采用单元探测器的新型红外成像制导技术研究

本课题针对我国在焦平面红外成像技术研究领域的劣势，采用国内技术成熟的红外单元探测器，通过MEMS器件（微反射镜阵列）进行光学调制，将投射到DMD器件上的目标影像转换为串行输出，依次照射到红外单元探测器，产生目标红外辐射信号序列，根据特殊图像处理方式重构目标图像。该图像处理方式突破了焦平面成像导引头采用的"先全幅图像采集，再图像处理，提取导引信息"的方式，将图像处理算法直接向前延伸到导引头对目标的探测阶段。根据目标运动和红外辐射的连续性等特征，由算法控制光学调制器件有针对性的获取导引头瞬时视场中特定区域的红外辐射信息，增加红外探测器输出信号中重要性高信息的比例，减少了对重要性低的背景信息的采集和处理，结合光学调制方式和图像识别跟踪算法，重构出目标红外图像，并输出导引信息。与焦平面成像和光学机械扫描方式相比，该成像技术不存在非均匀性，对图像处理硬件运算速率要求低，同时可扩展到多光谱探测。

本课题基于压缩传感理论，提出了一种基于单元探测器的红外成像技术方案，引入DMD微反射镜阵列作为核心器件，并构建了试验验证硬件系统，进行了图像抽样算法和图像重构算法的调试。项目的主要成果可归纳为以下几点：.1）完成了DMD芯片高速驱动电路的设计和调试；在超净防震环境中对DMD芯片的可见光波段的玻璃窗口进行了红外窗口的更换。使其可工作在红外中波波段，从而为试验验证系统的构建奠定基础。该成果还可用于DMD红外目标模拟器的研制。.2）完成了基于压缩传感理论的测量矩阵设计。比较了几种常用的测量矩阵方案，对其进行了数字仿真，根据性能的优劣，找到了最优的测量矩阵方案，即哈达玛模板编码方案，给出了哈达玛模板编码的物理硬件实现方式和哈达玛hadamard模板编码矩阵的构成方式。.3）开展了单元探测器红外成像制导图像重建算法研究，在常用的稀疏信号重建算法中筛选出适合于压缩感知的信号重建算法，该算法能够利用通过压缩感知方法得到少量的成像数据，实现了原始图像的高分辨率重建。.4）完成了单元探测器红外成像验证系统的设计和搭建。计算机每个周期生成一个哈达麻矩阵，控制DMD微反射镜阵列进行光学调制，将投射到DMD器件上的目标热辐射转换为串行输出，依次照射到红外单元探测器，产生目标红外辐射信号序列，采用基于GPSR的梯度投影算法重构目标图像。.5）针对单元探测器红外成像方案的帧频很低的缺点，提出了基于多路复用原理的研究思路，通过透镜阵列复用一块焦平面成像阵列，结合图像处理机控制算法，可实现大视场跟踪、小视场精确跟踪及高分辨率成像多种模式。