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空间目标红外辐射特性测量方法研究

空间目标红外辐射特性测量方法研究

作者：郭汉洲中国科学院长春光学精密机械与物理研究所

学位级别：硕士

近些年来,随着红外成像技术与红外探测技术迅猛发展,无论军事还是民间,目标的红外辐射特性数据受到越来越广泛的重视,相关的科研工作大量展开。目标的红外辐射特性测量可以提供多种参数,如辐射温度、辐射亮度、辐射强度和辐射谱特征等,... 详细信息

近些年来,随着红外成像技术与红外探测技术迅猛发展,无论军事还是民间,目标的红外辐射特性数据受到越来越广泛的重视,相关的科研工作大量展开。目标的红外辐射特性测量可以提供多种参数,如辐射温度、辐射亮度、辐射强度和辐射谱特征等,为红外系统的探测、分类、识别与跟踪等提供基础数据,也为对敌方目标的红外侦察和跟踪制导及对我方目标的红外隐身和仿真提供重要依据。同时,目标的红外辐射特性测量也是设计、论证、研制武器系统的重要环节。本论文依托于800mm口径红外辐射特性测量系统,开展空间目标红外辐射特性测量方法研究,所做的主要工作如下:(1)介绍了红外辐射特性测量研究的背景、意义和研究现状。讨论了红外辐射的基础理论以及红外探测器、红外成像系统的分类和主要性能指标。(2)针对800mm口径的红外辐射特性测量系统,利用高精度面源黑体和高温腔型黑体对其进行内外联合辐射定标。设计辐射定标模块,完成红外辐射特性测量系统的全口径、全动态范围的辐射定标工作,得到系统的辐射响应度函数。(3)介绍了大气衰减的相关知识。建立空间目标的红外辐射特性测量模型和辐射反演模型,据此建立红外辐射大气传输修正系统,对红外辐射的大气传输进行修正并对修正精度进行分析。进一步提出红外辐射大气传输修正优化方法。利用比例外推法提高大气透过率和大气程辐射的测量精度。经分析,优化后大气透过率的测量精度在9.2%左右,优化后大气程辐射的测量精度在10%左右。(4)设计辐射反演模块,并开展优化方法的验证性试验。利用优化后的大气传输参数对目标进行辐射反演,得到目标的辐亮度。经验证,目标的辐射反演精度在18%左右。(5)根据本论文提出的方法进行地面目标和空间目标的红外辐射特性测量试验,获得短波和中波的辐射特性测量结果。最后对本论文所做的工作进行总结并提出了尚且存在的不足,讨论了空间目标的红外辐射特性测量进一步的研究和发展方向。

关键词：红外辐射辐射定标辐射特性测量大口径测量系统大气修正辐射反演

利用大气修正因子提高目标红外辐射特性测量精度

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光学精密工程 2016年第8期24卷 1871-1877页

作者：郭立红郭汉洲杨词银李宁中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院大学北京100049

提出了利用大气修正因子修正大气透过率来提高测量目标红外辐射特性精度的方法。建立了目标红外辐射特性测量模型,给出了基于大气修正因子的目标红外辐射特性测量方法。该方法将短距离大气透过率实测结果和MODTRAN模拟计算的大气透过率... 详细信息

提出了利用大气修正因子修正大气透过率来提高测量目标红外辐射特性精度的方法。建立了目标红外辐射特性测量模型,给出了基于大气修正因子的目标红外辐射特性测量方法。该方法将短距离大气透过率实测结果和MODTRAN模拟计算的大气透过率之比定义为基础大气修正因子,然后依据长距离与短距离的不同数量关系得到增强大气修正因子,最后利用该因子对MODTRAN计算的长距离大气透过率进行修正并进行目标的辐射反演,从而获得目标辐射特性。对中波红外摄像机进行了定标,利用中波红外摄像机和面源黑体开展了目标红外辐射特性测量实验。实验结果表明,利用大气修正因子修正大气透过率的目标辐射测量方法得到的目标辐射特性测量精度在8%左右,高于传统的利用MODTRAN计算方法得到的20%的测量精度。得到的结果显示本文方法较传统方法较大程度地提高了目标辐射特性测量精度。

关键词：大气修正因子大气透过率红外摄像机红外辐射特性测量测量精度

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大面阵高帧频CMOS成像电子学系统设计

光学精密工程 2019年第5期27卷 1167-1177页

作者：宁永慧刘辉赵庆磊郭汉洲中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 长春国科医工科技发展有限公司吉林长春130033

为了满足大面阵高帧频CMOS探测器成像系统的设计要求,设计了基于GMAX0504探测器的CMOS成像系统,实现高帧频、大视场的成像需求;采用DDR3-SDRAM和NAND-FLASH,解决了图像数据存储速率与容量的瓶颈问题;通过图像处理的方法,提高了图像动态... 详细信息

为了满足大面阵高帧频CMOS探测器成像系统的设计要求,设计了基于GMAX0504探测器的CMOS成像系统,实现高帧频、大视场的成像需求;采用DDR3-SDRAM和NAND-FLASH,解决了图像数据存储速率与容量的瓶颈问题;通过图像处理的方法,提高了图像动态范围、信噪比(SNR)与调制传递函数(MTF)的设计指标;通过图像实时像元校正,提高了成像系统的光响应非均匀性(PRNU)指标。实验结果表明,图像信噪比(SNR)平均值为44dB,接近探测器的最大信噪比(SNR);光响应非均匀性(PRNU)均值为1.4%,满足成像需求。该CMOS成像系统设计结构可应用于更大面阵CMOS成像系统,为工程应用提供了保障。

关键词： GMAX0504 高动态范围训练高帧频中值滤波 DDR3

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高光谱成像的脑胶质瘤检测

光谱学与光谱分析 2020年第12期40卷 3784-3788页

作者：宋楠郭汉洲沈春洋孙慈杨晋张金男中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 长春国科医工科技发展有限公司吉林长春130033 吉林大学中日联谊医院神经外科吉林长春130033

高光谱成像(HSI)是一种新兴的快速、安全的现代医学检测技术。将自行研制的高光谱成像仪与显微镜相结合,对人源脑胶质瘤小鼠和H&E染色病理切片进行成像光谱研究。通过对脑胶质瘤与正常脑组织的高光谱数据进行分析和处理,获取二者之间的... 详细信息

高光谱成像(HSI)是一种新兴的快速、安全的现代医学检测技术。将自行研制的高光谱成像仪与显微镜相结合,对人源脑胶质瘤小鼠和H&E染色病理切片进行成像光谱研究。通过对脑胶质瘤与正常脑组织的高光谱数据进行分析和处理,获取二者之间的光谱差异以实现对脑胶质瘤与正常脑组织的区分。实验结果表明,无论是病理切片还是在体脑组织数据,脑胶质瘤与正常脑组织反射光谱中特定光谱范围内的反射率均存在一定差异,可据此对二者进行区分,为今后临床实验与脑胶质瘤术中辅助诊断提供依据和参考。

关键词：高光谱成像反射光谱脑胶质瘤

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结合MSER与HSOG的目标局部特征提取

液晶与显示 2016年第11期31卷 1070-1078页

作者：郭汉洲郭立红吕游中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院大学北京100049

针对SIFT在视点变化下对物体几何特征描述的缺陷,本文提出一种结合最稳极值区域检测和改进的二阶梯度直方图描述子的目标局部特征提取方法。首先,采用一种新的最稳定度判断准则,提高了不规则形状区域和模糊条件下的检测效果;然后,利用... 详细信息

针对SIFT在视点变化下对物体几何特征描述的缺陷,本文提出一种结合最稳极值区域检测和改进的二阶梯度直方图描述子的目标局部特征提取方法。首先,采用一种新的最稳定度判断准则,提高了不规则形状区域和模糊条件下的检测效果;然后,利用改进的二阶梯度直方图提取MSER区域的局部特征描述子,采用高斯函数加权的方法考虑了不同像素对区域中心像素的影响,提高了稳定性;最后,通过标准测试图像和实际拍摄图像的匹配对算法进行验证。实验结果表明,本文方法在视点变化下仍能获得70%以上的匹配率,匹配效果优于SIFT。本文方法相比于传统方法检测效果更为稳定,对于不规则形状区域仍有较好的检测效果,适用于视点变化下的目标匹配。

关键词：信息处理技术 MSER+HSOG 图像匹配局部特征

基于LM98640的TDI-CCD暗场扣除方法

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液晶与显示 2019年第6期34卷 592-597页

作者：宁永慧郭汉洲余达赵庆磊中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130031 长春国科医工科技发展有限公司吉林长春130031

为了实现相关双采样模式下,视频处理器LM98640的暗电平扣除功能,设计了数字暗场扣除方法。通过获得TDI-CCD的暗场数据,进行统计分析,估算当前条件下的真实暗电平水平;通过设置LM98640的偏置寄存器,实现暗电平的模拟扣除功能;通过暗场灰... 详细信息

为了实现相关双采样模式下,视频处理器LM98640的暗电平扣除功能,设计了数字暗场扣除方法。通过获得TDI-CCD的暗场数据,进行统计分析,估算当前条件下的真实暗电平水平;通过设置LM98640的偏置寄存器,实现暗电平的模拟扣除功能;通过暗场灰度动态检测和实时更新设置,保证暗场在不同的温度水平下具有0~3的灰度均值;通过时序控制,保证偏置参数加载不影响图像内容;通过偏置参数功能分区,保证暗场扣除和偏置调整功能的完整性。实验结果表明,该方法在TDI-CCD成像系统长时间工作时,能有效控制暗场均值在0~3量化灰度范围。通过检测更新扣除机制,实现了对噪声的帧扣除,避免了行扣除不准确带来的噪声,有效降低了沿轨方向高频分量。

关键词： LM98640 暗电平扣除数字反馈偏置扣除动态范围

用于标定CCD相机的高精度数控LED点光源

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中国光学 2013年第5期6卷 759-766页

作者：郭汉洲吴振刚宋宣晓长春理工大学光电工程学院吉林长春130033

介绍了一种以发光二极管(LED)点光源作为相机标定光源的方法。根据LED点光源的特性,用恒流源给LED点光源提供所需的电流,用光照度计测量LED光源的光强度。由ARM单片下位机控制恒流源;通过串行通讯与上位机交换数据;由计算机作为上位机... 详细信息

介绍了一种以发光二极管(LED)点光源作为相机标定光源的方法。根据LED点光源的特性,用恒流源给LED点光源提供所需的电流,用光照度计测量LED光源的光强度。由ARM单片下位机控制恒流源;通过串行通讯与上位机交换数据;由计算机作为上位机来管理数控恒流源和光照度计;根据所测光度值来调节电流,直到光度达到预想值。实验分析显示:LED点光源作为标定光源可以达到CCD标定的要求,精度也较高,能够很好地自适应控制LED的光照强度,达到了预期的效果,且系统使用方便灵活,性能稳定可靠。

关键词：标定光源发光二极管 CCD CCD相机

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基于大气程辐射比例修正的红外辐射特性测量

激光与红外 2017年第2期47卷 198-202页

作者：郭汉洲郭立红杨词银李宁中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院大学北京100049

大气程辐射是影响目标红外辐射特性测量精度的重要因素之一。本文利用大气程辐射修正因子修正大气程辐射值以提高其测量精度。首先,给出目标红外辐射特性测量模型,然后,提出利用大气程辐射修正因子的目标红外辐射特性测量方法。该方法... 详细信息

大气程辐射是影响目标红外辐射特性测量精度的重要因素之一。本文利用大气程辐射修正因子修正大气程辐射值以提高其测量精度。首先,给出目标红外辐射特性测量模型,然后,提出利用大气程辐射修正因子的目标红外辐射特性测量方法。该方法将一定距离下实际测量的大气程辐射和MODTRAN计算的大气程辐射之比定义为大气程辐射修正因子,最后利用该修正因子对其他距离的MODTRAN计算的大气程辐射进行修正并进行目标的辐射反演,获得目标辐射特性。本文利用中波红外摄像机和小面源黑体开展目标红外辐射特性测量实验。实验结果表明,本文方法较传统方法可以在一定程度上提高目标辐射特性测量精度,将精度提高2%左右。

关键词：红外辐射大气程辐射比例修正辐射测量

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大口径红外光学系统透过率测量装置

光学精密工程 2023年第12期31卷 1752-1760页

作者：李洪雨郭汉洲李俊霖唐延甫杨永强李忠明中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所江苏苏州215163 中国科学院大学北京100049

针对大口径红外光学系统的整机透过率测量难题,提出了基于图像灰度的单通道红外透过率测量方法,搭建了大口径红外光学系统整机透过率测量装置。首先,将黑体和靶标按照指定位置关系放置于待测红外光学系统的焦平面处,将红外热像仪放置于... 详细信息

针对大口径红外光学系统的整机透过率测量难题,提出了基于图像灰度的单通道红外透过率测量方法,搭建了大口径红外光学系统整机透过率测量装置。首先,将黑体和靶标按照指定位置关系放置于待测红外光学系统的焦平面处,将红外热像仪放置于待测红外光学系统的入光口,采集被测系统的辐射图像;接着,将黑体放置于红外热像仪前,采集黑体辐射图像;最后,分别计算被测系统辐射图像均值和黑体辐射图像均值,二者比值即为被测系统的透过率。以某型大口径红外光学系统作为被测系统,开展了红外透过率测量实验。实验结果标明:本文方法测量值与设计值的绝对误差为0.85%,对测量结果不确定度进行分析,测量精度约为1.04%,测量方法可行。此方法测量过程简单,为大口径红外光学系统的整机性能评估提供了有效手段。

关键词：透过率大口径红外光学系统整机图像灰度

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