论文部分内容阅读
红外成像系统稳定成像是实现对目标的稳定跟踪进而完成导弹制导和目标监视的基本保证。环境温度的变化是影响红外成像系统稳定性的一个重要因素。尽管光学系统都存在热效应，但由于红外材料折射率的温度系数远高于可见光材料折射率的温度系数，故红外成像系统热效应尤为强烈。温度变化将改变红外成像系统光路，造成成像质量下降，严重影响后续目标识别与跟踪任务的完成。如何保证红外成像系统在工作温度范围内具有稳定的成像质量和良好的性能，是现代红外成像系统设计的一项重要内容，相关理论和技术的研究具有十分重要的意义。 本文以提高红外成像系统的环境温度稳定性为目标，开展温度变化下红外成像系统热效应建模，推导热离焦点扩散函数的数学表达，结合点扩散函数参数辨识算法和数学聚焦算法实现红外成像系统的数学无热化，降低红外成像系统的设计难度和成本。研究内容和成果包括: 1、红外成像系统温变离焦建模。在几何光学与傅里叶光学理论指导下，以温度变化对红外成像系统光学参数，成像质量和点扩散函数的影响研究为三条主线，分别给出了温度-焦点漂移量计算模型，温度变化与恒温离焦对成像影响等价性论证和热离焦点扩散函数计算模型;提出了红外成像系统温变等效离焦量的概念，并给出了计算模型。针对各计算模型设计并开展了物理实验，验证了模型的正确性。该热离焦模型为数学无热化方法提供了较为完善的物理基础。 2、热离焦点扩散函数参数化估计。针对热离焦红外图像复原需要估计点扩散函数的问题，提出了一种基于点扩散函数功率谱估计的离焦参数辨识算法。该算法以自然场景的清晰图像功率谱定律为理论基础，结合傅里叶切片定理估计热离焦点扩散函数的功率谱，由此计算热离焦模型参数。实验结果表明，该方法能准确地辨识出热离焦点扩散函数的模型参数，同时具有较强的抗噪性。 3、红外成像系统的数学聚焦方法。数学聚焦是一个热离焦图像复原逆问题，能够转化为对变换域最优收缩映射函数的求解问题，提出了一种收缩映射函数标定的数学聚焦方法。实验表明该算法能够在保证具有较高复原信噪比的前提下，具有较快的执行速度。热离焦点扩散函数参数化估计和数学聚焦算法为数学无热化方法提供了可行的数学实现。 4、数学无热化方法及其评价。以红外成像系统的热离焦模型为物理基础，结合热离焦点扩散函数参数估计和数学聚焦算法，给出数学无热化方法实现的技术途径;通过条带靶标对数学无热化红外成像系统进行客观评价。根据热离焦过程各向同性的特点，结合图像块结构度量算子，提出了一种无参考的数学聚焦图像质量评价方法，实现重聚焦结果的无参考评价。最后，分析了实际应用中大温差环境下数学无热化方法因宽光谱成像导致的使用局限。