【摘 要】
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强度和偏振均是红外辐射的重要物理特性,传统的红外成像技术只能获取强度信息,而红外偏振成像技术可以同时获取到强度和偏振信息,是一项前沿的成像技术,在目标检测和遥感等领域有着重要的应用前景。目前,红外偏振成像系统主要包括分时偏振成像、分振幅偏振成像、分孔径偏振成像和分焦平面偏振成像。分焦平面偏振成像系统具有体积小和实时成像等优势,是红外偏振成像领域的研究热点。本文利用国产自研的红外分焦平面偏振探测器搭
【机 构】
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中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所)
【出 处】
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中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所)
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强度和偏振均是红外辐射的重要物理特性,传统的红外成像技术只能获取强度信息,而红外偏振成像技术可以同时获取到强度和偏振信息,是一项前沿的成像技术,在目标检测和遥感等领域有着重要的应用前景。目前,红外偏振成像系统主要包括分时偏振成像、分振幅偏振成像、分孔径偏振成像和分焦平面偏振成像。分焦平面偏振成像系统具有体积小和实时成像等优势,是红外偏振成像领域的研究热点。本文利用国产自研的红外分焦平面偏振探测器搭建偏振成像系统,并针对红外分焦平面偏振成像探测的关键技术开展了研究,主要研究内容如下:（1）分析了影响红外分焦平面偏振探测器偏振探测性能的因素,为了验证偏振成像系统的偏振探测性能,设计了透射式可控红外部分偏振辐射源。从微偏振片阵列的消光比、检偏角误差以及探测器的噪声等效辐照度方面分析了对探测器偏振探测的影响,并引入噪声等效线偏振度描述由噪声限制的线偏振度探测精度。根据红外偏振的产生机理,设计了一套透射式可控红外部分偏振辐射源,通过调节入射角度,可以产生线偏振度范围为0～0.48的红外辐射,理论值与测量值的差异小于1.65%,满足红外分焦平面偏振相机的偏振探测性能的验证需要。（2）针对红外分焦平面偏振相机的非均匀性问题,提出了相机的定标和非均匀校正方法。首先,建立了红外分焦平面相机的像元响应模型,并分析了影响红外分焦平面偏振图像非均匀性的因素。在此基础上,提出了对相机分别进行响应校正和偏振校正的校正算法,校正算法能有效提高图像的均匀性。最后,针对红外分焦平面偏振图像中的瞬时视场误差和盲元,分别提出了拓展多通道插值算法和基于邻近像元和冗余信息的盲元补偿算法,提高了图像的质量。（3）针对红外分焦平面偏振图像中的噪声,提出了改进主成分分析的分焦平面偏振图像去噪算法。通过分析相机的噪声来源和计算相机的时间噪声,确定了红外分焦平面偏振图像中的主要噪声。基于红外分焦平面偏振图像的非局部自相似性和主成分分析的降维特性,提出了改进主成分分析的红外分焦平面偏振图像去噪算法。利用仿真和真实的分焦平面偏振图像验证算法去噪效果,结果表明该算法在抑制图像噪声和提高图像质量方面具有良好的效果。（4）本文设计并搭建了一套高速红外分焦平面偏振成像系统,分析与验证了成像系统的性能。搭建的红外分焦平面偏振成像系统可以实现对图像的采集、传输、处理、显示、存储等功能。为了分析与验证红外分焦平面偏振成像系统的性能,首先测试了系统的噪声和噪声等效辐照度。然后,利用自研的可控红外部分偏振辐射源测试了系统的噪声等效线偏振度、偏振探测准确度和精度,其中线偏振度最大测量误差小于1.05%,噪声等效线偏振度小于0.0256,满足红外偏振探测的需要。最后,将无人机作为探测目标,利用相机采集不同场景图像,分析红外强度图和线偏振度图像探测效果,结果表明线偏振度图像能够提高系统的探测性能。
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