可见、红外目标对比度特性测量系统研究分析 物理学专业VIP免费

可见、红外目标对比度特性测量系统研究摘要近年来，随着红外技术的不断发展，在军事领域，目标与背景对比度特性测量越来越受各国的重视。目标与背景对比度特性测量是评价目标探测识别装置的性能和目标隐身效果的重要依据之一。目标与背景对比度特性测量主要通过成像系统获取目标图像，从而获得目标图像的灰度值，反演得到目标特性。本文主要针对光学成像系统进行研究，为了能同时对目标进行可见光图像和红外图像进行采集，在光学系统设计上采用双波段融合技术，把可见光波段和红外波段融合到一个光学系统里，很大程度上提高目标探测概率和准确度，同时也有利于后期的图像融合。也是目前国内外的一个热门研究课题。通过比较国内外双波段设计经验，深入研究可见/红外双波段光学系统设计方法。设计了一套可见/红外双波段共口径光学系统，其中可见光波段为0.38μm~0.76μm，红外波段为7.9μm~9.7μm。随着加工工艺的提高和二元光学元件的出现，分析比较双波段光学系统设计的一般结构形式，采用折衍混合结构形式。系统光路中采用分光棱镜进行分光，分别各种探测器接收成像。红外光路利用制冷型红外探测器进行接收，为实现100%冷光阑效率和减小系统透镜的口径，采用二次成像结构。本文对成像系统参数进行理论计算，依据系统选型以及探测器的参数，分别计算可见光通道和红外光通道光学系统的主要参数。设计参数如下：可见光光路的焦距为100mm，相对孔径为1:4。长波红外光路的焦距为100mm，相对孔径为1:2。为了使光学系统在-40~+60℃℃的工作温度范围内成像质量均满足像质要求，分析了温度变化对光学系统结构参数及性能的影响，采用光学被动式对系统进行无热化设计，两个波段光路全视场在奈奎施特频率处的MTF值均大于0.4，系统满足无热化设计要求。光学系统最终设计像质良好，满足设计要求。关键词：目标与背景对比度；双波段；二次成像；无热化1绪论1.1课题的目的及意义在军事领域，目标探测识别一直各国争先研究的课题，只有掌握了先进的技术，就能在战场上占据主动权，在目标探测识别、目标打击和预警上占据主导地位。为了适应未来不同的战场环境，在目标探测识别技术上提出了更高的要求，从最初的可见光波段探测到后来的红外目标探测，到如今更加宽的波段探测，更加全面的目标信息采集，不再是单一波段的目标探测。目标与背景对比度数据能有效的区分目标与背景，能有效的对目标进行精确的定位和跟踪识别。目标对比度特性测量可以获得不同的目标在不同使用环境背景下的对比度数据，是识别目标的主要数据来源。目前，主要是指对目标红外波段辐射强度及温度、光谱分布特性与目标与背景可见光反射特性进行测量，在信息化装备体系建设中具有极为重要的作用[1]。近年来，世界各大军事强国，投入了大量的人力物力研究目标与背景的对比度特性[2]，以此来提高军事目标的打击能力和现代军事战场的生存能力[3]。目前，用于测量目标和背景对比度的装置有很多，例如红外热成像仪、红外光谱辐射计、激光雷达等[4]。但大部分都是针对单一波段的目标特性测量，这就在目标信息采集上表现出很大的不足。目标与背景对比度特性数据的获取主要有两种方法，一种是通过计算机仿真模拟，针对不同的目标发射率，不同的大气条件，所处的不同环境背景，通过计算公式和软件仿真得来的数据；另一种是通过实验设备，在外场环境下进行大量的实验来获取目标与背景对比度数据。目前国内在软件仿真方面已经做了很多研究，也获得了一定的成果，但在外场实验数据测量方面还是落后于国外。所以本课题针对目标与背景对比度特性测量的系统进行研究，由于目前目标对比度特性测量采用的是成像法，主要是通过光学成像系统对目标进行图像采集，获得目标图像灰度值与所处背景图像灰度值，进而反演得出目标特性数据。由于传统的成像系统大多是单一波段，在目标成像上波段单一，目标信息采集不全面。近年来，也出现了一些双波段的成像系统，但这是单独对两个单波段系统进行独立设计再通过机械结构将两个子系统拼接到一起，虽然也能实现不同波段下的目标图像采集，但带来的是测量系统体积大，系统波段间切换效率低等问题，同时也加大了...