系统与设计

• 红外目标模拟器调焦准直光学系统设计

  刘方;胡煜;王律;孟合民;袁良;陶忠;郑雅卫;王曼;王希骋;王松林;许增奇;

  为了满足导引头等光电探测设备在更宽工作温度范围下的目标模拟需求，同时为了匹配不同工作距离的被测光电设备能获取清晰的模拟目标场景，提出了一种基于二次成像的无热化设计的可调焦目标模拟器准直投影设计方案。通过对光学材料参数进行细致分析匹配，采用3种红外光学材料组成5片透镜组，并加入场镜以压缩光束口径，在中继镜组中设置调焦镜组及精密机械结构。实现了0℃～40℃工作温度下，工作波段8～12μm、出瞳距850 mm、出瞳口径115 mm、圆视场8°的红外目标模拟器设计，同时被测光电设备适配工作距离为目标模拟器出瞳前方170 m到无穷远及出瞳后方170 m到无穷远，系统各视场调制传递函数（Modulation Transfer Function）在36.5 pl/mm时优于0.33（设计值），畸变小于0.35%。该目标模拟器加工装调后实测结果表明各项指标达到设计要求且透过率达到75.59%。

  2025年11期 v.47;No.395 1339-1346页 [查看摘要][在线阅读][下载 633K]
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• 红外光学系统的中心偏差分析及调校方法

  贾赞;管照阳;王宏波;沈若曦;李晶;杨帆;罗娜;李云伟;杨锡柱;钱程;王正强;邓大政;

  对红外光学系统的中心偏差开展分析，构建中心偏差分析流程，并提出相应的装调方法。首先，对红外光学系统的中心偏差的成因初步解构为光学元件的子午和弧矢方向的倾斜变化与平移变化，并将该变化量通过公差的形式，与光学性能指标——调制传递函数（Modulation Transfer Function,MTF）以及光轴漂移量建立关系，得到各光学元件公差引起的空间姿态与理想系统光轴之间的差异，并根据差异的大小，评估各光学元件对MTF的贡献度以及对系统光轴的影响程度，建立各光学元件的灵敏度表。根据各光学元件的灵敏度结果，以系统指标要求的光轴漂移量为分析点，利用蒙特卡罗（Monte Carlo）计算引擎对各光学元件以及组件的各种姿态组合进行计算，得出光学元件在满足指标要求下的公差限。根据以上的分析结果，提出基于光轴偏移校正和光学元件位置调整的调校方法，该方法利用中心偏测量仪实时监测敏感元件的中心偏差，并通过有效的光轴偏移校正和元件位置调整，使光学系统的中心对准光轴。通过实验验证，证明了该调校方法能够有效减小中心偏差，提高红外光学系统的性能和图像质量。

  2025年11期 v.47;No.395 1347-1356页 [查看摘要][在线阅读][下载 959K]
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• 大气参数对航空发动机红外辐射特性影响规律研究

  邰会强;王博宇;张安琪;李益文;李瑶;赵会妮;李恒;张百灵;

  航空发动机红外辐射特性测试是获取发动机真实辐射特性的唯一手段。为研究在地面测试时，大气参数变化对红外辐射特性测试的影响规律，提出发动机辐射特性稳定的大气参数变化范围。本文以温度、H_2O气体浓度、压力为典型大气条件，采用发动机稳态性能计算方法，建立部件级发动机模型，通过将成熟商用CFD流场计算软件和自主开发的红外辐射特性数值计算软件相结合的仿真方法，研究了在3～5μm中波波段，不同大气参数变化对航空发动机红外辐射特性的影响情况。结果表明：当大气温度在253.15～273.15 K、H_2O气体浓度在0.001～0.004、压力在0.95～1倍标准大气压范围内变化时，航空发动机红外辐射强度与各个大气参数的增加量呈正相关趋势，因此在该范围内取较小的大气参数对测量航空发动机红外辐射特性干扰最小。

  2025年11期 v.47;No.395 1357-1364页 [查看摘要][在线阅读][下载 881K]
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• 红外相机双目立体视觉系统标定方法

  李翔;梁文宏;赵文森;朱慧慧;雷世舟;

  针对传统红外相机标定方案中标定板结构复杂、成本较高或辐射边界模糊等问题，提出一种主动式圆孔点阵热红外双目立体标定系统。标定系统由热源系统和标定板组成，标定板为非对称PVC孔洞板，结构简单、制作成本低，高、低温辐射区域边界清晰。本文还以重投影误差为评判标准，分析了标定板圆孔间距、圆孔数量、圆孔直径和标定距离4个方面对红外相机标定效果的影响。实验结果表明，圆孔间距60 mm左右、圆孔数量36、圆孔直径30 mm左右的标定板标定效果最佳，标定图像平均重投影误差为0.06 pixels。该标定方案兼具实用性与经济性，适用于高、低分辨率红外相机立体视觉系统的高精度标定。

  2025年11期 v.47;No.395 1365-1371页 [查看摘要][在线阅读][下载 887K]
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• 结构光式双目视差计算精度影响的仿真方法

  杨兴梅;靳项天;李慧玲;李守业;胡茂海;

  实际光学系统的复杂性、环境、设备、光源及传统图像匹配困难等因素对双目视差的计算精度影响大且精度难以有效验证。针对上述问题，本文提出了一种不同的结构光模式的双目视差计算精度影响的建模仿真方法并设计仿真系统。在仿真系统中，对球体建模并对小球模型实现点、网格线、横向和纵向条纹等不同模式结构光的照明仿真。应用局部视差BM(Block Matching)算法和半全局视差匹配SGBM(Semi-Global Block Matching)算法分别计算上述4种结构光纹理下的小球视差。利用得到的视差信息进行深度计算获得估计的小球半径并通过对小球划分估计深度区域的思路来分析测量精度差异。实验结果表明：该仿真方法和划分深度区域思路有效可行，并且相对其它照明模式，横向条纹面结构光具有更优的可靠性、稳定性，且随着横向条纹面结构光纹理条纹空间频率提高，小球半径测量准确率呈上升趋势。

  2025年11期 v.47;No.395 1372-1381页 [查看摘要][在线阅读][下载 1111K]
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材料与器件

• 非均匀离散化有限差分法应用于InAs/GaSb超晶格微带计算

  蒋志;周旭昌;杨晋;孔金丞;

  基于k·p微扰理论的8带Kane模型和Lüttinger-Kohn模型是计算锑化物二类超晶格微带结构的有效手段，常用于锑化物二类超晶格材料和器件结构设计。在8带k·p模型基础上用非均匀离散化有限差分法构建长波InAs/GaSb超晶格和中波InAs/GaSb超晶格的总矩阵。通过计算超晶格总哈密顿矩阵的本征值对超晶格在波矢空间的E-k关系进行数值求解，得到长波InAs/GaSb超晶格和中波InAs/GaSb超晶格在波矢空间高对称点附近的微带（mini-band）结构。其中中波和长波超晶格的有效带隙分别为0.247 eV和0.109 eV，与均匀网格离散化方案的计算结果一致，并与以相同超晶格结构作吸收层的器件100%截止波长测试结果一致。非均匀网格离散化方案与均匀网格离散化方案相比，在保证精算准确性的前提下，能显著提升InAs/GaSb超晶格微带结构的数值计算效率。

  2025年11期 v.47;No.395 1382-1389页 [查看摘要][在线阅读][下载 663K]
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图像处理与仿真

• 一种红外和可见光融合图像的道路目标检测方法

  李松;史涛;崔杰;井方科;

  为了实现在自动驾驶过程中目标密集和背景复杂场景中的道路目标检测，提出了一种改进YOLOv7tiny的检测算法。首先，使用SiLU激活函数代替原网络中的Leaky ReLU来增强模型特征提取能力；其次，增加小目标检测层以提高检测精度，并通过引入感受野增强模块来捕捉多尺度信息；最后，将主干网络改进为基于密集通道压缩的特征凝聚结构，提高正向传播特征的纯度，同时增强了反向传播中的梯度流。结合不同成像方式的优点，在红外和可见光图像融合数据集上进行实验，结果显示：改进算法的F1分数为80.6、m AP@50为84%、m AP@50-95为51.2%，相对基线模型分别提升了3%、4.6%和3.6%。改进算法能够有效地提高道路目标检测精度，改善漏检和误检问题。

  2025年11期 v.47;No.395 1390-1397页 [查看摘要][在线阅读][下载 698K]
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• 基于YOLOv7的光学遥感图像目标检测

  杨莉;尹诗琦;王婷婷;

  针对光学遥感图像目标检测中目标尺度差异大和背景复杂造成的检测困难问题，本文提出一种基于YOLOv7的光学遥感图像目标检测算法，该算法分别对特征提取和特征融合过程进行了优化。首先，引入CNN和Transformer相结合的特征提取模块以更好地捕捉图像的全局信息；然后，设计双向融合结构增强浅层特征与深层特征的融合效果。实验结果表明，该方法的mAP@0.5在NWPU VHR-10数据集和RSOD数据集上分别达到96.6%和97.6%，较YOLOv7算法提升了3.2%和4.2%，有效提高了遥感图像目标检测的精度。

  2025年11期 v.47;No.395 1398-1405页 [查看摘要][在线阅读][下载 927K]
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• 基于自注意力特征交互的红外与可见光图像融合方法

  管芳景;蒋琦炜;罗晓清;金琦淳;

  现有多传感器图像融合方法存在层次特征融合不充分、解耦的互补特征难以鉴别的问题，为此本文提出了一种基于自注意力特征交互的红外与可见光图像融合方法。该方法在孪生分支上约束深层特征的相似性，促使多层级多尺度的互补特征通过交互模块进行合理的交换与融合。具体地，交互模块利用跨模态注意力机制计算多模态图像之间的局部特征不相似度，并以此作为特征的交互系数实现上下分支特征的交互。但是不相似度量易受噪声、伪影等信息影响，误判其为互补信息。由于该类信息对于本模态图像较为孤立，本方法通过计算全局自注意力系数判别该类信息。最终的交互系数由跨模态注意力系数与全局自注意力系数两部分组成，可以有效地提取互补特征。同时，为了保证融合特征的完整性与一致性，本方法提出特征循环一致性损失对融合特征进行约束，促使融合图像具备更丰富的源图像信息。为适应融合场景的多样性，本文提出了一种基于掩码与池化的融合损失函数。通过在TNO、RoadScene等数据集上与其他State-of-the-Art方法进行主客观指标比较，检验了本文方法的优越性。

  2025年11期 v.47;No.395 1406-1414页 [查看摘要][在线阅读][下载 926K]
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• Swin Transformer与卷积神经网络的协同图像融合网络

  王嘉帅;易诗;姚淋;陈梦婷;伍朗;

  将红外与可见光图像融合可以获得既突出物体又能展示丰富纹理细节的融合图像。鉴于传统融合方法对人工设计的依赖，以及主流的卷积神经网络进行特征提取的融合方法无法有效提取全局特征等问题，本文提出了Swin Transformer与卷积神经网络的协同图像融合网络。以Swin Transformer为组件，构成Swin Transformer Block模块进行图像的全局特征提取，将提取的全局特征输入到嵌有卷积神经网络的多层次融合模块中进行局部特征提取，使提取的特征既保留局部信息又保留全局上下文信息。此外，通过引入交互融合模块实现跨模态特征互补，最终融合特征通过图像重构模块生成融合图像。基于TNO和RoadScene数据集与8种经典方法进行对比实验。客观上融合指标上，相较于其它现有模型，在信息熵、标准差、空间频率以及多尺度结构相似性度量指标上取得了显著提升。主观上视觉效果方面，本文方法有效保留了红外图像中的热辐射信息以及可见光图像中的细节纹理信息，融合效果更佳。

  2025年11期 v.47;No.395 1415-1426页 [查看摘要][在线阅读][下载 2474K]
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• 基于YOLOv10n的轻量化无人机航拍目标检测模型

  廖晓娟;唐锡雷;

  针对无人机航拍图像目标检测中计算资源受限和多尺度小目标检测难度大，基于YOLOv10n模型，提出一种轻量化检测模型YOLOv10n-CIG。首先，设计C2f-CW(C2f with convolutional wise)替换C2f模块，通过结合部分卷积和逐点卷积优化计算资源，提升推理速度并增强多尺度特征融合效果。其次，去除Backbone的最后一次下采样层，并改进SPPF为SPPF-IP(SPPF with involution parallel structure)，以保留小目标的细粒度空间信息，进一步提高多尺度特征融合性能。最后，引入了基于组卷积的轻量化检测头GHead(GConv Head,GHead)，通过优化组卷积参数，使得检测精度、模型大小与推理速度之间达到了平衡。实验结果表明，YOLOv10n-CIG模型相较于原YOLOv10n模型而言，在mAP50上提升了5.3%，在模型大小上减少了1.12 MB，在推理速度上，分别在Ubuntu和Jetson提升59 FPS和9 FPS。与当前主流算法相比，YOLOv10n-CIG在各项指标上综合表现较好。

  2025年11期 v.47;No.395 1427-1434页 [查看摘要][在线阅读][下载 895K]
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无损检测

• 基于改进YOLOv8的光伏组件缺陷红外图像检测算法

  李冰;王玉莹;杜喜英;翟永杰;

  无人机航拍的光伏组件红外图像存在着对比度弱、缺陷形状各异、尺度变化大等问题。针对上述问题提出了基于改进YOLOv8的光伏组件缺陷检测算法。首先，在Backbone和Neck中分别引入InceptionNext模块，通过分解大核深度卷积获取更加丰富的上下文信息；其次，引入SPD(space-todepth)模块，通过空间到深度方向的特征重组实现下采样，减少特征信息的丢失，加强对小目标缺陷的特征学习能力；最后，在Neck中引入极化自注意力（Polarized self-attention）机制，捕捉不同尺度特征层上的关键特征信息，自适应调整不同通道组之间的权重，增强特征表示能力。实验结果表明，所提算法的mAP_(50)达到79.2%,mAP_(50:95)达到44.5%，较基线模型分别提高了8.6%、10%，能够有效提高光伏组件缺陷的检测精度。

  2025年11期 v.47;No.395 1435-1443页 [查看摘要][在线阅读][下载 1656K]
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• 基于YOLOv8n改进的太阳能电池板缺陷检测

  高航;祁云嵩;

  随着太阳能技术的快速发展，高效的太阳能电池片缺陷检测方法变得至关重要。传统的缺陷检测方法由于精度不足，难以满足工业应用的需求，特别是在检测微小或细微缺陷方面表现不佳。针对这一问题，本文提出了一种基于改进的YOLOv8n算法，通过引入新的结构和损失函数来提高检测效果。首先，本研究设计了C2f＿RVB模块，该模块采用RepViTBlock技术优化了特征表达能力，并有效减少了模型参数。通过增强深层特征的表达，C2f＿RVB模块显著提升了对小目标缺陷的识别精度。其次，引入的TFE模块通过改善多尺度特征融合，增强了模型在检测微小缺陷方面的能力。此外，本文还采用了SSFF-Dysample模块，结合DySample动态上采样技术，进一步优化了模型处理不同尺度特征的能力。最后，采用了Slide loss作为损失函数，优化了模型对难以识别样本的学习效率，尤其是在处理高度不均匀的缺陷分布时更为有效。经过实验验证，改进后的YOLOv8n模型在精度、召回率和平均精确率上分别比原始模型提高了6.7%、8%和8.5%，检测速度达到了221.7 FPS，充分满足了太阳能电池片缺陷检测的高效率和高精度需求。这些改进不仅提高了模型的性能，也为太阳能电池片缺陷检测提供了一种新的技术路径。

  2025年11期 v.47;No.395 1444-1450页 [查看摘要][在线阅读][下载 760K]
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• YOLOv8-PV：改进YOLOv8的红外图像光伏故障检测算法

  张振;杨雁南;

  针对光伏热斑检测中存在的背景复杂、小尺寸目标多等问题造成的漏检、误检问题，提出一种改进的YOLOv8-PV热斑检测算法。该算法通过引入BiFormer动态稀疏注意力机制、优化CDM(CBS Module , Maxpool and Depthwise Convolution)下采样方法、改进Bi-PAN-FPN特征融合网络，有效地减少了特征图的信息损失，增强了网络分辨率和感受野，提高了模型检测精度和泛化能力，降低了热斑小目标的漏检率。实验结果表明，该算法在热斑数据集上的平均精度达98.2%，远高于Cascade R-CNN、RetinaNet、YOLOX主流目标检测算法，充分证明了本文模型的有效性和优越性。

  2025年11期 v.47;No.395 1451-1457页 [查看摘要][在线阅读][下载 884K]
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微光技术

• 基于时间片轮询法的自动门控像增强器自动亮度控制系统设计及实现方法

  左加宁;周盛涛;李亚情;李晓露;杜培德;褚祝军;朱航;邓长宝;何俊;张立昀;高天礼;

  为实现具备多任务快速调度处理功能的自动门控像增强器自动亮度控制，设计了一种基于时间片轮询法的自动门控像增强器自动亮度控制系统。该系统集成在高压电源内，由微控制器、阳极微电流采样模块、高压产生模块、微通道板高压输出模块和阴极高压脉冲输出模块构成。系统软件采用时间片轮询法的程序设计架构，实现了结合像增强器增益温度补偿功能和外部亮度调节功能。实测此自动亮度控制系统强光响应时间为4.95 ms，强光稳定时间为398.18 ms，同时系统具备良好线性度的外部亮度调节功能，增益温度补偿功能可保证高低温与常温时增益偏差最大偏差不超过0.69%。系统设计方案的可靠性和实用性满足自动门控像增强器自动亮度控制功能的要求，为后续像增强器自动门控电源自动亮度控制系统设计提供了设计参考。

  2025年11期 v.47;No.395 1458-1465页 [查看摘要][在线阅读][下载 858K]
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• 中国兵器科学研究院（昆明物理研究所）2025年研究生招生简章

  <正>昆明物理研究所2025年招收学术型博士和硕士研究生，招生单位名称是：中国兵器科学研究院（昆明物理研究所），单位代码：83104。昆明物理研究所始建于1958年，隶属于中国兵器工业集团有限公司，是国内专业从事红外及微光技术研究的骨干研究所之一。2010年昆明物理研究所、国营298厂、北方夜视技术股份有限公司重组成立北方夜视科技研究院集团有限公司，愿景是为人类开创“新视界”，致力于成为全球光电感知技术的引领者，以科技创新创造多维度的崭新视觉，用优异的质量和服务，推动人类社会的安全与发展，

  2025年11期 v.47;No.395 1466-1467页 [查看摘要][在线阅读][下载 1787K]
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