一种红外热像仪NETD与MRTD的快速测试方法与流程

本发明属于红外热像仪测试领域，特别涉及一种红外热像仪netd与mrtd测试快速检测技术。

背景技术：

红外热像仪是一种二维平面成像的红外系统。红外热像仪可以接收、识别和分析事物的红外辐射信号，并转换成电信号输出，从而度量红外辐射的强弱。红外热像仪利用红外探测器和光学成像物镜接受被测目标的红外辐射能量分布图形反应到红外探测器的光敏原件上，从而获得红外热像图。红外热像仪在军事、工业、医疗卫生、科学研究及环境检测等领域得到了广泛的应用。

噪声等效温差(netd)是红外热像仪静态性能的主要参数之一，客观反映热像仪对目标温度的探测灵敏度，可用于预测小温差点目标的探测距离。因此，准确地测量出红外热像仪的噪声等效温差对于评价热像仪的性能，以及指导改进红外热像仪的关键部件，即光电探测器的设计制造及工艺水平有着至关重要的作用。然而，在进行测量热像仪的噪声等效温差时，需要采集五个不同温度点下的探测器响应数据，导致在进行netd测试的过程中，需要使用不停更换黑体温度。因黑体升降温并达到稳定状态需要大量时间，所以传统的netd的测试时间长，降低了整个测试流程效率。

最小可分辨率温差(mrtd)是红外热像仪静态性能的主要参数之一，客观反映热像仪系统的热灵敏度特性，又反映了系统的空间分辨力。其常用被测靶标为四个方杆图形，在进行测量热像仪的最小可分辨率温差时，通过不断地更改黑体温度，来观测图像的清晰变化。这导致在进行mrtd测试的过程中，需要使用不停更换黑体温度，降低了整个测试流程效率。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提出一种红外热像仪netd与mrtd的快速测试方法，根据黑体线性温度变化与相应时间下红外热像仪的数据，推导红外热像仪对应帧数下的响应数据与黑体温度关系实现对netd与mrtd的测试，提高了netd与mrtd测试效率。

本发明采用的技术方案为：一种红外热像仪netd与mrtd快速测试方法，通过建立黑体温度与所采集到的探测器的数据帧数的对应关系，根据黑体温度所对应探测器的数据帧数，计算不同黑体温度对应的响应与噪声；从而计算netd与mrtd。

进一步地，黑体温度与所采集到的探测器的数据帧数的对应关系，具体为：黑体温度上升与所采集到的探测器的数据帧数的对应关系，其建立过程为：

a1、通过上位机控制系统将黑体设置为线性变温方式；

a2、通过上位机控制系统设置黑体温度为2k，待黑体温度稳定后，通过上位机控制系统设置黑体温度为1k，同时持续采集探测器数据，记录待黑体温度从2k稳定到1k时所采集到的探测器数据帧数f0；

a3、通过上位机控制系统设置黑体温度为2k，待黑体温度稳定后，通过上位机控制系统设置黑体温度为-2k，同时持续采集探测器数据，记录待黑体温度从2k稳定到-2k时所采集到的探测器数据帧数f1；

a4、根据线性关系，得到黑体温度每下降1k，采集到的探测器数据帧数增加f0。

更进一步地，黑体温度稳定为2k时，采集到的是探测器的第1帧数据；黑体温度从2k稳定到1k时，采集到的是探测器的第f0帧数据；黑体温度从2k稳定到0k时，采集到的是探测器的第2f0帧数据；黑体温度2k稳定到-1k时，采集到的是探测器的第3f0帧数据；黑体温度2k稳定到-2k时，采集到的是探测器的第4f0帧数据。

进一步地，计算netd时，还包括：根据不同黑体温度所对应探测器的数据帧数，计算该黑体温度对应的响应与噪声，具体为：分别根据采集到的探测器的第1帧数据、第f0帧数据、第2f0帧数据、第3f0帧数据、第4f0帧数据，各自取左右3帧数据进行平均计算，依次得到黑体温度稳定为2k、1k、0k、-1k、-2k时对应的探测器的输出信号电压；从而计算信号传递函数；

在黑体温度稳定为-2k时，还包括采集f帧的被测红外热像仪探测器的输出信号电压数据，用于计算探测器的噪声；

根据信号传递函数与探测器的噪声计算netd。

进一步地，当第一次计算mrtd时，其计算过程为：

b1、将靶标设为4杆靶标，将黑体设为0k，记录此时被测红外热像仪的探测器靶标区域下的第一输出信号电压与v0；

b2、将黑体升温至2k，待黑体温度稳定后，将黑体温度从2k逐步降低，使得进入平行光管的辐射信号辐射能量逐步降低，当4杆靶标马上不可见，即恰好不可看见4杆靶标每杆面积的75％和相邻两杆间面积的75％时，得到对应的黑体的第一温度，记录此时黑体第一温度与环境温度差△t+，记录此时的被测红外热像仪的探测器靶标区域下的第一输出信号电压与v0的电压差△v1；

b3、继续降低黑体温度，降低进入平行光管的辐射信号能量，直至冷杆出现时，得到对应的黑体第二温度，记录此时黑体第二温度与环境温度差△t-，记录此时的被测红外热像仪的探测器靶标区域下的第二输出信号电压与v0的电压差△v2；从而计算对应的mrtd。

更进一步地，当再次计算mrtd时，其计算过程为：

将黑体温度从2k连续降低至-2k，并采集被测红外热像仪的连续帧的信号电压数据；当靶标可以满足左右两侧为半月靶与4杆靶时，其过程可以与netd测试同时进行计算；通过采集到的信号电压数据，当被测红外热像仪的探测器靶标区域下的第三输出信号电压与v0的电压差与△v1相等时，根据此时探测器采集帧数与黑体温度关系计算得到对应的黑体第三温度，记录此时黑体第三温度与环境温度差；当被测红外热像仪的探测器靶标区域下的第四输出信号电压与v0的电压差与△v2相等时，据此时探测器采集帧数与黑体温度关系计算得到对应的黑体第四温度，记录此时黑体第四温度与环境温度差；从而计算对应的mrtd。

本发明的有益效果：本发明的方法通过获取黑体线性变温与相应时间下红外热像仪的数据，推导红外热像仪对应帧数下的响应数据与黑体温度关系，利用黑体连续温度变化下特定帧的红外热像仪的响应数据进而计算出netd，而不需要依次等待黑体五次温度点的温度稳定过程，测量时间相对于现有技术大大缩短，并且显著提高了netd的测试效率；同时利用对应帧数下的响应数据与黑体温度关系，计算出对应电压差下的黑体温度，而不需要等待黑体温度稳定，显著提高了mrtd测试效率。

附图说明

图1为本发明的netd快速测试方法流程图；

图2为本发明的mrtd快速测试方法流程图；

图3为本发明实施例提供的红外热像仪netd与mrtd快速测试装置的结构示意图；

其中，1为黑体、2为平行光管、3为红外热像仪、4位上位机。

具体实施方式

为便于本领域技术人员理解本发明的技术内容，下面结合附图对本发明内容进一步阐释。

如图1所示本发明提供一种netd快速测试方法，包括如下步骤：

步骤1：预处理

将黑体设置为线性温度变化方式；

将靶标设置为半月靶；

利用黑体控制器将黑体设置为2k，等待黑体温度稳定；

利用黑体控制器将黑体设置为1k，并同时持续采集探测器数据，等待黑体温度从2k稳定到1k，并记录此时所采集到数据帧数为f0帧。

步骤2：数据采集

利用黑体控制器，将黑体温度设置为2k，等待黑体稳定，当黑体稳定后，将黑体设置为-2k，并同时持续采集探测器数据，等待黑体温度稳定为-2k，保存黑体降温期间采集到的f1帧数据。

黑体温度为-2k并稳定后，再采集一组f帧的被测红外热像仪的信号电压数据，用于计算噪声vn。

步骤3：数据计算

根据上面预处理得到的黑体温度上升与帧数关系，得到黑体温度每下降1k，这期间探测器共采集f0帧数据，所以当黑体温度从2k降温至稳定的2k，1k，0k，-1k，-2k时，探测器对应采集到的数据总的帧数分别为1、f0、2f0、3f0、4f0；那么当黑体温度稳定在2k，1k，0k，-1k，-2k时，探测器所采集到的数据分别为第1帧，第f0帧，第2f0帧，第3f0帧，第4f0帧，本发明通过取这些帧左右3帧数据进行平均，得到黑体五个温度点下对应探测器的信号电压数据；

利用上述采集到的探测器半月靶区域下的输出信号电压。根据公式(1)进而计算噪声(vn)：

其中，k表示影响因子，默认值为1；f表示t0温度下的采集帧数，默认情况下取100；t0表示温度为-2k时的温度；vds[(i,j),to,f]表示在黑体温度t0条件下，探测器输出信号电压；表示在黑体温度t0条件下，探测器输出信号电压均值；i表示探测器阵列采集到的信号电压矩阵中某个信号电压的横坐标，j表示探测器阵列采集到的信号电压矩阵中某个信号电压的纵坐标。

利用各温度点下半月靶区域下的输出信号电压，通过最小二乘法计算出拟合曲线，然后根据公式(2)计算信号传递函数(sitf)：

式中：δt表示黑体温差，即-2k与2k的温差；δvs表示对应黑体温差的信号响应差，即拟合曲线-2k与2k下的信号电压的电压差；

根据公式(3)计算最终netd；

如图2所示，本发明的mrtd测试过程为：

通过黑体改变温度，当4杆靶标马上不可见时，记录对应温度点与环境温度差△t+，并记录此时对应信号电压r1；再逐步降低黑体温度，直到冷杆出现时记录对应温度点与环境温度差△t-，并记录此时对应信号电压r2；利用公式(4)计算mrtd。

这里的4杆靶标马上不可见时，具体为：观察者恰好不可看见4杆靶标每杆面积的75％和相邻两杆间面积的75％时。

再次测试mrtd时，利用第一次测试获取的r1与环境温度下的电压v0之差△v1，r2与环境温度下的电压v0之差△v2。将黑体温度从2k连续降低至-2k，并采集被测红外热像仪的连续帧的信号电压数据；通过采集到的信号电压数据，当被测红外热像仪的探测器靶标区域下的第三输出信号电压与v0的电压差与△v1相等时，根据此时探测器采集帧数与黑体温度关系计算得到对应的黑体第三温度，记录此时黑体第三温度与环境温度差△t+；当被测红外热像仪的探测器靶标区域下的第四输出信号电压与v0的电压差与△v2相等时，据此时探测器采集帧数与黑体温度关系计算得到对应的黑体第四温度，记录此时黑体第四温度与环境温度差△t-；根据国标《gjb2340-95》算出对应mrtd。

式中：f表示对应空间频率；cor(tba)表示环境温度修正系数；τ表示光学通道的透过率

这里的4杆靶标马上不可见时，具体为：可看见4杆冷杆靶标每杆面积的75％和相邻两杆间面积的75％时。

本发明的netd与mrtd快速测试方法，尤其适用于如图3所示的没有dmd的红外热像仪netd与mrtd快速测试装置。

本发明可以通过上位机控制，使画面一侧产生netd测试所需的半月靶，画面另一侧产生mrtd所需的四杆靶；当靶标左右两侧分别为半月靶与4杆靶时，可以同时进行netd与mrtd的测试。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。