一种靶板及光电系统分辨率测试方法与流程

本发明涉及光电系统分辨率检测技术领域，尤其涉及一种靶板及光电系统分辨率测试方法。

背景技术：

传统的光电系统检测方法和装置一般是基于黑体或者灰体与靶条之间的温度差异来进行，这种方式因为要精准控制黑体或者灰体与靶条之间的温差，所以仅适用于实验室环境的检测，不能用于室外或者周围有辐射源干扰的复杂环境。光电系统分辨率包含两部分，一部分是温度分辨率，即最小可分辨温差(mrtd)，另一部分空间分辨率。专利cn105547496a公布了一种最小温度分辨力测试装置及其测试方法。此发明采用组合式多矩形空腔结构的表观温度温差发生装置，这种结构的发生装置可以作为近似灰体辐射源，且每个单元表面的发射率不同，通过组合单元形成不同发射率分布的混合表面。在特定的温度范围和光谱范围，此发明具有灰体辐射特性，不仅能够解决温差调节问题，还可用作红外成像系统性能测试的靶标、材料发射率测量的参考物。但是，这种靶标仅适用于实验室环境的检测，不适用于野外复杂辐射环境测试。专利cn103256862b公布了一种光电系统快速自校准用标准综合靶板及其测量方法，其靶板是用在金属膜上刻蚀三角形分布通孔阵列填充微纳米显示粉构成，测试时，靶板放置在被测光电系统的光学系统的远场，光电系统瞄准标准靶发射激光，标准综合靶板的图案反射激光光斑图像且瞬时辐射可见光、红外的激光光斑图像，被测光电系统接收并存储数字图像，计算数字图像中通孔及三角形互补阵列的几何中心和直线长度，与理论值比对获得光电系统的数字图像校正函数、分辨率、照射精度、跟踪角速度、跟踪精度参数。这种靶板结构的好处在于方便快速对准，并且集成了可见光和红外的测试靶标。但是，因为金属膜随温度变化而辐射亮度会随之改变，这样形成的红外靶图样的对比度不恒定，不能够准确测量红外光电系统的mrtd参数。

靶标作为光电系统检测功能和参数的标准，目前已经广泛用于各类光电系统的检测中。但绝大部分适用于只能室内实验室环境，特别是红外谱段光电系统的检测，能够用于野外复杂辐射环境的靶标很少。或者即使能够实现检测，也存在室外或者周围有辐射源干扰使检测数据不准确的问题。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本发明提出了一种通过自身温控和采用不同发射率的材料作为基板和靶条，利用相同温度下基板和靶条辐射发射能力的差异来实现在室内、室外、野外环境条件下对红外波段的光电系统分辨率进行快速检测的技术方案。

本发明的目的可通过以下技术措施来实现：

本发明第一方面提供了一种靶板，该靶板包括用于提供靶板均匀稳定的温度环境的自动温控模块、设于所述自动温控模块上的第一区域以及设于所述第一区域上的第二区域，所述第一区域和所述第二区域的红外辐射发射率不同，所述第一区域和所述第二区域共同构成所述靶板的工作区域；需要说明的是，在本发明中，第一区域可以为基板或靶条，第二区域也可以为基板或靶条，只要第一区域的材料与第二区域的材料的红外辐射发射率不同，两者之间能够形成一定的发射率差异即可。

优选地，所述自动温控模块包括测温元件和温度控制元件，所述第一区域与所述温度控制元件连接，所述测温元件用于测量第一区域温度，所述温度控制元件用于根据测温元件的测量结果对所述第一区域进行升温或降温。

优选地，所述第二区域与所述第一区域的红外辐射发射率差异为0.05～0.99。

更优选地，所述第二区域与所述第一区域的红外辐射发射率差异为0.69～0.99。

优选地，所述第二区域通过导热胶连接在所述第一区域的表面上；和/或

所述第二区域通过镀膜或涂覆的方式设于所述第一区域的表面上；和/或

所述第二区域填充在对所述第一区域的表面刻蚀后形成的刻蚀区域中。

优选地，所述靶板还包括基底，所述基底与所述第一区域连接，所述自动温控模块通过所述基底对第一区域进行升温或降温，所述基底通过导热胶与所述温度控制元件连接；和/或

所述温度控制元件设于所述基底中。

优选地，所述测温元件为热电偶、热电阻或热敏电阻中任意一种；和/或

所述温度控制元件为半导体制冷器件、高阻值金属膜层、非金属半导体膜层、量子隧道材料膜层或电阻丝中的任意一种。

优选地，所述第一区域的材料为金、石墨、木材或金铜混合物中的任意一种；和/或所述第二区域的材料为铬、铜、金、铁或黑漆中的任意一种。

本发明第二方面提供了一种光电系统分辨率测试方法，应用于上述任一项所述的靶板，包括：

通过自动温控模块调节第一区域和第二区域的温度，在不同温度下，分别测量所述第一区域的辐射亮度和所述第二区域的辐射亮度；

根据所述第一区域和所述第二区域的辐射亮度差与温度的关系绘制对比度标准曲线；

设置第一辐射亮度差，根据所述对比度标准曲线计算第一辐射亮度差对应的第一温度；

通过自动温控模块调节第一区域和第二区域的温度为第一温度，用待测试光电系统分别测量第一温度下所述第一区域和所述第二区域的辐射亮度，根据测量结果计算第一温度下所述第一区域和所述第二区域的辐射亮度的实际辐射亮度差；

根据实际辐射亮度差对所述光电系统进行校正。

优选地，在第一区域和第二区域的辐射亮度的测试过程中，以铂凝固点黑体的辐射亮度作为基准对靶板的辐射亮度进行标定。

更优选地，所述“通过自动温控模块调节第一区域和第二区域的温度为第一温度”的步骤包括：

当所述环境温度高于所述第一温度时，对所述靶板进行降温；当所述环境温度低于所述第一温度时，对所述靶板进行升温。

与现有技术相比，本发明提供的靶板不仅适应实验室环境的红外光谱段光电系统的分辨率检测，还能适应室外或野外复杂辐射环境中对红外光谱段光电系统的分辨率检测，不受环境中其他热辐射源影响，提高了检测数据的准确性；本发明提供的测试方法简单、对比度精确可控，测试精度高。

附图说明

图1是本发明实施例提供的第一种靶板结构示意图；

图2是本发明实施例提供的第二种靶板结构示意图；

图3是本发明实施例提供的第三种靶板结构示意图；

图4是本发明实施例提供的第四种靶板结构示意图；

图5是本发明实施例提供的第五种靶板结构示意图；

图6是本发明实施例提供的以铂凝固点黑体的辐射亮度作为基准对靶板的辐射亮度进行标定的流程图；

图7是本发明实施例1提供的金和铬膜的辐射亮度差与温度的关系曲线图；

图8是本发明实施例2提供的石墨和铜膜的辐射亮度差与温度的关系曲线图；

图9是本发明实施例3提供的木材和金膜的辐射亮度差与温度的关系曲线图；

图10是本发明实施例4提供的木材和铁膜的辐射亮度差与温度的关系曲线图；

图11是本发明实施例5提供的金铜混合物和黑漆膜的辐射亮度差与温度的关系曲线图；

图12是本发明实施例提供的一种靶板装置。

图中：1、靶条；2、基板；3、基底；4、自动温控模块；5、第一机构；6、第二机构；7、可调节三角架；8、靶板；9、外壳。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了使本揭示内容的叙述更加详尽与完备，下文针对本发明的实施方式与具体实施例提出了说明性的描述；但这并非实施或运用本发明具体实施例的唯一形式。实施方式中涵盖了多个具体实施例的特征以及用以建构与操作这些具体实施例的方法步骤与其顺序。然而，亦可利用其它具体实施例来达成相同或均等的功能与步骤顺序。

本发明提供了一种靶板，请参阅图1至图5所示，该靶板从下到上依次包括自动温控模块4、基板2以及设在基板2表面上的靶条1，靶条1与基板2的红外辐射发射率不同，也就是说：所述靶条和基板在材料成分、材料晶体结构、材料厚度、材料表面状态中的一个或者几个不同。靶条1和基板2共同构成测试面。自动温控模块4包括测温元件和温度控制元件，该测温元件用于测量基板温度，并反馈给温度控制元件，温度控制元件根据反馈的结果对基板进行升温或降温；在本发明的一些实施例中，测温元件的测试精度控制在0.2℃以内。

为了使得基底受热更均匀和稳定，在本发明的一些实施例中，如图1和图5中所示，在基板2和自动温控模块4之间还设有基底3，基底3由能够产生红外辐射的材料制成，基板2通过导热胶与基底3连接，而基底3通过导热胶与温度控制元件连接，因此自动温控模块4通过基底3为基板2提供均匀且稳定的温度控制，值得说明的是，基底3与温度控制元件也可以直接接触。在本发明的另一些实施例中，如图2中所示，温度控制元件集成在基底中，基底与自动温控模块一体化集成形成第一机构5，使得靶板的结构更简单化；在本发明的还有一些实施例中，如图4中所示，基底与基板合二为一形成基底板，基底板与自动温控模块一体化集成形成第二机构6，基底板与靶条1的红外辐射发射率不同。

本发明提供的靶板是基于基板与靶条之间的较大发射率差异，以使得在相同温度下靶条与基板之间具有一定的辐射差异来实现对红外波段的光电系统分辨率进行检测。根据本发明的一些实施方式，靶条和基板的材料可以是红外辐射发射率不同的任意两种材料，例如靶条可以为金属材料(如铜、金、铁、铬或金铜混合物中的任意一种，当然也可以是其他金属材料)，基板可以为与上述靶条红外辐射发射率不同任一种材料，如石墨、木材、黑漆，或不同于靶条的金属材料或者材料与靶条相同，但是具有不同的厚度、晶体结构、或者表面形态等。当然，靶条也可以是非金属材料，此时基板可以为与靶条所使用材料红外辐射发射率不同的其他材料。本申请中靶条采用金属材料时，金属靶条对作为热辐射源的基底(或者基板)的红外热辐射具有向基底(或者基板)方向反射红外辐射的作用，使基板(或者基板)通过靶条向基板法向正方向的红外辐射保持低水平，或者趋近于零，也就是可以使靶条对基板法向正方向的红外辐射亮度保持低红外辐射亮度，或者达到红外辐射亮度与环境辐射亮度保持一致的效果；而基板(或者基底)辐射亮度可随着基底温度的升降变化而有较大的变化，进而使得靶条与基板(或者基底)的辐射亮度差随温度变化呈线性关系。优选靶条与基板的组合为铜和石墨，金和木材，铁和木材，黑漆和金和铜混合，两者材料可以互换，这些组合能够保证基板与靶条之间有较大的发射率差异，保证了两者之间有足够的辐射差异。根据本发明的另一些实施方式，靶条与基板的发射率差异可以为0.05～0.99，优选发射率差异在0.69～0.99之间，有利于分辨率测试结果更准确。

可以通过本领域中任何合适的方式将靶条设置在基板的表面上，根据本发明的一些实施方式，靶条可以通过导热胶连接在基板上；也可以通过镀膜或涂覆的方式连接在基板的表面上；还可以通过先对基板进行刻蚀，形成刻蚀区，然后将靶条材料填充在该刻蚀区内，如图5中所示；也可以由靶条和基板拼接构成靶板的检测面；当然还可以对基板进行表面特定区域改性来制作靶条。靶条的形状主要根据检测需要进行设置，例如可以参照红外最小可分辨温差(mrtd)靶条的四杆法，制作不同空间频率、不同对比度的靶条。

根据本发明的一些实施方式，测温元件可以是现有技术中任意一种，例如为热电偶、热电阻或热敏电阻中任意一种，温度控制元件也可以是现有技术中任意一种，例如半导体制冷器件、高阻值金属膜层、非金属半导体膜层、量子隧道材料膜层或电阻丝中的任意一种。

本发明提供的靶板基于将两种不同发射率的材料组合在一起交错排布，在相同的温度下，靶板不同区域的辐射亮度存在固定差异，形成对比度。标定出不同温度下，两种材料的辐射亮度随温度变化的关系曲线后，就可以设定不同对比度的测试目标，从而实现对红外波段的光电系统分辨率进行检测。请参阅图12所示的本发明实施例提供的一种靶板装置，包括可调节三角架7、上述的靶板8、外壳9组成，该靶板不仅适用于实验室环境的红外光谱段光电系统的分辨率检测，还能适用于室外或野外复杂辐射环境中对红外光谱段光电系统的分辨率检测，不受环境中其他热辐射源影响，提高了检测数据的准确性。

本发明另一方面提供了一种光电系统分辨率测试方法，该方法包括：先以铂凝固点黑体的辐射亮度作为基准对靶板的辐射亮度进行标定；然后通过自动温控模块调节基板和靶条的温度，在不同温度下，分别测量基板和靶条的辐射亮度；根据基板和靶条的辐射亮度差与温度的关系绘制对比度标准曲线；再设置第一辐射亮度差，根据对比度标准曲线计算该第一辐射亮度差对应的第一温度；然后通过自动温控模块调节基板和靶条的温度为第一温度，用待测试光电系统分别测量第一温度下基板和靶条的辐射亮度，并根据测量结果计算第一温度下基板和靶条的辐射亮度的实际辐射亮度差。

在黑体辐射一致的前提下，通过基板和靶条两种材料发射率的不同，使靶板产生具有固定温差效果的图案，该差异是由于材料的红外辐射特性不同决定的，在一定范围内呈线性，可通过试验定标。请参阅图6所示的本发明实施例提供的以铂凝固点黑体的辐射亮度作为基准对靶板的辐射亮度进行标定的流程图。以铂凝固点黑体的辐射亮度基准，利用距离平方反比定律改变红外绝对辐射计的响应值，将辐射亮度基准传递给红外绝对辐射计；用红外绝对辐射计定标标定用黑体，把辐射亮度基准传递给标定用黑体；用红外成像仪和标定用黑体搭建光路，对自控温红外靶板进行标定，得到基板和靶条的辐射亮度差与温度的关系曲线。

在该方法中，“通过自动温控模块调节基板和靶条的温度为第一温度”的步骤还包括：测试环境温度，当环境温度高于所述第一温度时，对靶板进行降温；当环境温度低于第一温度时，对靶板进行升温。本发明提供的测试方法简单、对比度精确可控，测试精度高。

实施例1

对于图1～图5中所示结构的靶板，基板的材料为抛光的金，靶条的材料为铬，两者的发射率差异为0.05，铬材料通过镀膜的方式在金表面上形成光滑铬膜，通过红外热像仪测得的对比度标准曲线，如图7中所示，其中横坐标为自动温控模块控制的温度，纵坐标为红外热像仪测得的以温度的形式展现的辐射亮度，从图中可以看到，铬膜和金的辐射亮度差与温度呈线性关系。

实施例2

对于图1～图5中所示结构的靶板，基板的材料为石墨，靶条的材料为铜，两者的发射率差异为0.5，铜材料通过镀膜的方式在木材的表面上形成光滑的铜膜或可固定的贴合在石墨的平整光滑表面上形成光滑的铜膜，通过红外热像仪测得的对比度标准曲线，如图8中所示，其中横坐标为自动温控模块控制的温度，纵坐标为红外热像仪测得的以温度的形式展现的辐射亮度，从图中可以看到，铜膜和石墨的辐射亮度差与温度呈线性关系。

实施例3

对于图1～图5中所示结构的靶板，基板的材料为木材，靶条的材料为金，两者的发射率差异为0.88，金材料通过镀膜的方式在木板平整的表面上形成光滑的金膜，通过红外热像仪测得的对比度标准曲线，如图9中所示，其中横坐标为自动温控模块控制的温度，纵坐标为红外热像仪测得的以温度的形式展现的辐射亮度，从图中可以看到，金膜和木材的辐射亮度差与温度呈线性关系。

实施例4

对于图1～图5中所示结构的靶板，基板的材料为木材，靶条的材料为铁，两者的发射率差异为0.69，铁材料通过镀膜方式在木板的表面上形成光滑的铁膜，通过红外热像仪测得的对比度标准曲线，如图10中所示，其中横坐标为自动温控模块控制的温度，纵坐标为红外热像仪测得的以温度的形式展现的辐射亮度，从图中可以看到，铁膜和木材的辐射亮度差与温度呈线性关系。

实施例5

对于图1～图5中所示结构的靶板，基板的材料为金铜混合物，靶条的材料为黑漆，两者的发射率差异为0.97～0.99，黑漆材料通过涂覆的方式连接在金和铜混合物的光滑表面上形成薄层，通过红外热像仪测得的对比度标准曲线，如图11中所示，其中横坐标为自动温控模块控制的温度，纵坐标为红外热像仪测得的以温度的形式展现的辐射亮度，从图中可以看到，黑漆和金铜混合物的辐射亮度差与温度呈线性关系。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。