强高温干扰下的目标实时三维红外数字全息成像研究

Infrared digital holography is an interdisciplinary cross research of infrared thermal imaging and digital holography. It is a novel and rising state-of-the-art research field. This project is proposed to investigate the infrared digital holography of the affected target under the situation of flame and smoke. It will greatly make a breakthrough of the blind effect happens in the traditional infrared imaging under strong temperature interference, and in order to observe the target clearly. This project mainly contains three aspects：1. Real-time three dimensional lensless infrared digital holography technology of giant observing objects; 2. Reconstruction image quality improvment technology of infrared digital holography; 3. Strong adaptive real-time autofocusing technology of infrared digital holography. Our results would provide the theoretical and experimental evidence for real-life fire rescue work.

本课题是红外热成像和数字全息成像的交叉研究，是近年来兴起的新兴成像研究热点领域。本项目拟开展在火焰、浓烟等干扰条件下对受灾目标进行实时三维红外数字全息成像重建，突破强高温干扰对传统红外热成像的致盲效应限制，从而清楚的观察受灾目标。本课题主要内容包括三个方面：1）实时无透镜场景大物体红外数字全息三维成像技术研究。2）红外数字全息重建图像质量提升技术研究。3）强适应性红外数字全息重建距离实时自适应计算技术研究。本课题将为火灾搜救工作提供坚实的理论依据及技术支持。

本课题是红外热成像和数字全息成像的交叉研究，是近年来兴起的新兴成像研究热点领域。本项目拟开展在火焰、浓烟等干扰条件下对受灾目标进行实时三维红外数字全息成像重建，突破强高温干扰对传统红外热成像的致盲效应限制，从而清楚的观察受灾目标。本课题主要内容包括三个方面：1）实时无透镜场景大物体红外数字全息三维成像技术研究2）红外数字全息重建超分辨率技术研究。3）强适应性红外数字全息重建距离实时自适应计算技术研究。本课题将为火灾搜救工作提供坚实的理论依据及技术支持。本项目研究过程中需要使用高功率10.6μm二氧化碳激光器进行辅助照明，由于该波段的激光仍然处在非可见光波段，因此不会给战场环境带来主动发光源，不会造成目标暴露现象。但由于此时的观测环境中具有大面积的局部火焰及浓烟高温场景，因此必须要研究火焰及浓烟的吸收光谱特性。燃烧中产生的浓烟中心也具有不低于600-800℃的温度，加上火焰的高温，足以使红外热成像致盲，从而极大的降低搜救效率。燃烧产生的烟雾具有不同的红外吸收光谱，二氧化碳的红外吸收谱为2.7,4.4和15μm，水蒸气的红外吸收谱为1.4,1.9,2.7,6和17μm。此外，燃烧产生的浓烟之中的细小固体颗粒具有非常宽的连续红外吸收谱，几乎覆盖了整个可见光到红外大气窗口的所有频段，因此，这种浓烟通常情况下被认为是“灰体”（即对温度和波长的吸收率是独立的）。同时，燃烧时产生的烟灰红外辐射和热气流的红外辐射实际上与火焰的厚度密切相关：当火焰厚度较小，大约为<0.20m时，热气流的辐射占主要地位，而随着火焰厚度的不断增加，即火势的不断增大，烟灰辐射逐渐取代热气流辐射，并占据主要地位。本项目研究过程中，将针对不同燃烧介质引起的火焰及浓烟对照明激光光源及目标自辐射红外光的吸收光谱特性进行研究，从而为本项目后续的成像技术研究提供理论基础。