红外双波段景象仿真与测试系统的研究

红外双波段成像系统以其全天候环境适应和抗干扰能力，以及双波段信息量互补等特性，成为红外领域的研究热点。为了对红外双波段成像系统的性能进行准确的测试和评估，本文以红外光学及信号处理理论为基础，研制了DMD型红外双波段景象仿真器，研究了红外成像系统的性能特性和调制传递函数的测试方法，提出了基于系统参数模型的调制传递函数测试算法，开发了测试软件，实现了对长波红外系统、中波红外系统及长波/中波双波段红外系统的仿真评估和调制传递函数的快速测试。主要研究工作如下：1、利用数字微镜器件(DMD)的宽波段反射性质和谐衍射透镜独特的温度和色散特性，设计了一套基于数字微镜器件的消热差的3～5μm和8～12μm红外双波段景象投影和照明光学系统。探讨了红外双波段景象仿真器的投影和照明光学系统的设计方法，解决了大出瞳距、双波段复用的投影系统的像差校正问题和DMD的均匀照明问题，提高了分辨率和均匀性，采用无热化设计提高了系统的稳定性。2、采用频谱分析方法和线性系统理论，研究了光学成像过程，对采样成像系统的采样过程、插值输出及其包络进行了分析，求解了采样成像系统的采样插值调制传递函数。在空间域建立了红外成像系统的线性模型，由模型结构和参数可唯一地确定该光学成像系统。3、提出了基于系统模型的成像系统MTF测试算法，解决了传统方法在短数据序列情况下测试误差偏大的问题，为成像系统MTF测试提供了实用化的现场测试方法。使用小波多分辨率分析法去除图像中的趋势项，实现图像的自适应非均匀性校正，解决了现场测试中环境噪声的抑制问题。4、在VC++6.0环境下，利用微软的基本类库MFC和Windows文档/视图应用程序架构，采用面向对象的VC++和MATLAB混合程序设计，开发了MTF测试软件。景象仿真器与测试软件配合，实现了对红外双波段成像系统的仿真评估和调制传递函数的快速测试。