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2021年  第43卷  第2期

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综述与评论
金掺杂碲镉汞红外探测材料及器件技术
宋林伟, 孔金丞, 李东升, 李雄军, 吴军, 秦强, 李立华, 赵鹏
2021, 43(2): 97-103.
摘要 HTML阅读量 (146) PDF免费下载(168)
摘要:
采用金掺杂替代作为深能级缺陷中心的汞空位，可明显提高P型碲镉汞材料少子寿命，进而降低以金掺杂P型材料为吸收层n-on-p型碲镉汞器件的暗电流，明显提升了n-on-p型碲镉汞器件性能，是目前高灵敏度、高分辨率等高性能n-on-p型长波/甚长波以及高工作温度中波碲镉汞器件研制的一种技术路线选择。本文在分析评述金掺杂碲镉汞材料现有研究技术要点的基础上，结合昆明物理研究所目前的研究成果，总结了碲镉汞金掺杂相关工艺技术，重点分析了金掺杂对碲镉汞器件性能的影响。
基于MEMS工艺的微型制冷器
童欣, 陈晓屏, 李家鹏, 夏明, 槐阳, 陈俊元
2021, 43(2): 104-109.
摘要 HTML阅读量 (78) PDF免费下载(85)
摘要:
微机电系统MEMS（micro-electro-mechanical system）是一种集合了微电子与机械工程技术的新型高科技装置，其制造工艺可以进行最小至纳米尺度的加工以及高度集成化的微型制造。其产品微小体积、高度集成化以及高性能高产热的特性也决定了其需要匹配相应的制冷解决方案，本文重点阐述了基于MEMS制造工艺并同时应用于MEMS产品的微型制冷器的工作原理、性能及发展趋势。分别分析了微型半导体制冷器以及微型节流制冷器各自的优势和不足，对微型制冷器的未来发展提出了建议。
系统与设计
红外稳定平台装调误差对视线角速度的影响分析
陈争, 付奎生, 丁海山
2021, 43(2): 110-115.
摘要 HTML阅读量 (89) PDF免费下载(48)
摘要:
框架式稳定平台中的装调误差影响视线角速度的测量精度。给出了框架轴系偏差的数学描述，在此基础上研究了轴系偏差和陀螺敏感轴交叉耦合情况下三自由度框架式红外稳定平台对视线角速度的计算方法。并比较了这两类装调误差对视线角速度测量精度影响的大小。仿真结果表明，通过对装调误差补偿，视线角速度的测量精度可显著改善。所得结果对新型框架式稳定平台系统的误差指标分配具有重要的参考价值。
一种基于小惯量红外稳定平台的复合电流控制方法
熊辉, 林宇, 张雁伟, 李锐华, 舒骏逸, 阎歆婕, 冯建伟
2021, 43(2): 116-126.
摘要 HTML阅读量 (41) PDF免费下载(30)
摘要:
小型化和高动态是红外成像稳定平台技术的发展趋势。由于转动惯量小，传统的PI型电流环控制难以克服反电动势的斜坡干扰，将降低小惯量红外稳定平台的动态响应。同时，高动态的小惯量红外稳定平台技术另一难点是平衡动态性和抗扰性能。为解决上述问题，本文提出一种基于无差拍预测控制和扩张状态观测的复合电流控制方法，有效提高了小转动惯量红外稳定平台的动态响应能力和抗干扰能力。仿真和实验结果表明，该复合电流控制方法将小惯量红外稳定平台电流环的调节时间缩短1/3，对速度响应的动态性能和抗干扰性能都有明显改善作用，而且具有很好的鲁棒性能。
基于日盲紫外像增强器的大孔径透射式紫外光学系统设计
王淼鑫, 程宏昌, 李进波
2021, 43(2): 127-130.
摘要 HTML阅读量 (91) PDF免费下载(57)
摘要:
以微光夜视技术重点实验室研制的AlGaN光阴极日盲紫外像增强器为基础，设计了一款匹配于日盲紫外像增强器的紫外光学系统，以提升探测器的探测性能。光学系统的工作波段在240~280 nm，视场角40°，相对孔径为1/2.5。系统由5块标准球面镜组成，光学系统总长50.74 mm；光学传递函数在空间频率为40 lp/mm时，轴上不小于0.8，轴外不小于0.6；成像质量良好，结构紧凑，满足设计要求。
基于可见-近红外光谱的路面状况识别的研究
熊显名, 张乾坤, 秦祖军
2021, 43(2): 131-137.
摘要 HTML阅读量 (179) PDF免费下载(89)
摘要:
光谱技术在公路状态识别（是否结冰、积水或积雪）方面有着积极的应用前景，但太阳光作为光源识别公路状态的研究较少。分别采用阳光和卤钨灯作为白天和夜间的实验光源，通过微型光谱仪数据分别得到冰、水、雪和公路本底的可见-近红外波段的光谱曲线。白天时，结冰和积水状态在不同光照情况下会出现“异物类谱”现象，根据阳光光照特性，本文提出将“环境变量”作为特征值的解决方法，并基于光谱曲线及归一化后的“环境变量”特征值，将光谱数据组合成新的数据波形，基于Dropout与Adam优化器的神经网络模型对数据进行训练和识别，最终识别率为99.375%。夜间，由于各类样本光谱区域差异明显，采用“组合-阈值”法识别。实验证明通过两种光源结合的识别方法，能够有效识别路面状态。
制导与对抗
矩量法计算烟幕粒子的红外消光特性
刘清海, 蒋云, 彭文联, 张彤, 代晓东
2021, 43(2): 138-144.
摘要 HTML阅读量 (128) PDF免费下载(35)
摘要:
基于矩量法建立了旋转体烟幕粒子的红外消光模型，对圆片、等效球体和等效柱体等形状的石墨粒子进行了消光性能计算，研究了形状、尺寸、厚度等参数对粒子红外消光能力的影响。计算结果表明，小尺寸粒子以吸收消光为主，大尺寸粒子以散射消光为主；圆片形状的粒子具有最佳的红外消光能力，厚度变小时，圆片粒子对红外的消光能力显著升高；半径在1.5~2.1 μm范围内时，100 nm厚度的圆片对1~10 μm范围的红外消光系数均大于5.0 m2/g，在整个红外波段范围内都表现出良好的消光性能。
图像处理与仿真
基于约束非均匀形变特征的小尺度火焰识别方法研究
王向军, 杜志伟, 高超
2021, 43(2): 145-152.
摘要 HTML阅读量 (120) PDF免费下载(32)
摘要:
基于视觉的火焰检测是一种灵活、低成本的火焰检测方式，但现阶段常用的火焰特征不能对火焰和干扰物进行有效的区分，有较大的误警率。本文基于目标轮廓的时序行为特征，将火焰的闪烁描述为一种有约束的非均匀形变过程，结合隐马尔可夫模型和传统几何特征对火焰和干扰物进行更准确地区分。实验表明，通过引入补充的火焰特征显著提高了火焰检测的准确率，有效减少了复杂环境下干扰物引起的虚警。
基于支持向量机的长波红外目标分类识别算法
王周春, 崔文楠, 张涛
2021, 43(2): 153-161.
摘要 HTML阅读量 (56) PDF免费下载(60)
摘要:
红外图像的分辨率低和色彩单一，但由于红外设备的全天候工作特点，因而在某些场景具有重要作用。本文采用一种基于支持向量机（support vector machine, SVM）的长波红外目标图像分类识别的算法，在一幅图像中，将算法提取的边缘特征和纹理特征作为目标的识别特征，输入到支持向量机，最后输出目标的类别。在实验中，设计方向梯度直方图+灰度共生矩阵+支持向量机的组合算法模型，采集8种人物目标场景图像进行训练和测试，实验结果显示：相同或者不相同人物目标，穿着不同服饰，算法模型的分类识别正确率较高。因此，在安防监控、工业检测、军事目标识别等运用领域，此组合算法模型可以满足需要，在红外目标识别领域具有一定的优越性。
马氏距离与引导滤波加权的红外与可见光图像融合
刘佳, 李登峰
2021, 43(2): 162-169.
摘要 HTML阅读量 (125) PDF免费下载(44)
摘要:
为使红外与可见光融合图像获得更好的分辨率和清晰度，提出基于非下采样轮廓波变换（non-subsampled contourlet transform, NSCT）的马氏距离加权拉普拉斯能量和与引导滤波改进（frequency tuned, FT）结合的红外与可见光图像融合算法。首先，对可见光图像进行对比度受限的自适应直方图均衡（contrast limited adaptive histogram equalization, CLAHE），并将红外图像与CLAHE处理后可见光图像进行NSCT变换，分解为低频和高频; 其次，对FT算法使用引导滤波进行改进，利用改进的FT算法提取红外图像显著性图自适应加权融合低频图像，对高频图像使用基于马氏距离加权的拉普拉斯能量和取大融合; 最后，对融合的低频和高频图像进行NSCT逆变换获得融合图像。实验结果表明，该融合方法相较其他传统融合方法，在主观视觉上和客观指标上都有较好的表现。
基于改进Faster R-CNN的红外舰船目标检测算法
顾佼佼, 李炳臻, 刘克, 姜文志
2021, 43(2): 170-178.
摘要 HTML阅读量 (247) PDF免费下载(120)
摘要:
针对Faster R-CNN算法中对于红外舰船目标特征提取不充分、容易出现重复检测的问题，提出了一种基于改进Faster R-CNN的红外舰船目标检测算法。首先通过在主干网络VGG-16中依次引出三段卷积后的3个特征图，将其进行特征拼接形成多尺度特征图，得到具有更丰富语义信息的特征向量；其次基于数据集进行Anchor的改进，重新设置Anchor boxes的个数与尺寸；最后优化改进后Faster R-CNN的损失函数，提高检测算法的整体性能。通过对测试数据集进行分析实验，结果表明改进后的检测算法平均精确度达到83.98%，较之于原Faster R-CNN，精确度提升了3.95%。
测量技术
非平表面的红外热像测温修正方法研究
付万超, 范春利, 杨立
2021, 43(2): 179-185.
摘要 HTML阅读量 (37) PDF免费下载(44)
摘要:
利用红外热像仪测温需先设定被测表面的法向发射率，该发射率通常为定值。而当热像仪处于被测点的天顶角大于50°的位置范围时，由于被测点定向发射率的变化，必造成这些点的测温误差。对于非平表面，这样的点大量存在。因此，必须对其测温结果进行修正。本文针对使用单目红外热像仪测量非平表面温度时由于各点定向发射率的变化引起的测量误差进行研究，并依据物体表面定量发射率的变化规律，给出了测量点的温度修正系数。同时，通过点云三维建模，利用热像仪的几何成像原理推导出红外热像图与实际被测表面中点与点的对应关系，给出了通过红外热像仪测量非平表面的温度分布的误差修正方法。实验证明了该方法的有效性。
红外应用
超声红外热成像技术在航空发动机叶片裂纹的对比研究
习小文, 苏清风, 袁雅妮, 江海军, 陈力, 魏益兵
2021, 43(2): 186-191.
摘要 HTML阅读量 (138) PDF免费下载(56)
摘要:
由于航空发动机叶片具有复杂的曲面结构，对服役过程中形成的微小裂纹检测带来了困难，文中采用超声红外热成像技术对航空发动机叶片裂纹实施检测，开展了超声红外热成像技术研究，搭建了超声红外热成像实验平台，并对实际服役过程中产生裂纹的航空发动机工作叶片进行检测。超声红外热成像结果与渗透检测、金相检测进行了对比；实验结果表明，对于该航空发动机工作叶片，超声红外热成像技术可以检测出2个裂纹缺陷、1个开口缺陷，采用渗透检测仅检测出1个裂纹缺陷，采用金相显微镜检测发现2个裂纹缺陷，宽度分别约为15 μm、0.5 μm，与超声红外热成像检测结果一致。对比结果表明超声红外热成像技术可以有效检测出航空发动机复杂曲面的叶片裂纹缺陷。
基于神经网络校正算法的酒精非接触测量方法
赵雷红, 潘冬宁, 李英杰, 宋源清, 王蕾, 杜丽华
2021, 43(2): 192-197.
摘要 HTML阅读量 (173) PDF免费下载(84)
摘要:
为了解决酒精气体测量过程中其他外界因素对测量浓度影响的问题，本文结合酒精气体在红外谱段吸收的特性以及BP神经网络算法的非线性处理方法提出了一种基于神经网络校正算法的酒精气体非接触测量方法。该算法考虑气体吸收过程中温度、湿度对光强的影响，把其作为神经网络的输入和测量参数一起进行训练，同时与常规的数据拟合模型算法进行对比实验，实验证明该算法取得了较好的效果。

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