制冷型红外成像系统内部杂散辐射测量方法

杂散辐射是红外光学系统设计和检测过程中涉及的一项重要指标.为了定量测量红外成像系统内部杂散辐射, 提出一种基于辐射定标的测量方法, 并通过理论推导和实验验证以说明该方法的合理性.首先, 建立了不带光学系统的辐射定标模型, 即探测器直接接收定标源辐射能, 获得探测器内部因素对系统输出的影响; 然后将其与带有光学系统的定标结果进行比较, 得到由光学系统自身辐射对系统输出的影响, 进而计算红外成像系统内部杂散辐射; 最后通过实验证明了本文理论的正确性.该方法操作简单, 对实验条件要求低, 并可以精确地测量红外成像系统内部杂散辐射.可用于指导红外系统设计中的杂散辐射抑制, 验证系统杂散辐射分析结果是否准确以及检测系统杂散辐射指标是否合格.     

Compensation to the output drift for cooled infrared imaging systems at various ambient temperatures

A method is proposed to compensate the output drift for cooled infrared imaging systems at various ambient temperatures. By calibrating the cryogenic infrared detector which absorbs the radiant flux of blackbody directly, the internal factors can be obtained. Then, by combining the calibration result of infrared imaging system at an arbitrary ambient temperature, the output drift can be calculated and compensated at various integration time and ambient temperatures. Experimental results indicate that the proposed method can eliminate the effect of ambient temperature fluctuation on the system output efficiently.     

大口径、宽动态范围红外测量系统辐射定标方法

现有的大口径、宽动态范围红外测量系统的辐射定标需要制备大口径红外平行光管,该方法机动性差且成本较高。为了解决这一问题,提出了一种基于内、外定标修正的辐射定标新方法。该方法通过切换反射镜将中、高温腔型黑体辐射引入红外光学系统,并对部分光路进行中、高温段的内定标;使用面源黑体对全系统进行中、低温段的外定标;提取公共温度范围的内、外定标数据并处理以获取内、外定标之间的修正系数;对中、高温段的内定标数据进行修正可以获取全系统在中、高温段的辐射定标数据,结合外定标结果就得到了全系统、宽动态范围的辐射定标数据。使用该定标方法对某Φ400mm口径的红外测量系统进行辐射定标,并根据定标结果反演黑体的辐射亮度和温度,辐射亮度反演的最大误差为1.35%,温度反演的最大误差为0.76℃,实验结果证明了该定标方法的有效性。     

根据环境温度进行红外成像系统漂移补偿

采用红外成像系统进行目标辐射特性测量时,环境温度变化引起的输出灰度漂移是一项重要的误差来源。通过研究环境温度对制冷型红外成像系统输出灰度的影响机理,提出了一种直接根据环境温度对输出灰度漂移进行补偿的方法。分析了红外成像系统灰度漂移来源,推导了漂移量与环境温度的函数关系,建立了理论模型,并在此基础上提出一种简便的漂移修正方法。通过辐射定标实验对该方法的有效性进行验证,结果表明,提出的方法不仅保证了红外系统测量精度,而且在系统线性响应范围内可以直接通过计算实现任意积分时间下的漂移补偿,提高了辐射定标和测量效率。     

红外小目标辐射测量方法

进行辐射测量时,目标尺寸过小或者距离很远都会导致其在红外探测器上成像面积较小以至于不能作为扩展源直接测量,另外目标成像往往占据多个像元,因此也无法作为传统意义上的点源处理。为解决这一问题,在现有的点源目标测量方法的基础上,提出了一种针对红外小目标的辐射特性测量方法。通过实验和理论分析研究了小目标成像特征,说明其辐射测量与扩展源的不同;通过对目标成像区域去除背景辐射推导小目标辐射测量公式;利用中波红外成像系统进行小目标的辐射测量实验,实验结果证明了该方法的有效性。     

环境温度对红外辐射测量精度的影响及修正

为了提高靶场红外系统的辐射特性测量精度,找出外场复杂环境温度变化对测量精度的影响并进行相应地修正。首先,建立了红外系统辐射定标的数学模型,模型中包含杂散辐射噪声影响和内部暗电流噪声的影响。接着,通过在高、低温箱内进行辐射定标实验,找出环境温度变化对辐射定标模型中各参数的影响。实验结果表明:环境温度改变引起的杂散辐射变化对辐射特性测量精度有较大影响。同时发现,环境温度变化时,杂散辐射引起的探测器像元灰度输出变化量近似等于实测的全系统像元灰度变化量,最后根据这一结论提出一种简易的适合外场应用的红外系统辐射定标数据修正方法,采用这种方法,以70℃黑体为目标,在0~50℃的温度范围内,黑体温度测量误差的均方根由0.8℃降低到0.095℃。在不增加操作难度的同时,大大地提高了外场红外辐射特性测量精度。     

宽动态范围红外辐射测量系统快速定标算法

红外辐射测量系统的宽动态范围定标通常是在多个温度点下,设置多个积分时间并适当加入衰减片的方式实现的。其不仅效率低、耗时长、成本高且影响整个红外辐射测量系统实时性和机动性。对此,在考虑积分时间的定标模型基础上,提出宽动态范围快速定标方法。只需调节一次积分时间和一次温度即得到宽动态范围任意积分时间的定标方程。利用400 mm红外辐射测量系统对快速定标方法的定标精度、测量精度进行验证。实验结果表明:快速定标方法与直接定标结果之间最大误差为2.75%,该方法外场测量时最大辐射测量误差为11.69%,相比传统辐射测量最大误差不超过1.52%。说明快速定标方法能有效地保证系统辐射定标精度,提高辐射测量系统的定标效率,缩短定标时间,实现对系统宽动态范围任意积分时间的定标。整个辐射测量过程实时性好,操作简单、易实现且可靠性高,适应针对外场条件下红外辐射特性测量系统的要求,外场测量结果也说明快速定标可以直接应用于靶场目标的红外辐射测量任务中。     

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.     

中波红外探测器辐射定标的简化方法

为了提高红外辐射定标效率,提出了简化的辐射定标方法。首先,提出带有积分时间变量的辐射定标数学模型,通过探测器像元响应灰度值随积分时间的变化曲线以及随黑体辐射亮度的变化曲线确定了辐射定标模型的具体形式,并介绍了模型中各参数的物理意义。接着,在不同环境温度下进行辐射定标实验,绘出辐射定标模型中各未知参数随环境温度的变化曲线,实验结果验证了辐射定标模型的正确性。然后,在这个模型的基础上提出了简化的辐射定标模型,即使用一元线性回归分析方法选择两个定标点,在两个典型的积分时间下采集这两个定标温度点的共四幅图像,经处理即可获取辐射定标模型的各未知参数。最后对通过辐射定标模型计算得到的辐射定标数据与实际定标获取的辐射定标数据进行比较分析。实验结果表明:计算值与定标值之间的误差优于1%。辐射定标模型准确,可以极大地提高辐射定标的效率。     

大气与环境影响分析的红外比色测温方法

传统的比色测温法通常利用可见光和近红外波段,对距离较近的高温目标具有较高的测量精度,而对距离较远的中低温目标无法精确测量。针对传统比色方法适用局限性,提出考虑大气和环境影响的红外比色测温方法,建立基于中波红外相机的比色测温实验系统。首先使用标准黑体进行中波红外相机和比色系统单波段定标;然后推导加入环境辐射参数的比色测量模型,进而建立新的目标辐射亮度比值与目标温度间的函数关系;最后,进行了实验室内自制灰体目标温度测量实验,验证了提出方法的可行性。实验表明:在实验温度范围内,温度绝对误差和相对误差分别小于4 ℃和6.7%,目标辐射亮度测量精度高于10%,考虑大气与环境影响的比色测温方法可实现中低温目标温度精确测量。