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2020年 第8期

微光与紫外
铝镓氮光电阴极日盲紫外像增强器辐射增益研究
程宏昌, 石峰, 姚泽, 闫磊, 杨书宁
2020, 42(8): 709-714.
摘要:
铝镓氮光电阴极日盲紫外像增强器以日盲特性优、探测灵敏度高等特点,已被广泛应用于日盲紫外探测系统中,辐射增益是表征其增强功能的重要指标之一.本文针对铝镓氮光电阴极日盲紫外像增强器辐射增益数学模型及测试方法缺乏问题,采用在微光像增强器亮度增益数学模型基础上,对光电阴极引入入射辐射照度,对荧光屏引入视见函数这两个量值,推导出了有效直径为φ18 mm的双近贴聚焦铝镓氮光电阴极紫外像增强器辐射增益(λ=254 nm)的数学模型,采用实验室标准设备对数学模型中光电阴极量子效率、微通道板电流增益、荧光屏发光效率等参数进行了有效测量,将诸参数的测量值带入了辐射增益数学表达式中,计算出了10支铝镓氮光电阴极日盲紫外像增强器样品的辐射增益理论值;同时改造完成了一套紫外像增强器辐射增益测试系统,利用该系统测试了上述10支样品的辐射增益,并对数学理论值与实际测量值进行比较,两者偏差在10%之内,验证了数学模型和测试系统的正确性.本文研究的辐射增益数学模型可指导高辐射增益紫外像增强器技术相关研究.
基于泊松分布的日盲紫外电晕检测
闵超波, 顾燕, 杨锋
2020, 42(8): 715-721.
摘要:
针对日盲紫外电晕探测噪声大、信号微弱等特点,本文提出了一种利用泊松分布的日盲紫外电晕检测方法.为了表征紫外电晕信号的时空域特性,根据光电探测原理,构建了基于泊松分布的紫外电晕目标检测模型.针对紫外图像序列,首先根据暗噪声统计模型进行有无信号的判断,然后利用所建立的紫外电晕目标检测模型得到紫外图像的泊松概率映射图,最后基于改进的最大类间方差法(Otsu)实现紫外电晕目标检测与提取.本文方法在多组紫外图像序列中进行测试与对比,实验证明该方法可以准确地检测出紫外图像中电晕目标,方法结构简单,检测精度高,且性能鲁棒.
"日盲"紫外微通道板型光电倍增管研究
司曙光, 金睦淳, 王兴超, 黄国瑞, 金真, 徐海洋, 吴凯, 王宁, 黄之遥, 孙建宁, 任玲, 李珅, 石梦瑶, 张昊达, 曹宜起, 侯巍, 顾莹, 赵敏, 叶皓, 汤偲晨
2020, 42(8): 722-728.
摘要:
"日盲"紫外光电倍增管是紫外光通信和核辐射探测的关键器件,具有高辐射灵敏度、高增益、高分辨率、低噪声等特点.因此,紫外光电倍增管一直是国内外真空器件的重要研究领域.本文从结构设计、阴极制备、微通道板和整管封接4方面介绍了北方夜视研制的"日盲"紫外光电倍增管.采用的是MgF2光窗上蒸镀有效面积为φ18 mm的Cs2Te光电阴极,通过增透技术使得250 nm处的辐射灵敏度从22 mA/W提高到26.5 mA/W;利用电子光学仿真得到信号上升时间小于500 ps,TTS优于0.1 ns的结构;采用结构优化和原子沉积技术使得微通道板增益达到5×106;采用玻璃/Cr/Cu/Ag多层金属薄膜热铟封接技术,可将整管铟封合格率提升至97%.
铝镓氮光阴极像增强器极限分辨力影响因素研究
闫磊, 石峰, 单聪, 程宏昌, 郭欣, 刘晖, 罗洋, 张晓辉
2020, 42(8): 729-734.
摘要:
针对铝镓氮光阴极像增强器极限分辨力远小于同结构类型砷化镓光阴极像增强器极限分辨力的问题,基于紫外光激发荧光粉发光的特性,搭建了铝镓氮光阴极的紫外光传输特性评测装置,对铝镓氮光阴极紫外光传输特性进行了测量,并依据非衍射光学系统传函方程推算了铝镓氮光阴极的紫外光学传递函数;依据近贴聚焦系统调制传递函数方程,并基于制备的铝镓氮光阴极像增强器的分辨力测试数据,推导了铝镓氮光阴极像增强器的前近贴聚焦系统调制传递函数方程;通过对比研究铝镓氮光阴极的紫外光调制传递函数方程和铝镓氮光阴极像增强管的前近贴聚焦系统调制传递函数方程对系统传函影响的比例权重,提出紫外光在铝镓氮光阴极内部传输时紫外光散射,以及紫外光激发载流子在铝镓氮激活层中的散射和发射电子散射均是造成铝镓氮光阴极像增强管极限分辨力低的因素,且紫外光激发载流子在铝镓氮激活层中的散射和发射电子散射是最主要的影响因素.
MCP输入增强膜对像增强器主要性能的影响研究
曾进能, 李廷涛, 常乐, 龚燕妮, 赵伟林, 赵恒, 张俊, 褚祝军, 李顺平, 李晓峰
2020, 42(8): 735-741.
摘要:
MCP是一种超快响应的电子倍增器,在像增强器和光电倍增管中有广泛应用.本文首先介绍了MCP输入增强膜原理,之后利用真空镀膜方法在MCP的输入端镀制了一层具有高二次电子发射系数的膜层,并通过面电阻、XPS表征了膜层特性.通过试验,对比测量了镀膜MCP和常规MCP像增强器的信噪比、MCP增益以及像增强器分辨力,测量结果表明,镀膜MCP像增强器的信噪比、MCP增益较常规MCP像增强器的信噪比、MCP增益均有提高,但像增强器分辨力有所下降.常规MCP像增强器的信噪比平均为25.27、MCP增益平均为209.5、像增强器分辨力平均为61 lp/mm,而镀膜MCP像增强器的信噪比平均为29.53、MCP增益平均为450.5、像增强器分辨力平均为54.75 lp/mm.镀膜MCP像增强器信噪比和MCP增益提高的原因是MCP输入端镀膜以后,表面二次电子发射系数提高.另外由于MCP输入端表面二次电子发射系数提高,导致镀膜MCP输入端表面散射电子数量的增加,使得镀膜MCP像增强器分辨力有所下降.
地磁场下微通道板型光电倍增管性能研究
苏德坦, 叶皓, 孙建宁, 司曙光, 黄国瑞, 曹宜起, 钱森, 李珅, 王兴超, 任玲, 马丽双
2020, 42(8): 742-746.
摘要:
通过基于电子学取数的测试系统,在地磁场环境对两种不同聚焦级结构的微通道板型光电倍增管(microchannel plate type photomultiplier tubes,MCP-PMT)进行了各项性能测试,例如单光电子谱、后脉冲、渡越时间涨落、信号上升下降时间、收集效率等.并通过改变光电倍增管与地磁场的相对位置,测得不同角度下MCP-PMT的性能,并且经对比屏蔽磁场条件下与地磁场环境下MCP-PMT的性能,定性分析了地磁场对MCP-PMT的性能影响.
防离子反馈微通道板表面碳污染去除的试验研究
杨晓军, 李丹, 乔凯, 师宏立, 郝子恒, 张妮, 刘峰, 刘旭川
2020, 42(8): 747-751.
摘要:
针对带防离子反馈膜的微通道板(MCP)普遍存在的C污染现象,开展了真空热处理、紫外臭氧辐照及氢气热处理试验,对各个试验结果进行了MCP电性能测试及俄歇电子能谱(AES)研究,着重分析了MCP表面C含量及MCP性能随不同试验方法的变化趋势.试验结果表明,C含量的降低对MCP性能的提升具有显著作用,真空热处理对C的分解作用甚微,紫外臭氧辐照及氢气热处理均可以较为彻底地去除MCP表面C污染,并且氢气热处理对MCP增益性能的提升作用显著,效率最高.
碱腐蚀工艺对微通道板性能的影响研究
张正君, 李婧雯, 牛鹏杰, 丛晓庆, 邱祥彪, 王健
2020, 42(8): 752-757.
摘要:
本文探究了微通道板腐蚀工艺中碱溶液的腐蚀时间对其增益的影响.利用X射线光电子能谱分析仪和原子力显微镜,测试了不同碱腐蚀时间作用后微通道板通道内壁碱金属元素的含量变化情况,以及通道内壁粗糙度变化趋势.结果表明,在不影响微通道板通道内壁粗糙度的情况下,一定程度上减少碱腐蚀时间可以降低微通道板通道内壁的碱金属元素的流失,从而提高通道内部二次电子发射能力,提高微通道板增益.微通道板电性能以及制管后产品增益和噪声性能结果表明,减少碱腐蚀时间,并未增加制管后噪声系数,而通过提高微通道板内表面碱金属的含量,有助于制管增益的提高.
系统与设计
LaF3作低折射率膜料制备Ge基底高性能长波红外增透膜
程海娟, 杨伟声, 蔡毅, 于晓辉, 李汝劼, 王柯, 赵劲松, 王岭雪
2020, 42(8): 758-762.
摘要:
为改善Ge基底红外长波增透膜的耐恶劣环境性,研究了LaF3晶体作为低折射率材料的膜系设计过程和制备工艺.通过优化膜系结构和分段制备LaF3层技术获得了高光学性能的多层增透膜.在8~12μm波段,峰值透过率达到98.3%,双面镀膜平均透过率从48.4%提高到96.2%.力学性能、环境试验结果显示,基于LaF3材料的长波高效增透膜在保持高的光能量透过的同时还可以经受较为恶劣的环境测试.
激光热处理高速升温过程的红外CCD监测方法
莫苏新, 段锦, 吕蒙, 段络天, 祝勇
2020, 42(8): 763-768.
摘要:
激光热处理作为一种材料表面高温处理技术,具有升温速度快、温度范围宽的特点,升温速度可达104℃/s.传统的接触式测温法无法满足快速升温的温度场和升温过程的测量需求,为满足这一需求,本文设计一种非接触式的基于图像处理的红外CCD测量材料表面温度的方法.针对温度测量范围宽的问题,提出了分段测量的方法;针对升温速度快,提出了计算机控制的快速自适应曝光时间算法;为提高测量精度,对温度-灰度曲线进行了严格标定.实验证明该方法是一种低成本、高稳定性、高精度、简单有效的测温方法,本研究为激光热处理中材料表面温度测量提供了切实可行的解决方案.
红外硫系光学玻璃条纹度测量及表征方法研究
胡向平, 徐光以, 麦绿波, 沈义梅, 杨静, 陈振, 李建新
2020, 42(8): 769-774.
摘要:
红外硫系光学玻璃属于不透可见光的玻璃材料,采用GB/T 7962不能进行条纹度测试.本文针对上述材料中条纹度难以检测与表征的问题,提出了基于平行光投影法的测试方法,开发了相应测试设备,并对制备的硫系玻璃样品进行了条纹度、灰度及调制传递函数(MTF)测试,研究了灰度和调制传递函数(MTF)的对应关系,提出了用灰度表征条纹严重程度的方法.结果表明:平行光投影法在近红外波段成像能清晰地检测到样品内部条纹缺陷和分布;中红外调制传递函数(MTF)可定性表征样品中条纹对成像质量的影响;条纹度可定量表征样品内部条纹状况,反映对成像质量的影响.为后续该材料的内部质量判定奠定了技术基础.
图像处理与仿真
基于灰度能量差异性的红外与可见光图像融合
赵立昌, 张宝辉, 吴杰, 吴旭东, 吉莉
2020, 42(8): 775-782.
摘要:
为了获取红外图像中的突出的目标特征,提取可见光图像中重要的细节信息,以及解决传统算法中目标信息不够突出,细节、纹理缺失严重的问题,本文提出了一种基于灰度能量差异性的红外与可见光图像融合方法.首先通过基于灰度能量差异性的显著目标提取算法检测出红外图像中的目标特征;然后采用非下采样轮廓波变换(non-subsampled contourlet transform,NSCT)对红外图像和可见光图像进行高低频的分解;将灰度能量差异图作为融合权重对红外图像和可见光图像的低频部分进行融合,对于高频部分采用加权方差的规则进行融合;最后对融合后的高频系数和低频系数进行NSCT逆变换得到最终的融合图像.本文选取了3组经典的红外与可见光图像进行融合实验,并且通过主观视觉和客观指标两个方面与其他几种方法作比较.实验结果证明了算法在突出目标信息、提高对比度、清晰度和保留纹理细节方面十分有效.
基于JMS-SMC-PHD滤波的检测前跟踪算法
薛秋条, 宁巧娇, 吴孙勇, 蔡如华, 伍雯雯
2020, 42(8): 783-788.
摘要:
针对低信噪比条件下机动目标的检测与跟踪问题,提出跳跃马尔可夫系统下的序贯蒙特卡罗概率假设密度(JMS-SMC-PHD)滤波的检测前跟踪算法.该算法在机动目标数目和模型未知情况下,直接利用红外传感器量测数据,通过在目标状态矢量中增加模型变量并利用马尔可夫模型概率转移矩阵结合序贯蒙特卡罗概率假设密度(SMC-PHD)滤波,实现机动弱小目标的检测前跟踪.仿真结果表明所提方法可以有效地实现目标的检测与跟踪.
基于ConvLSTM双通道编码网络的夜间无人车场景预测
李想, 孙韶媛, 刘训华, 顾立鹏
2020, 42(8): 789-794.
摘要:
为了提高夜间无人车驾驶的决策速度,减少夜间交通事故发生的概率,对无人驾驶场景预测任务进行了研究.提出了基于卷积长短时记忆的双通道编码夜间无人车场景预测网络,利用两个子网络:时间子网络提取红外视频序列的时序特征,空间子网络提取红外图像的空间特征,通过融合网络融合特征,输入到解码网络中,以实现对红外视频的未来帧预测.该网络具有端到端的优点,能够实现输入视频序列,直接输出预测帧的图像,并可以预测多帧图像.实验结果表明,该网络对夜间场景预测较准确,可以预测未来1.2 s后的图像,预测速度快,为0.02 s/帧,达到了实时性要求.
无损检测
涡流脉冲热像技术中基于神经网络的检出/漏检预测研究
孙吉伟, 孙浩, 谢敏, 李泓江, 邓栋栋, 曹涛
2020, 42(8): 795-800.
摘要:
涡流脉冲热像技术是一种新型的无损检测技术,已在金属材料和复合材料的检测领域得到了广泛应用.检出/漏检则是评价被检测对象是否存在裂纹的重要标准,为解决目前检出/漏检研究需要大量实验数据的问题,本文提出了一种基于BP神经网络的检出/漏检预测方法.首先,制作了30组含有不同尺寸疲劳裂纹的金属试件,并完成了15组不同检测条件下的裂纹检测实验.其次,分别绘制了3组检出概率曲线,并完成了不同检测条件对检出概率的影响分析.最后,为实现检出/漏检的可靠性预测,构建了基于BP神经网络的检出/漏检预测模型,并以50组数据为样本进行测试,实现了不同检测条件下不同尺寸裂纹的检出/漏检0误差预测.
基于改进自适应遗传算法和二维最大熵的 超声红外热像缺陷识别
唐长明, 钟剑锋, 钟舜聪, 陈曼, 伏喜斌, 黄学斌
2020, 42(8): 801-808.
摘要:
根据超声红外热像检测图像的特点,为实现图像中缺陷的识别,提出了一种结合改进的自适应遗传算法和二维最大熵的分割方法,以实现准确、快速地分割出目标缺陷区域.该方法首先对超声红外图像进行预处理,得到了去噪后的图像,然后通过二维最大熵算法选取阈值将图像分为目标区域和背景区域,并结合改进的自适应遗传算法,提高分割速度.实验结果表明,该方法可以有效地滤除图像噪声,相比于穷举法和基于简单遗传算法的二维最大熵分割,本算法具有较好的分割速度和分割精度.
基于PCNN分层聚类迭代的故障区域自动提取方法
许晓路, 周文, 周东国, 朱诗沁, 倪辉, 罗传仙
2020, 42(8): 809-814.
摘要:
为了在电力设备红外图像中较好地检测故障区域,提出一种基于分层聚类迭代的红外图像故障区域自动提取方法.在该方法中,首先以脉冲耦合神经网络(Pulse-coupled neural network,PCNN)作为红外图像处理核心模型,通过设置PCNN模型内在参数以及引入聚类机理,使得模型在迭代过程中可将整个图像划分成多个具有相似特性的区域.在此基础上,通过计算各个层点火区域均值以及对均值大小进行排序,然后针对灰度值较高的点火区域,结合边界检测算子并利用相似度评价方式对相邻区域进行合并处理,实现红外图像中热故障区域的有效提取.最后对真实红外图像进行测试并对比现有的一些方法,验证文中方法对热故障区域提取的有效性和适用性.

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《红外技术》编辑部

2021年9月29日