紅外成像仿真
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2026-01-04
紅外成像仿真的實例教程
引 言
隨著紅外探測技術(shù)的快速發(fā)展，在農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、軍事領(lǐng)域都得到廣泛的應(yīng)用。在 19 世紀(jì)中葉，紅外探測技術(shù)開始應(yīng)用于天文學(xué)研究，到 20 世紀(jì)開始，紅外技術(shù)快速發(fā)展，逐漸引進(jìn)至軍事應(yīng)用，在多次軍事行動中表現(xiàn)突出。目前，美國研發(fā)的設(shè)備最高分辨率可達(dá)到 0.001 ℃。
由于艦船熱尾流所處環(huán)境比較復(fù)雜，需要考慮各種影響因素，采集大量的實驗數(shù)據(jù)，但時刻變化的環(huán)境很難實現(xiàn)在某一特定環(huán)境背景下進(jìn)行多次實驗。因此，本文研究了粗糙海面紅外傳輸特性，建立紅外輻射傳輸模型，模擬仿真粗糙海面及潛艇尾跡高度場分布，綜合考慮輻射傳輸過程中多種影響因素，最終模擬出不同海洋背景及不同探測高度的紅外輻射亮度分布。
海面尾跡成像
潛艇尾跡
潛艇在航行中會對海面造成一定影響，形成一條范圍廣并且很難消去的尾跡，艦船的尾跡主要由海表尾跡、湍流尾跡和內(nèi)波 3 種組成，其中海表尾跡可以最為直觀地被觀測到。本文利用 Kelvin尾跡模型模擬海面尾跡，該模型是目前尾跡模型中相對比較成熟的模型，將尾跡簡化為分歧波和橫斷波 2 類波組成，尾跡呈 V 字形展開，屬于重力波的一種，尾跡結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。
圖 1 Kelvin 尾跡波形特征
紅外成像映射模型
在針對某海域成像時為了圖像更加真實立體，需要建立仿真坐標(biāo)系，并且需要進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。坐標(biāo)系統(tǒng)示意圖如圖 2 所示。
圖 2 紅外成像模擬仿真坐標(biāo)系統(tǒng)成像原理示意圖
熱尾流紅外成像仿真計算
如圖 3 所示，本文采用建模仿真的方法，基于尾流區(qū)海平面散度和高度特征，結(jié)合三維坐標(biāo)變換和投影映射方法實現(xiàn)熱尾流目標(biāo)的成像仿真過程。
展開 性能優(yōu)化
通過 OAS 專項功能針對性解決紅外物鏡傳統(tǒng)設(shè)計痛點：針對紅外波段像差校正難題，啟用軟件像差自動校正與多配置優(yōu)化算法，結(jié)合 MTF、點列圖、波前圖等分析工具，優(yōu)化透鏡面形參數(shù)與紅外光學(xué)材料組合，實現(xiàn)色差、球差的精準(zhǔn)抑制，邊緣視場成像清晰度顯著提升；
針對紅外雜散光干擾問題，利用 OAS 雜散光分析模塊，識別透鏡表面反射、鏡筒內(nèi)壁散射及紅外熱輻射等干擾源，優(yōu)化遮光結(jié)構(gòu)設(shè)計并增設(shè)消雜光涂層，大幅降低雜散光對成像的影響；針對環(huán)境適應(yīng)性弱問題，通過 OAS 光機(jī)熱耦合仿真，迭代優(yōu)化透鏡與鏡筒的材料匹配及結(jié)構(gòu)設(shè)計，有效抵消溫度變化帶來的結(jié)構(gòu)變形，保障全溫域下的成像穩(wěn)定性。
紅外物鏡
惠更斯PSF
點列圖
波像差圖
總結(jié)
本案例通過 OAS 光學(xué)軟件的光機(jī)熱一體化建模、多目標(biāo)像差校正與雜散光優(yōu)化功能，成功突破傳統(tǒng)紅外物鏡的設(shè)計瓶頸，實現(xiàn)了高分辨率、強(qiáng)環(huán)境適應(yīng)性的紅外物鏡方案設(shè)計。相較于傳統(tǒng)設(shè)計流程，OAS 的跨尺度仿真能力大幅縮短了研發(fā)周期，降低了原型制作與測試成本，驗證了方案的可靠性與實用性。該方案為紅外物鏡的性能升級與場景化應(yīng)用提供了高效、精準(zhǔn)的技術(shù)支撐，助力紅外成像系統(tǒng)在各領(lǐng)域的技術(shù)迭代與應(yīng)用拓展。
展開 微光成像技術(shù)
微光夜視技術(shù)又稱像增強(qiáng)技術(shù)，是通過帶像增強(qiáng)管的夜視鏡，對夜天光照亮的微弱目標(biāo)像進(jìn)行增強(qiáng)，以供觀察的光電成像技術(shù)。微光技術(shù)是光電高新技術(shù)中的重要組成部分。在微光夜視產(chǎn)品中，圖像增強(qiáng)器是核心器件，利用圖像增強(qiáng)器將夜空中微弱的自然光，如月光、星光、大氣灰光增強(qiáng)幾百倍、幾萬倍達(dá)到使人眼能夠進(jìn)行遠(yuǎn)距離觀察的程度。黃綠光是人眼最敏感的波長，因此，這種顏色的熒光屏常常被應(yīng)用到增像器上。我們在電影電視里看特種部隊進(jìn)行夜視成像時，夜視鏡頭里的圖景呈現(xiàn)黃綠色就是因為這個原因。
紅外成像技術(shù)
紅外夜視技術(shù)分為主動紅外夜視技術(shù)和被動紅外夜視技術(shù)。主動紅外夜視技術(shù)是通過主動照射并利用目標(biāo)反射紅外源的紅外光來實施觀察的夜視技術(shù)，對應(yīng)裝備為主動紅外夜視儀。被動紅外夜視技術(shù)是借助于目標(biāo)自身發(fā)射的紅外輻射來實現(xiàn)觀察的紅外技術(shù)，它根據(jù)目標(biāo)與背景或目標(biāo)各部分之間的溫差或熱輻射差來發(fā)現(xiàn)目標(biāo)。其裝備為熱成像儀。現(xiàn)階段監(jiān)控攝像機(jī)裝備的都是主動紅外系統(tǒng)，對被動紅外系統(tǒng)的應(yīng)用還較少。
微光成像技術(shù)優(yōu)點
微光成像技術(shù)之所以被各國軍隊大量應(yīng)用在夜視上，是因為它的全面性。該技術(shù)相比紅外技術(shù)，不需要紅外燈發(fā)射紅外線、不需要被觀測物體必須有熱量。從而很好的適應(yīng)軍隊在不同環(huán)境下作戰(zhàn)。選擇紅外成像技術(shù)，第一得考慮紅外燈的損耗和維護(hù)，第二要考慮被觀測物體是否自身含有熱量。而微光成像技術(shù)不需要考慮這么多，只需借助自然光即可達(dá)成夜視效果。同時，微光夜視儀圖像清晰、體積小、重量輕、價格低、使用和維修方便、不易被電子偵察和干擾，應(yīng)用范圍廣，這些也是紅外夜視成像不可比擬的。
微光成像技術(shù)的缺點
微光成像技術(shù)的缺點在于易受周邊環(huán)境影響。如怕強(qiáng)光，具有暈光現(xiàn)象。在遇到強(qiáng)光的時候夜視儀無法進(jìn)行觀測，觀測者會感到眩暈。
展開 OAS 光學(xué)軟件 | 紅外冷反射案例分析
01前言
在紅外光學(xué)系統(tǒng)中，冷反射現(xiàn)象是影響成像質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)部低溫表面反射紅外輻射并干擾探測器正常接收信號時，會產(chǎn)生雜散光，導(dǎo)致圖像出現(xiàn)偽影、對比度下降等問題，嚴(yán)重影響紅外熱成像系統(tǒng)的探測精度與可靠性。
因此，有效分析和抑制紅外冷反射，對提升紅外光學(xué)系統(tǒng)性能至關(guān)重要。OAS 光學(xué)軟件憑借其強(qiáng)大的光學(xué)仿真與分析功能，為解決此類問題提供了高效的技術(shù)手段。
02案例描述
在制冷型紅外熱成像系統(tǒng)中，冷反射抑制面臨兩大核心難點：一是如何準(zhǔn)確識別和量化各光學(xué)表面對冷反射的貢獻(xiàn)程度；二是在保證關(guān)鍵性能指標(biāo)的前提下，對冷反射進(jìn)行有效抑制。
針對這一難點，本文提出一種基于 OAS 光學(xué)軟件的紅外冷反射全鏈路分析方案：系統(tǒng)以長波紅外熱成像鏡頭為研究對象，涵蓋模型構(gòu)建、光源精確配置、光線追跡、數(shù)據(jù)分析及優(yōu)化設(shè)計等多個環(huán)節(jié)。
方案的核心在于利用 OAS 軟件的非序列光線追跡技術(shù)，建立從光源到探測器的全鏈路仿真模型，精準(zhǔn)鎖定冷反射的主要貢獻(xiàn)面，進(jìn)而對相關(guān)光學(xué)表面進(jìn)行針對性優(yōu)化。
03冷反射現(xiàn)象的形成機(jī)理
冷反射效應(yīng)源于制冷型紅外系統(tǒng)中探測器與外殼之間的巨大溫差。在紅外熱成像系統(tǒng)中，制冷探測器通過前面光學(xué)表面的反射，使探測器探測到自身的像，形成邊緣亮而中心暗的黑斑現(xiàn)象，被稱為“冷反射”現(xiàn)象。
其物理機(jī)制可歸納為：制冷型探測器的探測度較非制冷型高出1至2個數(shù)量級，這使得系統(tǒng)對微弱信號變化極為敏感。當(dāng)光學(xué)鏡片的鍍膜抗反射性能不完善時，殘留的熱輻射從每個鏡片表面返回，部分殼體熱輻射也到達(dá)探測器，從而形成可辨別的對比度差異。
探測器除了接收正常成像的景物輻射外，還通過光學(xué)鏡片表面的微弱反射，接收到本身及周圍低溫腔冷環(huán)境的影像，形成冷像。
展開 紅外雜散光案例分析
簡介
在紅外成像系統(tǒng)的設(shè)計中，雜散光始終是制約成像質(zhì)量的核心問題。紅外波段的雜散光易源于光學(xué)元件反射、機(jī)械結(jié)構(gòu)漫反射及遮光設(shè)計缺陷，直接導(dǎo)致成像對比度下降、信噪比降低，甚至出現(xiàn)偽影，影響目標(biāo)識別精度。本案例基于 OAS 光學(xué)軟件，針對某緊湊型紅外成像系統(tǒng)開展雜散光模擬與分析，旨在定位關(guān)鍵干擾源、量化其影響，并為結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支撐，助力提升系統(tǒng)實用可靠性。
案例設(shè)置與操作
光源配置
采用 8-14μm 中波紅外平行光源，模擬遠(yuǎn)距離目標(biāo)輻射或環(huán)境紅外入射場景；光源半孔徑設(shè)為 15mm，與系統(tǒng)入射光瞳匹配；能量分布采用 300K 黑體輻射模型，貼合常溫環(huán)境背景，確保模擬場景的真實性。
模型構(gòu)建
創(chuàng)建2片鍺材料紅外平凸透鏡，表面粗糙度 0.02μm。使用初始遮光罩、鋁合金鏡筒，通過布爾運(yùn)算實現(xiàn)精準(zhǔn)裝配。透鏡暫未鍍膜，鏡筒內(nèi)壁未做遮光處理，暴露潛在雜散光風(fēng)險。
探測器設(shè)置
選用紅外輻射探測器，采樣分辨率 512×512 像素；子光線代數(shù)設(shè)為 3，提升雜散光捕捉靈敏度；勾選 “雜散光路徑記錄” 與 “反向追跡” 功能，便于溯源干擾源頭。
遮陽板的三維追跡圖
總結(jié)
本案例借助 OAS 實現(xiàn)了紅外雜散光的精準(zhǔn)分析：光機(jī)一體化建模確保幾何精度，反向追跡高效鎖定干擾源，可視化功能為優(yōu)化提供方向。經(jīng)優(yōu)化，雜散光占比明顯下降，成像對比度提升。充分驗證了 OAS 在紅外系統(tǒng)設(shè)計中的實用性，為安防、遙感、醫(yī)療紅外設(shè)備研發(fā)提供可靠支撐。
展開 
紅外成像仿真的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
紅外成像仿真的最新內(nèi)容
OAS 光學(xué)軟件 | 菲林式投影燈案例分析
01/前言
菲林式投影燈是一種基于透鏡成像原理的投影設(shè)備，廣泛應(yīng)用于汽車迎賓、品牌標(biāo)識投射等場景，其結(jié)構(gòu)與膠片電影放映機(jī)相似，核心由聚光系統(tǒng)、菲林片載體與成像鏡頭組構(gòu)成。傳統(tǒng)設(shè)計常存在成像模糊、圖案畸變、亮度不均及雜散光干擾等問題，影響投影質(zhì)量。
02/案例描述
本案例基于 OAS 光學(xué)軟件，通過序列與非序列光線追跡
OAS 光學(xué)軟件 | 紅外冷反射案例分析
01前言
在紅外光學(xué)系統(tǒng)中，冷反射現(xiàn)象是影響成像質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)部低溫表面反射紅外輻射并干擾探測器正常接收信號時，會產(chǎn)生雜散光，導(dǎo)致圖像出現(xiàn)偽影、對比度下降等問題，嚴(yán)重影響紅外熱成像系統(tǒng)的探測精度與可靠性。
因此，有效分析和抑制紅外冷反射，對提升紅外光學(xué)系統(tǒng)性能至關(guān)重要。OAS 光學(xué)軟件憑借其強(qiáng)大的光學(xué)仿真與分析功能，為解決此類問題提供了高效的技術(shù)手段
簡介
DMD 投影燈是以數(shù)字微鏡器件為核心的高精度數(shù)字光學(xué)投影系統(tǒng)，通過光源準(zhǔn)直勻化、DMD 芯片像素級光調(diào)制及投影物鏡成像的協(xié)同設(shè)計，實現(xiàn)數(shù)字信號到高清光影的精準(zhǔn)轉(zhuǎn)換，可顯著提升投影畫面分辨率、對比度與亮度均勻性。本案例依托 OAS 光學(xué)軟件完成 DMD 投影燈全鏈路建模、光線追跡與性能優(yōu)化，驗證系統(tǒng)照明均勻性、成像質(zhì)量及雜散光抑制水平，為工程化設(shè)計提供可靠仿真依據(jù)。
案例設(shè)置與操作
AR眼鏡成像案例分析
簡介
AR 眼鏡成像系統(tǒng)是實現(xiàn)虛實融合顯示的核心載體，由微顯示光機(jī)、衍射光波導(dǎo)、光柵耦合器等核心元件構(gòu)成，其光學(xué)性能直接決定近眼顯示的清晰度、視場角與沉浸式體驗。本案例依托 OAS 光學(xué)軟件，針對 AR 眼鏡成像系統(tǒng)開展全流程光學(xué)仿真分析，精準(zhǔn)模擬光路傳輸特性與元件光學(xué)表現(xiàn)，量化核心性能參數(shù)與干擾因素影響規(guī)律，
AR眼鏡成像案例分析
簡介
AR 眼鏡成像系統(tǒng)是實現(xiàn)虛實融合顯示的核心載體，由微顯示光機(jī)、衍射光波導(dǎo)、光柵耦合器等核心元件構(gòu)成，其光學(xué)性能直接決定近眼顯示的清晰度、視場角與沉浸式體驗。本案例依托 OAS 光學(xué)軟件，針對 AR 眼鏡成像系統(tǒng)開展全流程光學(xué)仿真分析，精準(zhǔn)模擬光路傳輸特性與元件光學(xué)表現(xiàn)，量化核心性能參數(shù)與干擾因素影響規(guī)律，為 AR 眼鏡成像系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計提供科學(xué)、精準(zhǔn)的仿真依據(jù)。
摘要：電阻抗成像（Electrical Impedance Tomography, EIT）是一種無創(chuàng)的體內(nèi)電導(dǎo)率分布重建技術(shù)，廣泛應(yīng)用于心肺功能監(jiān)測等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。為實現(xiàn)更貼近生理狀態(tài)的心臟動態(tài)仿真，本研究構(gòu)建了一個可參數(shù)化的三維心臟模型，并通過 COMSOL Multiphysics 與 MATLAB 平臺聯(lián)合實現(xiàn)仿真。模型在心臟表面布置了24個電極，支持多組電流激勵與電壓采集；同時，通過正弦函數(shù)表達(dá)式實現(xiàn)對心臟收縮周期的模擬
紅外物鏡案例分析
簡介
紅外物鏡作為紅外成像系統(tǒng)的核心光學(xué)部件，通過大口徑前組聚光透鏡、中間像差校正鏡組及后組聚焦鏡組的協(xié)同配合，實現(xiàn)紅外波段光線的會聚與像差校正，可有效抑制色差、球差等光學(xué)像差，是紅外熱成像、紅外探測及安防監(jiān)控等領(lǐng)域的關(guān)鍵器件。本項目基于 OAS 光學(xué)軟件，通過光機(jī)熱一體化建模與多維度性能優(yōu)化，構(gòu)建高性能紅外物鏡方案，突破傳統(tǒng)紅外物鏡設(shè)計中像差校正難
紅外雜散光案例分析
簡介
在紅外成像系統(tǒng)的設(shè)計中，雜散光始終是制約成像質(zhì)量的核心問題。紅外波段的雜散光易源于光學(xué)元件反射、機(jī)械結(jié)構(gòu)漫反射及遮光設(shè)計缺陷，直接導(dǎo)致成像對比度下降、信噪比降低，甚至出現(xiàn)偽影，影響目標(biāo)識別精度。本案例基于 OAS 光學(xué)軟件，針對某緊湊型紅外成像系統(tǒng)開展雜散光模擬與分析，旨在定位關(guān)鍵干擾源、量化其影響，并為結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支撐，助力提升系統(tǒng)實用可靠性
電光調(diào)制器，一種通過外部手段改變材料折射率的光電子器件，常用于電信號與光信號轉(zhuǎn)換過程。現(xiàn)實當(dāng)中電光調(diào)制器種類繁多，諸如鈮酸鋰基的電光調(diào)制器、硅基的電光調(diào)制器、基于等離子共振色散的電光調(diào)制器等等。然而，這些調(diào)制器原理不一樣，這造就了分析調(diào)制器的原理和方法不能放之四海而皆準(zhǔn)，必然是針對具體問題要采用特定的方法和技巧。考慮到硅基電光調(diào)制器的成熟工藝，下文將展現(xiàn)仿真硅基電光調(diào)制的整個流程。后面若有機(jī)會再分享鈮酸鋰基電光調(diào)制器和基于等離子共振色散的電光調(diào)制器
紅外冷反射案例分析
簡介
在紅外光學(xué)系統(tǒng)中，冷反射現(xiàn)象是影響成像質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)部低溫表面反射紅外輻射并干擾探測器正常接收信號時，會產(chǎn)生雜散光，導(dǎo)致圖像出現(xiàn)偽影、對比度下降等問題，嚴(yán)重影響紅外熱成像系統(tǒng)的探測精度與可靠性。因此，有效分析和抑制紅外冷反射，對提升紅外光學(xué)系統(tǒng)性能至關(guān)重要。OAS 光學(xué)軟件憑借其強(qiáng)大的光學(xué)仿真與分析功能，為解決此類問題提供了高效的技術(shù)手段
