MRTD高精度测试和校准技术研究

围绕红外热像仪成像参数MRTD（最小可分辨温差）测试问题开展研究，介绍了MRTD的测试方法以及MRTD测试装置—红外热像仪评估系统的工作原理，详细分析了MRTD测试过程中，红外热像仪测试位置、差分黑体温差、差分黑体发射率和光学系统几何像差等因素对测试结果的影响。针对这些问题，提出了采用红外扫描辐射计对红外热像仪评估系统温差进行校准的方法，利用该方法对某空间频率下热像仪MRTD进行测试，并给出了测试结果，为热像仪MRTD参数准确测试提供参考。     

Johnson准则在红外成像系统外场识别性能评估中的应用

通过对外场观测的红外图像进行反演,获取了目标的临界尺寸和目标与背景的平均温差.以热成像系统的测试最小可分辨温差曲线为基础,确定了反演目标表观温度对应的空间频率,并结合Johnson准则和目标传递概率函数建立了实测目标图像与热成像系统探测识别性能的数学模型.该应用技术在外场识别性能评估中避免了人员对红外靶标图像的主观判读,可建立起客观的外场红外系统性能评估模型.对外场实测热图像及数据进行了实验,计算结果表明该模型可以有效地对红外成像系统的探测识别性能进行评估.     

Johnson准则在红外成像系统外场识别性能评估中的应用

通过对外场观测的红外图像进行反演,获取了目标的临界尺寸和目标与背景的平均温差.以热成像系统的测试最小可分辨温差曲线为基础,确定了反演目标表观温度对应的空间频率,并结合Johnson准则和目标传递概率函数建立了实测目标图像与热成像系统探测识别性能的数学模型.该应用技术在外场识别性能评估中避免了人员对红外靶标图像的主观判读...     

红外成像系统最小可分辨温差影响因素分析

针对某多波段共口径长焦距反射式红外成像系统最小可分辨温差(minimum resolvable temperature difference,MRTD)在实验室条件下的测试结果偏离设计值这一现象,从MRTD的定义入手,详细梳理了观察频率响应、视觉角、采样相位传递函数等因素对MRTD测试结果的影响,重点分析了采样相位对红外系统静态和动态MRTD的影响情况,论证了空间频率在0.6f_N-0.9f_N区间内,静态MRTD测试值会偏离设计值。最后,通过实验室测试验证了采样相位传递函数是影响红外成像系统MRTD的主要因素。     

基于AOTF的多光谱红外成像系统MRTD测试技术研究

为了实现红外多光谱成像系统光谱维MRTD测试,获取更多的目标背景信息,提出基于声光可调谐滤波器（AOTF）的多光谱成像系统静态性能测试平台的设计。在（3~5）m波段范围内,采用设计搭建的静态性能测试平台完成了红外带内波段的细分,并在各个细分波段上分别对空间频率2.546 lp/mm、1.273 lp/mm、0.849 lp/mm和0.632 lp/mm的标准靶进行了MRTD测试。实验结果表明,得到的光谱维MRTD测试结果与理论结果一致,验证了测试平台的可靠性和测试方法的可行性。     

微光和红外融合装备分辨力测试方法研究

在对微光装备分辨力测试和红外装备MRTD测试系统进行分析的基础上,提出了微光和红外融合装备的分辨力测试方案,利用现有的红外MRTD测试系统,通过改造光源、光源的入射光路和靶板,建立了微光与红外融合图像的图像分辨力测试系统,并对该方案进行了分析。分析结果表明,改造后的测试系统同时实现对红外的反射和对微光的透射,对红外温差的测量精度接近0.01 K,对微光照度的测试精度可以达到1 lx, 对融合图像分辨力的测试满足1/62≈0.891的倍数递减要求。     

目标辐射特性现场校准用大面积黑体辐射源技术研究

红外成像技术在空间探测、对地观测、安防监控等领域的应用越来越广,为了确保红外目标识别的准确性,必须掌握目标的辐射特性。目标辐射特性需要在外场实际条件下测量得到,需要利用大面积黑体辐射源对目标特性测量设备进行现场辐射参数校准。设计了一种大面积黑体辐射源,辐射体采用铝材质并发黑处理,大面积黑体辐射源温度控制采用PID控制算法。在外场实际环境温度为26.8 ℃,湿度为60%时对目标特性测量设备辐射参数进行了校准。试验数据表明:辐射温度测量不确定度为0.4 ℃（k=2）,取得了较好的应用效果。     

外场用红外目标模拟器辐射特性测量研究

野外便携式红外目标模拟器作为红外目标辐射源,广泛应用于各军兵种武器装备的效能测试评估中.针对外场模拟辐射源不能精确标定的问题,采用标准面源黑体和红外傅里叶光谱辐射计相结合标定的方法,对红外模拟器特定温度下的光谱辐亮度进行测量,计算出感兴趣波段的积分辐亮度,根据模拟器辐射面积给出用户需要的模拟器各设定温度下的辐射强度.分析计算表明:计算出的感兴趣波段的积分辐亮度值和理论曲线相比较,取得了良好的一致性,间接验证了该方法的正确性.     

高量值红外辐射照度校准技术研究

主要研究了1 000 W/m2以上红外辐照度测量仪的校准问题。针对红外辐照度测试仪实际使用情况，讨论了配备和未配备光学系统的测量仪校准方法，对于每种类型的辐照度测量仪给出了不同校准架构的校准算法。提出了利用高亮度大口径辐射源进行高量值辐照度的校准原理，组建了一套实验室专用的高量值红外辐照度校准装置，利用3 000 ℃腔式黑体和800 ℃大尺寸面源黑体进行了实际校准，给出了校准结果。最后讨论了现有高量值红外辐射照度校准方法的改进方向。     

采用低温面源黑体实现红外系统宽动态范围定标

针对大口径地基红外辐射测量系统在辐射定标时存在定标时间长、成本高和设备机动性差等缺点,提出一种仅采用低温面源黑体实现红外系统宽动态范围定标的方法.首先对红外系统中的衰减片进行标校,测量其实际透过率并计算其辐射量;然后采用低温面源黑体在两个积分时间下分别进行辐射定标,根据定标结果解算系统响应率、杂散辐射和探测器自身偏置;结合标校获得的衰减片特性对低温定标结果进行外推,即可获得宽动态范围定标结果.为验证该定标方法有效性,分别采用该方法和通用的高温黑体加大口径平行光管定标法,对Φ600mm红外系统进行宽动态范围辐射定标实验.实验结果表明:本文方法的宽动态范围定标误差小于10.25%,能够满足该系统的辐射定标精度要求.该方法只需要一个低温黑体即可实现红外系统的外场宽动态范围辐射定标,操作简单、实时性强,具有一定的应用价值.     

单黑体温控的热成像仪MRTD野外在线自动检测技术研究

为满足红外热像仪MRTD野外在线全自动检测要求,设计了一种新型MRTD检测方法。硬件采用单黑体温差控制技术,在减小检测设备体积质量的同时保证了黑体目标与环境背景的温差控制精度,采用串口通信控制与CCD图像采集处理等技术有机结合实现温差控制及图像采集处理的协调统一;在软件上采用优化的处理算法精确地提取目标及背景区域,并利用不同温差下目标与背景区域的灰度差计算出被测热像仪MRTD参数值。经实验检验,该结果与人眼观测所得结果误差在002℃以内,研制出的检测设备具有结构简单、体积及质量小、操作简便等优点。     

不同非均匀性校正温度的红外测温技术

为使制冷型中波红外热像仪在不同环境温度下经过非均匀性校正后保持较高的测温精度,研究了考虑非均匀性校正温度效应的中波红外热像仪标定模型。利用不同温度的面源黑体对热像仪进行非均匀性校正,然后对黑体目标进行测温实验,获得了不同校正温度下热像灰度与黑体辐射亮度之间的变化关系,建立了目标的测温数学计算模型,最后对测温结果进行误差分析。结果表明：在不同校正温度下,热像灰度相对非均匀校正辐亮度的漂移可做线性化处理,且与目标温度变化无关。在非均匀性较低的测温范围内热像仪的测温误差小于±0.22 ℃,极大减小了制冷型中波红外热像仪在不同校正温度下非均匀性校正后的测温误差。     

最小可分辨气体浓度的等效测试评价方法

最小可分辨气体浓度(MRGC)是最新提出的一种客观评价气体泄漏红外成像检测系统的性能参数, 但MRGC测试系统较为复杂. 本文首先推导建立了MRGC的数学模型, 然后在比较MRGC与常规热成像系统的最小可分辨温差(MRTD)性能参数模型原理以及测试方法的基础上, 依据最小可分辨辐射响应差相等的条件, 提出了一种气体泄漏红外成像检测系统的MRGC等效测试评价方法, 并对乙烯气体进行了MRGC的直接测量与等效测试结果的比较. 结果表明两者具有较好的一致性, 是一种可行的普适测试方法. 由于等效测试法只需常规MRTD 测试结果及气体红外光谱数据库, 方法简单可靠, 具有推广应用价值, 对气体泄漏红外成像检测系统的研发和应用具有重要的意义.     

反射式电寻址红外切变聚合物网络液晶空间光调制器

为了给高帧频红外成像导引头半实物仿真提供高帧频、宽光谱、大动态范围的红外场景,利用切变聚合物网络液晶(SPNLC)电光调制机理制作了反射式电寻址SPNLC空间光调制器.通过LabView编写控制程序,利用计算机并口数据寄存器和控制寄存器为译码放大电路提供写入信号,驱动SPNLC盒各像素,实现红外图像的显示.实验得到厚度为13 μm的反射式电寻址红外SPNLC空间光调制器,当入射辐射的黑体温度为300℃,驱动电压为60 V时,测得样机所显示的几幅长波红外图像(8 μm～12 μm) 的帧频为100 Hz,输出最大温差大于15℃.     

30℃～420℃黑体温度控制及自整定研究

作为红外标准光源,要求30℃～420℃黑体能快速升温到设定温度点,并保持温度稳定。针对其升降温功率差别大、滞后大等特点,用开关控制冲击响应自整定方法,得到黑体温升超调量、最大升降温速率等参数,采用复合智能温控策略,实现了30℃～420℃黑体温升前期快,接近设置温度时改以渐进方式达到并稳定在设定温度点。实验结果表明,实现了30℃～420℃黑体无超调地到达设定温度点,且稳定性为±0.03℃/min,该指标达到了国际同类产品水平。