金属氧化物（metal oxide，MO）因其具有易于制备、高稳定性、对载流子的选择性传输等优点，被广泛应用于光电探测领域。MO材料具有较强的光吸收，但表面效应和缺陷态等问题导致了MO光电探测器响应速度低和暗电流较大的问题。异质结中的内建电场可以有效促进光生电子-空穴对的分离，从而提升器件响应速度和降低器件暗电流。因此，构建金属氧化物异质结光电探测器（heterojunction photodetectors，HPDs），对于MO在光电子领域的进一步应用具有重要的意义。本文先介绍了MO的界面性质，然后围绕PN、PIN和同型异质结3种结构，对金属氧化物HPDs的工作机制进行了阐述。接着对响应波段在紫外-可见-近红外光区的、具有不同结构的MO/MO和MO/Si HPDs的性能参数进行了分析和比较，并讨论了金属氧化物HPDs的性能优化方法，最后对金属氧化物HPDs的发展进行了展望。

为了进一步提高红外变焦光学系统的性能，兼顾其空间分辨率和灵敏度的要求，基于可变冷光阑技术的制冷型变F数红外探测器需求迫切。相较于传统的红外变焦光学系统，变F数红外变焦光学系统可在大视场和小视场切换时保持分辨率和灵敏度的平衡，提高光学系统的孔径利用率，进而缩小光学系统的径向尺寸，有利于红外光学系统成像质量的提升和小型化设计。本文对变F数与变焦之间的关系进行研究，概述了国内外在可变冷光阑红外探测器技术领域的研究进展，并对主流技术路线的关键技术难点进行了分析。

随着现代化高精尖的新型武器设备在军事领域中的运用，目标探测与监视系统迅速发展，对于伪装材料的进一步深化研究具有重要意义。本文对伪装与隐身纺织材料的研究现状进行了梳理，介绍了伪装隐身材料的应用机理，重点关注了应用最广泛的红外伪装材料与纺织技术的结合，概述了仿生伪装纺织材料的新研究，对新型动态变化伪装纺织品进行了总结，并对伪装纺织品的新型检测技术与制备技术进行了归纳。最后，对未来伪装纺织材料的发展趋势做出了预测分析。

扫描式微透镜阵列系统通过微动扫描成像，能够有效解决小行程与大视场之间的矛盾。扫描式微透镜阵列一般采用开普勒式望远结构，通过镜片横向相对位移实现视场扫描。本文提出了一种基于开普勒式望远结构的四片式微透镜阵列，探究了微透镜阵列的角放大率对于3~5 μm波段的扫描式微透镜阵列系统的影响。当角放大率小于1时，经过串扰产生的杂散光较多，系统的能量利用率上限受到限制，导致衍射极限受到限制。角放大率越大，能量利用率上限越高，当角放大率从0.67^×改变为0.83^×，能量利用率可以从43%提升到69%。当角放大率大于1时，系统的能量利用率不再受到结构限制，在抑制串扰的条件下，优化得到角放大率为1.5^×的结构。对其像质进行评价，各扫描视场RMS半径达到探测器像元尺寸，MTF达到0.6@17 lp/mm。角放大率作为表征微透镜阵列结构特点的参数，与系统能量利用率相关，从而影响像质，因此对于角放大率的分析与研究可为扫描式微透镜阵列系统的设计与实现提供依据。

某型高精度一体式星敏感器指向精度高，对温度变化非常敏感。其所处近地轨道外热流复杂多变，一体式结构和内热源集中的综合因素不仅导致散热设计困难，而且镜头直接受到内热源发热影响难以保障指向精度。首先，结合轨道参数，安装布局获得星敏感器平均吸收外热流。然后，通过分析外热流与内热源工作情况，采用被动热控和主动热控相结合的热设计方法，并对星敏感器散热面的位置与大小进行设计与计算。最后，根据轨道环境和热控措施并利用热仿真软件进行热分析验证。仿真结果表明，安装法兰温度为19.82℃~20.10℃，镜头轴向温差小于2.23℃，周向温差小于0.48℃，电路盒温度为19.10℃~23.49℃，满足热控指标。通过合理的热控设计保证了极高精度星敏感器的稳定工作条件，星敏感器的热设计合理有效。

为避免视场遮挡，光电云台通常置于升降式桅杆顶端，桅杆的结构刚度将直接影响云台伺服系统的刚度，继而影响云台动态性能。实际使用时发现，由于桅杆刚度不足导致云台在方位向转动过程中极易发生共振，引起云台工作不稳定。针对该问题文中先后引入巴特沃斯低通滤波器、陷波滤波器和线性自抗扰控制方式对升降式光电云台共振现象进行抑制，通过对比三种方式的优缺点发现采用线性自抗扰控制方式具有响应速度快、共振抑制效果好、鲁棒性好的优点，适宜应用于升降式光电云台控制系统。

为了探究Al-Sr10具有低光泽属性的本质，对该材料进行X射线衍射、X射线能量色散谱、面扫元素分析、8~14 μm红外发射率、光泽度及400~760 nm可见光反射率测试。并采用高能球磨法制备该颜填料，通过扫描电子显微镜等手段探究Al-Sr10颜填料的组分、形态和光学性能随球磨时间的变化。结果表明，Al-Sr10表面易氧化形成灰黑色氧化锶，以及固溶体中的锶元素产生等离激元效应共同作用导致材料消光；Al-Sr10颜填料的物相不会随球磨时间变化，在一定时间内，材料的片状化程度、发射率和光泽度性能随时间的延长得到改善，其中球磨15 h后的颜填料其片状化程度高，发射率低至0.123，光泽度低至3.8。

异源图像配准中，由于图像的成像机理差异，图像像素强度关联和旋转畸变是不可避免的两大问题，针对图像像素强度关联问题，提出了基于辐射不变特征变换（radiation-variation insensitive feature transform，RIFT）的图像配准算法，对图像间像素关联差异小的图像对配准有良好的精度，但对旋转畸变图像会产生较多错误匹配。对于旋转畸变问题，传统的ORB（oriented fast and rotated brief）算法，对旋转图像的配准有一定的稳定性，但对于强度变化不明显的图像对，特征点检测质量较低，配准精度不理想。因此本文将相位一致性（phase consistency，PC）融合进ORB算法，利用相位信息代替传统的图像强度信息，再构造旋转不变性BRIEF特征描述子，对图像像素强度变化和旋转畸变均具有鲁棒性。用图像像素强度关联不明显的红外图像和可见光图像进行配准实验，本文算法针对不同旋转幅度的图像的配准精度较高，RMSE稳定在1.7~2.1，优于RIFT算法，在特征点检测数量、配准精度和效率等性能上均有良好性能。

现有的红外图像超分辨率重建方法主要依赖实验数据进行设计，但在面对真实环境中的复杂退化情况时，它们往往无法稳定地表现。针对这一挑战，本文提出了一种基于深度学习的新颖方法，专门针对真实场景下的红外图像超分辨率重建，构建了一个模拟真实场景下红外图像退化的模型，并提出了一个融合通道注意力与密集连接的网络结构。该结构旨在增强特征提取和图像重建能力，从而有效地提升真实场景下低分辨率红外图像的空间分辨率。通过一系列消融实验和与现有超分辨率方法的对比实验，本文方法展现了其在真实场景下红外图像处理中的有效性和优越性。实验结果显示，本文方法能够生成更锐利的边缘，并有效地消除噪声和模糊，从而显著提高图像的视觉质量。

SF6气体红外成像易受环境噪声影响，呈低对比度与低信噪比特性。导致现有算法无法自适应增强SF6泄漏区域和抑制高斯噪声。针对上述问题，提出一种基于改进HE的SF6泄漏区域增强算法。该算法首先采用单尺度Retinex处理原始SF6图像获得反射图像，然后利用引导滤波将反射图像分解为细节层和基本层，最后采用改进的直方图均衡化来自适应处理基本层，并将增强后的图像进行融合来获得最终的图像。实验结果表明：本文算法不仅能够自适应增强泄漏区域的对比度，而且具有良好边缘保持特性和抑制高斯噪声的性能。其增强效果优于现有的SF6红外图像增强算法。有效改善了SF6红外图像低对比度和低信噪比特性。

针对红外和可见光目标检测方法存在的不足，将深度学习技术与多源目标检测相结合，提出了一种基于自适应注意力机制的目标检测方法。该方法首先以深度可分离卷积为核心构建双源特征提取结构，分别提取红外和可见光目标特征。其次，为充分互补目标多模态信息，设计了自适应注意力机制，以数据驱动的方式加权融合红外和可见光特征，保证特征充分融合的同时降低噪声干扰。最后，针对多尺度目标检测，将自适应注意力机制结合多尺度参数来提取并融合目标全局和局部特征，提升尺度不变性。通过实验表明，所提方法相较于同类型目标检测算法能够准确高效地在复杂场景下实现目标识别和定位，并且在实际变电站设备检测中，该方法也体现出更高的泛化性和鲁棒性，可以有效辅助机器人完成目标检测任务。

为了能在动态范围压缩的同时增强红外图像的对比度，提出了一种基于Sobel梯度直方图均衡算法（gradient histogram equalization，GHE）。与以往的直方图均衡化（histogram equalization，HE）方法不同，该方法自适应地为图像强梯度的灰阶分配高对比度，保留并增强16 bit图像中更多的细节。随后使用双Gamma映射对映射曲线进行调整，有效地抑制图像亮部的过曝现象，同时提高暗部的细节。该方法相比于传统的直方图均衡化算法在暗区细节处理、过曝抑制、对比度增强等方面都有较好的效果。

微通道板（MCP）是超二代、三代微光像增强器中的核心元件之一，其空间分辨能力对于微光像增强器分辨力、传函、光晕（Halo）等性能有重要的影响。基于最先进的超二代和三代像增强器所采用MCP的新技术发展，整理国内外已经开展的研究成果报道，从像增强器成像过程中与MCP直接相关的光电子入射至MCP输入面、MCP电子倍增、倍增电子图像输出3个阶段进行系统梳理分析，明确先进像增强器对于微通道板高空间分辨的具体性能需求。提出国产MCP的发展方向展望：未来几年研制孔径5 μm、开口面积比70%左右、输出电极优化的MCP并批量应用；应用于超二代像增强器的MCP需要开展小孔径扩口以及电子减速膜等新技术研究，使MCP开口面积比达到90%以上、像增强器传函与对比度性能显著提升；应用于三代像增强器的MCP需要开展低放气、低离子反馈MCP研究以支撑无膜三代像增强器的研发，抑制Halo、提高信噪比，在实现无膜MCP的基础上，扩口技术、输入增强膜层技术、电子减速膜等MCP技术均有应用于三代像增强器中的潜力。

芯片级节流制冷器（简称MMR）是一种采用微加工工艺制成的新型节流制冷器，其轴向尺寸大幅短于传统节流制冷器，能够显著降低与之适配的红外探测器体积。为研究MMR的工作特性，建立了适用于高压力工况下气体物性沿流动方向显著变化的微槽道流动计算模型，该模型与实验验证结果符合良好。进一步在流动模型的基础上增加了微槽道换热、制冷器槽道分布和外形尺寸计算。根据计算模型制造了MMR样机并对其进行了实验研究，样机流量实验数据与计算模型符合良好。该样机在10 MPa的氮气和氩气工况下分别达到了110 K、119 K的制冷温度，制冷量分别为231 mW、479 mW，降温时间分别为250 s、70 s优于国外MMR性能，并且能够满足红外探测器对于节流制冷器的制冷性能需求。

为了能够对光伏组件热斑部分准确地识别和提取，提出了一种基于HSV空间模型的改进K均值聚类图像处理方法。首先，将红外图像进行HSV空间转换和双边滤波处理，去除噪声并提高图像对比度；其次，使用高斯核函数估计实现图像灰度概率密度函数提取，并以此获取初始聚类中心；最后，利用先验知识对图像进行K均值聚类，提取和量化热斑缺陷。研究结果表明，该方法能够快速地检测定位热斑位置并统计出光伏板损坏程度，具有较高的精度以及较好的灵敏性和稳定性。

碳纤维增强复合材料大量应用于航空领域，对其质量提出了更高的要求。但是传统人工检测方法工作强度高、效率低。为了提高碳纤维复合材料的缺陷检测效率，本文基于LabVIEW软件开发平台设计CFRP（carbon fiber reinforced plastics）缺陷检测系统，提取缺陷边缘并进行数量统计。本研究采用主动式红外热成像无损检测技术，通过红外热像仪获取激光扫描的损伤试样表面热图像。针对红外图像对比度及均匀性差的特点，使用HSL（hue, saturation, luminance）进行颜色平面提取，灰度变换，选用适用于处理光照分布不均匀图像的Niback局部阈值分割处理算法进行感兴趣区域图像阈值分割处理。最后通过形态学处理增强图像并实现缺陷特征提取和缺陷数量统计。本文通过搭建红外热成像缺陷检测实验平台完成红外热波缺陷图像的采集、处理，设计软件平台及用户界面以实现缺陷特征的提取。相比于人工检测，该系统的设计极大地减少了检测用时，有助于实现缺陷检测的自动化。