1、熱成像系統(tǒng)通用技術(shù),熱成像系統(tǒng)通用技術(shù),目錄,4. 電子穩(wěn)像技術(shù),3. 微掃描技術(shù),1. 非均勻校正技術(shù),2. 壞點(diǎn)校正技術(shù),5. DDE圖像銳化技術(shù),6. 紅外系統(tǒng)作用距離計算,7. 伺服穩(wěn)定技術(shù),1 非均勻性校正,定義： 由于制作材料的缺陷、摻雜的非均勻性以及生產(chǎn)工藝過程控制的不穩(wěn)定等，造成了紅外焦平面陣列的不同像元在同一均勻入射輻射下，其視頻輸出信號（即X值）幅度不同，這就是所謂的紅外焦平面陣列響應(yīng)的非均勻性（Nonuniformity，NU）。,非制冷探測器X數(shù)據(jù),制冷探測器X數(shù)據(jù),1 非均勻性校正,非均勻性產(chǎn)生的原因： 器件自身的非均勻性 器件工作狀態(tài)引入的非均勻性 與外界輸入相關(guān)的

2、非均勻性,1 非均勻性校正,非均勻性校正方法： 常用校正方法：基于定標(biāo)校正方法，如一點(diǎn)校正、兩點(diǎn)校正、多點(diǎn)校正等。 其他校正方法：基于場景的自適應(yīng)校正。,原始圖像：,非均勻性校正后：,均勻黑體的輸出圖像：,目錄,4. 電子穩(wěn)像技術(shù),3. 微掃描技術(shù),1. 非均勻校正技術(shù),2. 壞點(diǎn)校正技術(shù),5. DDE圖像銳化技術(shù),6. 紅外系統(tǒng)作用距離計算,7. 伺服穩(wěn)定技術(shù),2 壞點(diǎn)校正,壞點(diǎn)：是指在紅外圖像中坐標(biāo)不隨目標(biāo)變化的明暗斑點(diǎn)，是由探測器的單個探測元對紅外輻射的響應(yīng)率過高或過低造成的，也稱無效像元。 過熱像元（白點(diǎn)）：像元噪聲電壓大于平均噪聲電壓10倍 死像元（黑點(diǎn)）：像元響應(yīng)率小于平均響應(yīng)率1

3、/10 常用的壞點(diǎn)校正方法：左點(diǎn)替換、上點(diǎn)替換、鄰域中值或均值替換等。,壞點(diǎn)圖像,壞點(diǎn)替換后,2 壞點(diǎn)校正,壞點(diǎn)與噪聲、場景細(xì)節(jié)的區(qū)別： 壞點(diǎn)的灰度值相對于周圍像素點(diǎn)會發(fā)生大幅度跳躍，而噪聲的灰度浮動范圍通常小于3倍的鄰域方差（3原則）。 雖然場景細(xì)節(jié)的灰度值相對其周圍像素點(diǎn)也會有大幅度跳躍，往往也會伴隨著彌散現(xiàn)象。 壞點(diǎn)的位置是固定的，而場景細(xì)節(jié)的位置則隨場景運(yùn)動發(fā)生變化。,(a) 壞點(diǎn) (b) 平坦區(qū)域內(nèi)噪聲 (c) 場景亮細(xì)節(jié),2 壞點(diǎn)校正,演示視頻（請點(diǎn)擊圖片觀看）,目錄,4. 電子穩(wěn)像技術(shù),3. 微掃描技術(shù),1. 非均勻校正技術(shù),2. 壞點(diǎn)校正技術(shù),5. DDE圖像銳化技術(shù),6. 紅

4、外系統(tǒng)作用距離計算,7. 伺服穩(wěn)定技術(shù),3 微掃描成像技術(shù),超分辨率重建,亞像元成像技術(shù),通過光學(xué)微掃描、探測器錯位拼接等方法對成像過程進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)過采樣成像，并結(jié)合后續(xù)的信號處理，獲得小于探測器幾何尺寸的空間分辨率。,在現(xiàn)有一定空間分辨率的多幀圖像基礎(chǔ)上，根據(jù)信號處理的有關(guān)理論與方法，將具有相異信息并且相互重復(fù)的圖像融合到一起，獲得高分辨率圖像。,微掃描成像：可以看作是一個過采樣過程，是對同一場景進(jìn)行多次采樣成像。具體地說，微掃描成像就是把焦平面器件對場景每次采樣得到的圖像存儲下來，然后將得到的一系列圖像的象素按照獲取圖像的方式和順序進(jìn)行交叉，通過進(jìn)一步處理得到高分辨率的圖像。 作用：可以

5、在一定程度上彌補(bǔ)單幀圖像由于欠采樣而損失的信號，因而可以提高系統(tǒng)的空間分辨率。,3 微掃描成像技術(shù),4幅320256的微掃描圖像,640512的超分辨率重建圖像,目錄,4. 電子穩(wěn)像技術(shù),3. 微掃描技術(shù),1. 非均勻校正技術(shù),2. 壞點(diǎn)校正技術(shù),5. DDE圖像銳化技術(shù),6. 紅外系統(tǒng)作用距離計算,7. 伺服穩(wěn)定技術(shù),4 電子穩(wěn)像,應(yīng)用背景： 在飛機(jī)、車輛、艦船等運(yùn)動載體上用熱像儀觀瞄目標(biāo)時，由于機(jī)座的震動，像面上的圖像不穩(wěn)定，使觀察者易于疲勞，同時也降低了測瞄精度。 原理及效果： 利用電子設(shè)備和數(shù)字圖像處理技術(shù)相結(jié)合的方法，通過檢測出參考圖像和被比較圖像的運(yùn)動矢量，并利用其補(bǔ)償被比較圖像，

6、從而消除或減輕視頻圖像序列幀間的不穩(wěn)定，獲取清晰而穩(wěn)定的視頻圖像序列。,4 電子穩(wěn)像,演示視頻（請點(diǎn)擊圖片觀看）,目錄,4. 電子穩(wěn)像技術(shù),3. 微掃描技術(shù),1. 非均勻校正技術(shù),2. 壞點(diǎn)校正技術(shù),5. DDE圖像銳化技術(shù),6. 紅外系統(tǒng)作用距離計算,7. 伺服穩(wěn)定技術(shù),5 DDE圖像銳化,方法：通過圖像增強(qiáng)模板，增強(qiáng)圖像的細(xì)節(jié)和邊緣輪廓，使得目標(biāo)細(xì)節(jié)更清晰，對圖像有去模糊的作用。,處理后,5 DDE圖像銳化,演示視頻（請點(diǎn)擊圖片觀看）,目錄,4. 電子穩(wěn)像技術(shù),3. 微掃描技術(shù),1. 非均勻校正技術(shù),2. 壞點(diǎn)校正技術(shù),5. DDE圖像銳化技術(shù),6. 紅外系統(tǒng)作用距離計算,7. 伺服穩(wěn)定技

7、術(shù),6. 紅外系統(tǒng)作用距離計算,6.1 作用距離概述 6.2 點(diǎn)目標(biāo)作用距離 6.3 面目標(biāo)作用距離,6.1 作用距離概述,作用距離（也稱為“視距”）的關(guān)鍵要素： 1. 指定氣象條件：能見距離、相對濕度、環(huán)境溫度 2. 特定目標(biāo)：類型、大小、溫差 3. 觀察等級：探測、識別、認(rèn)清,6.1 作用距離概述,熱成像系統(tǒng)對面目標(biāo)（擴(kuò)展源）的作用距離： 面目標(biāo)：當(dāng)輻射源（目標(biāo)）的角尺寸超過系統(tǒng)的瞬時視場時，該輻射源為面目標(biāo)（擴(kuò)展源）。 目標(biāo)輻射的能量+幾何尺寸、形狀、觀察等級決定其作用距離。,熱成像系統(tǒng)對點(diǎn)目標(biāo)的作用距離： 點(diǎn)目標(biāo)：目標(biāo)的張角小于或等于系統(tǒng)的瞬時視場時，這時目標(biāo)為點(diǎn)目標(biāo)。 目標(biāo)的細(xì)節(jié)不可

8、能探測，但從能量角度看，只要信號足夠大就可以探測，既要求信噪比達(dá)到探測閾值。,6.1 作用距離概述,點(diǎn)目標(biāo)模型 不關(guān)注目標(biāo)細(xì)節(jié) 1）應(yīng)用場合：對空 2）目標(biāo)類型：較小、較遠(yuǎn) 3）紅外輻射能量：探測閾值 例如：各類高速戰(zhàn)斗機(jī)（J8、J7、F22等）、導(dǎo)彈（戰(zhàn)斧式巡航導(dǎo)彈等）。,（圖像經(jīng)過放大）,6.1 作用距離概述,面目標(biāo)模型 關(guān)注目標(biāo)細(xì)節(jié) 1）應(yīng)用場合：對地、對空 2）目標(biāo)類型：較大、較近、需要確認(rèn)目標(biāo)類型、型號等 3）考慮因素：目標(biāo)輻射特性、大小、形狀等 例如：對地（坦克、行人、建筑物、地堡等），對空的低慢小目標(biāo)（無人機(jī)、航模、三角翼等）。,6.2 點(diǎn)目標(biāo)作用距離,點(diǎn)目標(biāo)作用距離條件： 目標(biāo)

9、張角小于系統(tǒng)的瞬時視場，不能分辨目標(biāo)的細(xì)節(jié)。 目標(biāo)與背景的溫差足夠大，探測器依然能夠探測到目標(biāo)。 總之：目標(biāo)與背景間的溫差經(jīng)大氣傳輸衰減后的溫差，在一定的探測概率和大氣條件下，與修正后的NETD相比仍要大于SNR倍。,6.2 點(diǎn)目標(biāo)作用距離,探測像元響應(yīng)輸出與目標(biāo)大小的關(guān)系： 如圖所示，當(dāng)目標(biāo)較小的時候（目標(biāo)A），探測像元對目標(biāo)的有效成像面積較小，該探測像元的響應(yīng)輸出值較??；當(dāng)目標(biāo)較大的時候（目標(biāo)B），探測像元響應(yīng)輸出中，目標(biāo)溫差占據(jù)比例較大，該探測像元的響應(yīng)輸出值較大；當(dāng)目標(biāo)充滿整個探測像元的時候，探測像元響應(yīng)輸出僅由目標(biāo)溫差決定。,6.2 點(diǎn)目標(biāo)作用距離,點(diǎn)目標(biāo)理論計算模型的公式如下：,6

10、.3 面目標(biāo)作用距離,探測(Detection) ：在視場內(nèi)發(fā)現(xiàn)一個目標(biāo)。 識別(Recognition) ：可將目標(biāo)分類（如坦克、卡車、裝甲車）。 確認(rèn)(Identification) ：可區(qū)分出目標(biāo)型號及其他特征（如T-72坦克、豹坦克）。 約翰遜準(zhǔn)則：熱成像系統(tǒng)作用距離分為探測距離、識別距離和確認(rèn)距離，對目標(biāo)進(jìn)行探測、識別、確認(rèn)的概率為50%時，目標(biāo)的最低等效線對數(shù)1:3:6（或1:4:8），對應(yīng)的目標(biāo)的最低像素個數(shù)分別為2:6:12（或2:8:16）。,6.3 面目標(biāo)作用距離,目標(biāo)的等效條帶：作用距一組黑白間隔相等的條帶狀圖案，其總高度為基本上能被識別的目標(biāo)臨界尺寸，及目標(biāo)的最小投影尺

11、寸，其長度為垂直于臨界尺寸方向的橫跨目標(biāo)的尺寸，等效條帶圖案的可分辨力為目標(biāo)臨界尺寸所包含的可分辨的條帶數(shù)（周臨界尺寸）。 約翰遜論證了等效條帶圖案可分辨力能用來預(yù)測目標(biāo)的探測識別，通過實(shí)驗(yàn)確定了各類目標(biāo)探測識別準(zhǔn)則。,約翰遜準(zhǔn)則：,目標(biāo)的等效條帶圖案,6.3 面目標(biāo)作用距離,人眼通過熱成像系統(tǒng)能夠觀察到目標(biāo)的基本條件是： 視在溫差：對于空間頻率為f的目標(biāo)，它與背景的實(shí)際等效溫差在經(jīng)過大氣衰減后到達(dá)熱像儀時，仍大于或等于熱像儀對應(yīng)于該頻率的MRTD(f)。 成像大?。耗繕?biāo)在熱像儀上的成像點(diǎn)數(shù)滿足約翰遜準(zhǔn)則，即目標(biāo)對系統(tǒng)的張角應(yīng)大于或等于觀察等級所要求的最小視角。,6.3 面目標(biāo)作用距離,在對目

12、標(biāo)探測、識別和認(rèn)清時，包含人為的主觀判斷，因而在目標(biāo)搜索中存在著搜索概率的問題。搜索概率的大小在一定程度上提供了對光電成像系統(tǒng)性能的評價。當(dāng)然搜索概率還與觀察人員的狀態(tài)有關(guān)，也與一定的搜索任務(wù)相關(guān)聯(lián)，例如是探測還是識別。,視距概率表：,6.3 面目標(biāo)作用距離,典型目標(biāo)夏季野外平均溫差統(tǒng)計值,6.3 面目標(biāo)作用距離,紅外熱像儀基本參數(shù) 探測器：制冷型 中波 320 x256 30um 光學(xué)鏡頭 f=240mm 視場角: 2.3x1.8系統(tǒng)分辨率: 0.125mrad,要求作用距離,6.3 面目標(biāo)作用距離,空間分辨率要求：,熱像儀的空間分辨率滿足要求。,6.3 面目標(biāo)作用距離,溫度分辨率要求：,熱

13、像儀的溫度分辨率滿足要求。,查表：溫度27、濕度60%，能見度6km時,根據(jù)測試熱像儀的MRTD可知：,作用距離的影響因素： 目標(biāo)與背景的溫差 背景的復(fù)雜程度（對空、對海、對地） 目標(biāo)是運(yùn)動還是靜止 熱像儀的聚焦好壞 熱像儀的殼體溫度（無熱化設(shè)計） 熱像儀的圖像算法（銳化、天地模式） 顯示器的好壞（灰度分辨率、聚焦，OLED、CRT、LCD） 觀測者的先驗(yàn)知識,6.3 面目標(biāo)作用距離,6. 紅外系統(tǒng)作用距離計算,目錄,4. 電子穩(wěn)像技術(shù),3. 微掃描技術(shù),1. 非均勻校正技術(shù),2. 壞點(diǎn)校正技術(shù),5. DDE圖像銳化技術(shù),7. 伺服穩(wěn)定技術(shù),基于運(yùn)動載體上的系統(tǒng)，要實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的準(zhǔn)確測量和跟蹤，必須采用視軸穩(wěn)定技術(shù)，在運(yùn)動狀態(tài)下，各種干擾力矩以及慣性力矩將使平臺光軸偏離瞄準(zhǔn)目標(biāo)，同時，載體在方位、俯仰、橫滾方向上的角運(yùn)動或振動通過軸承摩擦耦合到光電平臺上造成平臺的振動，從而引起光電成像傳感器瞄準(zhǔn)線視軸的抖動，這種抖動引起圖像模糊，不僅影響成像質(zhì)量，而且影響瞄準(zhǔn)、影響跟蹤器提取目標(biāo)脫靶量的精度，導(dǎo)致跟蹤性能下降。 伺服穩(wěn)定技術(shù)是一種基于伺服補(bǔ)償原理的穩(wěn)定技術(shù)，它通過慣性測量傳感器（如陀螺、傾角儀）測量出光軸偏離的程度，采用驅(qū)動電機(jī)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)償，以此消除擾動，確保