微光夜视成像系统探测阈值评估理论及仿真

发布时间：2020-08-29 11:33

　　微光夜视技术自二十世纪三十年代出现以来,已经被广泛地应用到军事和民用领域,用软件评估成像系统的性能,能够做到高效率、经济和安全。基于上述考虑,本文提出了一种更为精确的视距检测模型,编写开发了一套集计算和仿真功能于一体的视距估算软件,这为成像系统的改进以及夜视技术的发展提供了参考。本文先是研究了微光夜视系统各成像参数对最终成像质量的影响,分析了夜间光在背景、目标以及大气传输过程中的光谱辐射和反射特性,并讨论了常见的光电阴极光谱响应特性,为微光夜视系统的视距评估提供了理论基础;其次,针对微光夜视系统辐射增益、分辨力、噪声特性、光谱响应等参数的测试方法、系统设计原理、测试平台以及所需的仪器设备给予总结归纳;然后,根据噪声因子对微光夜视成像系统视距的影响,借助系统噪声因子关系式,对噪声因子进行修正,并建立了新的视距探测方程,通过野外试验验证了新视距探测方程的合理性;最后,根据修正后的视距评估公式,以C++和SQL为主控程序的编程语言,采用MFC和SQL Server2008软件开发工具,最终建立了微光夜视性能软件评估系统。通过对开发软件进行测试分析,得到其测试结果与同等条件下的野外试验结果相接近,从而说明该视距评估软件能够对微光夜视成像系统的性能做出客观评估,也验证了本文所提出新视距公式的有效性和评估软件的实用性。
【学位单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN223
【部分图文】：

近贴式,微光像增强器,基本结构,输入窗口

点而被广泛地认可。现阶段我们所研制和使用的像增强器，都使用了该结构形式它逡逑主要由输入窗口、光电阴极、前近贴系统、微通道板、后近贴系统、荧光屏、输出窗口逡逑等部分组成，其结构示意图如图２．２所示：逡逑输入窗口逦光电Ｐ月极微通道板逡逑Ｉ逦（ＭＣＰ）逡逑￣逦荧光屏逦输出窗口逡逑电子Ｉ邋＋逦／逡逑＼邋＼逡逑输三三＿一＂逡逑入—＞—＾逡逑逦＾逦、Ｖ￣？￣—＝邋—？出逡逑＊逦？邋－逡逑第一近Ｉ逦１第二近逡逑逦Ｉ邋贴电压逦贴电压逡逑４邋逦？逡逑ＭＣＰ电压逡逑图２．２邋ＭＣＰ双近贴式微光像增强器基本结构逡逑５逡逑

大气传输特性,常用材料,曲线

（２－１）逡逑根据式（２．１）可知光谱反射系数巧是由入射光波长、入射角、外界环境、物体表面光逡逑滑度等因素共同决定的，图２．３中的反射特性曲线，描述的是同等外界条件下，绿色草逡逑木、粗糙混凝土和绿色涂层的反射系数随波长的变化关系ｆ１７］。由图２．３可知，该光谱特逡逑性曲线研究的是可见光和近红外光谱波段。分析绿色草木对应的光谱曲线可知，反射系逡逑数在６００ｎｍ处是一个波谷，其值仅为０．１，随后便迅速增加，直到在８００？１１邋ＯＯｎｍ波段逡逑稳定在０．６？０．７之间；同理，也可以对暗绿色涂料和粗糙混凝土的反射特性进行详细描逡逑述。准确的测量和描述光谱反射特性曲线，不仅影响光谱匹配系数的求解，还对视距方逡逑程的修正有很大影响。逡逑８０邋逦１逡逑７０邋逦逦逦逡逑绿色草木逡逑６０邋逦逦－Ｖ逦逡逑＾邋５０逦Ｖ逦逡逑＾邋４0逦逦１逦逡逑混凝土逡逑：：逡逑／邋暗绿色涂层逡逑0邋１逦１逦１逦！逦１逦！逡逑０逦０．４逦０．８逦１．２逦１．６逦２逡逑入（网）逡逑图２．３常用材料的光谱反射特性曲线逡逑２．２．３大气传输特性逡逑由于大气传输是微光夜视系统接收物体反射光的必要途径，因此研究微光夜视系统逡逑的成像机理，需要考虑大气传输对系统性能产生的影响。大气作为自然界中的光学传输逡逑介质

光电阴极,光谱响应特性

反射式ＧａＡｓ光电阴极布局简略、实验方便，因此，很容易找到对反射式研逡逑究的相关资料。研究表明：透射式光电阴极的结构设计，与微光像增强器的光路结构更逡逑加匹配，因此，在实际应用中成为了主流ｔ４３］。如图２．４是美国ＩＴＴ公司研制的透射式逡逑ＧａＡｓ光电阴极和我国自主研制的ＭＯＣＶＤ生长的Ｔ２、Ｔ４阴极样品的曲线比较，而表逡逑２．１和表２．２则表示了这三条曲线对应的光谱响应特性参数［４４］。逡逑１０００邋逦逡逑？邋１０＾４？逦一美国邋ＩＴＴ逦ｉ逡逑＠逦：邋／ｊｉ逦—＾邋ＭＯＣＶＤ邋Ｔ２逦ｉ逡逑赋逦ＭＯＣＶＤ邋Ｔ４邋＼逡逑８邋Ｊｉ逦Ｈ逡逑．ｊ逡逑ｏ．ｉ邋Ｌ———１——■——１——■——１——■——１——１——＾逦逡逑４００逦５００逦６００逦７００逦８００逦９００逦１０００逡逑波长（ｎｍ）逡逑图２．４邋２０１０年国内外ＧａＡｓ光电阴极光谱响应曲线比较逡逑逦表２．１邋２０１０年国内外ＧａＡｓ光电阴极光谱响应特性参数比较逦逡逑起始波长截止波长邋峰值响应逦峰值位置积分灵敏度逡逑曲线逡逑（ｎｍ）逦（ｎｍ）邋（ｍＡＡＶ）邋（ｎｍ）逦（（ｉＡ／ｌｍ）逡逑美国邋ＩＴＴ逦４４０逦９１５逦２７７．７逦８４０逦２３３０逡逑国产邋ＭＯＣＶＤ邋Ｔ２逦４００逦１０００逦２４３．８逦７６０逦２０２２逡逑国产邋ＭＯＣＶＤ邋Ｔ４逦４００逦１０００逦２４２．０逦７３５逦

【参考文献】