边缘更有效地检测，从而能更好地增强图像中目标细节。将这种改进后的 LOG 算子用在 InGaAs 宽光谱红外器件上，对其所成图像进行图像增强，经过在 MATLAB 里对于同一幅图像进行比较试验，结果表明相比于传统的高斯-拉普拉斯算子，改进型 LOG 算子检测到的图像边缘更多，同时对噪声的抑制效果更好，图像细节增强效果更好。
潜艇热尾流的浮升扩散规律及海表温度特性
张旭升, 郭亮, 胡日查, 常雯娟
2016, 38(8): 678-682.
摘要 PDF免费下载(14)
摘要:
选取1/72龙鲨Ⅱ号核潜艇为研究对象，采用有限体积法建立外流域的三维计算模型，运用动参考系实现尾部螺旋桨高速旋转的仿真。基于该模型，评估下潜深度、航行速度、热尾流喷速、热尾流温度等因素对热尾流浮升扩散规律及海表温度特性的影响。研究表明：1）随着下潜深度和航行速度的增大，海表温度特性的后向延迟距离增大、海表温差减小；2）随着热尾流喷速和热尾流温度的增大，海表温度特性的后向延迟距离减小、海表温差增大；3）增大高温热尾流热容量或减小低温海水热容量均能促使海表温度特性趋于明显。本文结论可为某型号潜艇的红外探测与反演定位提供针对性的参考与借鉴。
基于 SE-Workbench-IR 的红外图像仿真
李冰, 苏娟, 郝媛媛
2016, 38(8): 683-687.
摘要 PDF免费下载(31)
摘要:
可见光图像仿真生成红外基准图，对提高红外成像制导武器命中精度具有重要意义。针对实地获取红外基准图成本高、难度大的问题，借助 SE-Workbench-IR 平台，实现了由可见光图像到红外基准图的仿真。首先通过 Photoshop 软件对图像进行分层，并在 SE-CLASSIFICATION 模块对各图层的地物分别赋予对应的材质，实现纹理分类；之后，在红外可视化面板设定生成红外图像的环境参数，运行软件获得红外仿真图像。仿真之后，用红外仿真基准图进行模板匹配，并通过匹配误差、均方根误差和交叉熵来评价仿真效果。实验结果证明：指定背景环境下的红外成像仿真的效果很好。
基于小波分析的双色红外弱小目标检测算法
史晓刚, 白晓东, 李丽娟, 徐振亚, 韩宇萌, 刘佳鑫
2016, 38(8): 688-692.
摘要 PDF免费下载(11)
摘要:
针对单波段红外弱小目标检测难度大、信息量少的问题，提出一种基于小波分析的双色红外弱小目标检测算法。首先运用小波滤波器对双色图像进行一级分解，然后提出一种软、硬阈值折衷法对高频小波系数进行处理，低于阈值的系数将被直接归零以抑制背景；通过采用一定的策略对双波段高频图像进行融合并将低频系数归零后，运用小波反变换得到滤波图像，最终采用多帧累积检测完成弱小目标的检测。实验证明本文算法能有效提升目标信噪比，具有良好的弱小目标检测能力和实时性。
一种超大视场中红外弱小运动目标的快速检测方法
张帅, 刘秉琦, 李勇, 黄富瑜, 陈玉丹, 余皓
2016, 38(8): 693-698.
摘要 PDF免费下载(13)
摘要:
超大视场红外凝视成像系统具有视场大、被动探测、凝视探测等独特优势，但当系统用于弱小目标检测时，由于背景复杂、噪声干扰、目标信息少等问题，检测的准确性和效率往往不高。本文通过采用超大视场中空时域融合处理的思想，提出了一种基于最大化背景模型进行背景抑制的改进方法。该方法首先通过图像预处理、多帧差分选取研究区域；然后通过改进的背景预测模型检测疑似目标点；最后，利用邻域相关准则判定真实目标。通过实验证明：该方法将原方法中的目标信噪比提高了5倍以上，灰度值提高了10倍以上，而且保留了更多的目标信息。同时目标检测时间减少了50%以上，提高了检测准确性和检测效率。
基于稀疏表示分步重构算法的高光谱目标检测
廖佳俊, 刘志刚, 姜江军, 路志勇
2016, 38(8): 699-704.
摘要 PDF免费下载(10)
摘要:
针对传统稀疏表示重构算法在高光谱目标检测中表现出运算速度慢的问题，提出了分步重构算法（Two Steps Reconstruction，TSR）。该方法先求得 K 个与待测像元最相似的字典原子，然后用这些原子线性表示待测像元以求解稀疏向量，舍弃了传统重构算法的迭代求解的方式，直接通过求解逆矩阵，简化了运算过程，使运算速度大幅提高。本文给出了方法的具体过程并将其与传统方法及其改进方法进行比较。实验结果表明，TSR 在保证检测精度不下降的同时能够大幅提升运算速度。
基于纹理特征的 SIFT 算法改进
白亚茜, 刘著平, 凌建国
2016, 38(8): 705-708.
摘要 PDF免费下载(10)
摘要:
针对 SIFT（Scale Invariant Feature Transform）算法中使用固定对比度阈值提出了改进方法。当红外图像纹理特征不明显时，算法所能提取的特征点数量会大量减少，影响后续利用特征点进行如图像匹配、目标识别等处理。而人工改变对比度阈值具有局限性，不适用于很多场合。因此提出了一种基于纹理特征的自适应对比度阈值的 SIFT 算法。所使用的纹理特征提取方法是灰度共生矩阵，鉴于灰度共生矩阵并不能直接应用的特点，因此提取了特征参数。在图像纹理的特征参数如角二阶矩较大时，调低对比度阈值，使得特征点数量得以提高。此算法经验证表明能够在图像纹理特征不明显的情况下依然提取出大量的 SIFT 特征点。
一种用于森林红外图像动物边缘检测算法
胡刚毅, 秦明明, 荣剑
2016, 38(8): 709-713.
摘要 PDF免费下载(12)
摘要:
文中提出了一种基于遗传算法并考虑空域距离关系来设计细胞神经网络模板参数并实现森林红外图像动物边缘检测的算法。仿真结果表明，该算法与其他的森林红外图像边缘检测算法相比，能很好地抑制噪声对边缘检测的干扰，保留边缘信息，同时能较好地检测出红外图像动物的边缘，检测精度高，具有良好的应用前景。
微光技术
提高微通道板对低能电子探测效率的技术途径
杨露萍, 刘术林, 黄明举, 赵天池, 闫保军, 温凯乐, 杨玉真, 司曙光, 黄国瑞, 衡月昆, 钱森, WANG Yifang
2016, 38(8): 714-718.
摘要 PDF免费下载(20)
摘要:
为了提高静电聚焦型微通道板光电倍增管探测效率，重点研究微通道板的探测效率。分析影响微通道板对电子探测效率大小的主要因素，利用微通道板探测效率的理论模型，考虑在垂直入射到输入面的情况下，模拟计算出不同能量（Ee＜1 keV）的入射电子打入非开口区对探测效率的贡献，结合开口区域的探测效率，即获得微通道板总的探测效率，并把模拟计算结果与实际测量相比较，两者基本一致；通过在微通道板的输入端面和通道内壁蒸镀高二次电子发射系数的材料、改变电极蒸镀方式和增加开口面积比，获得接近100%的探测效率，进而有效地提高了这种光电倍增管的探测效率。
昆明物理研究所2016年研究生招生简章
2016, 38(8): 719-719.
摘要 PDF免费下载(7)
摘要:
昆明物理研究所始建于1958年，是国内最早从事红外科学与技术研究的高新技术研究所之一，隶属于中国兵器工业集团公司。所区本部占地156亩，位于昆明市五华区，光电子产业基地占地250亩，位于昆明市经济技术开发区，两区建筑面积12万平方米，资产总额10亿余元。现有在职员工千余人，围绕红外热成像技术的发展，主要研究开发与生产领域包括红外探测器材料、红外探测器、杜瓦瓶、微型制冷、红外特种加工工艺、电子信号处理、光学系统、热成像系统以及相关的红外测试与检测技术。

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