205所--红外热像仪测试系统校准

红外热像仪测试系统校准
胡铁力 " -韩
摘
军$ - 郑克哲 " - 薛战理 " - 李旭东 "
西安应用光学研究所 西安 / 西安工业大学 光电学院 西安 / ’ " . " # # ( , 0$ . " # # " " )
要 ! 针对如何建立红外热像仪测试系统的校准和量值溯源这一困扰当今红外计量领域的技
术难题 通过精密测温扫描辐射计测量红外热 像仪 测 试系 统的差分 温度传 输比 实现红 外热 像仪 测试系统校准方案及量值溯源 1 从差分温度和差分温度传输比出发 分析了黑体和高发射率靶标 产生的差分温度传输比模型 介绍了 $个面源黑体产生的差分温度传输比模型的复杂性 1 指出红 外热像仪测试系统温差传输比对红外热像仪信号传递函数 2 最小可分辨温差及最小可探测温差等 验证了采用精密测温扫描辐射计测量差分温度传输比实现红外热像仪测试系统 参数测量的影响 校准的科学性 1 关键词 ! 红外热像仪 0 差分温度 0 传输比 0 面源黑体 0 信号传递函数
中图分类号 ! " ( 3 4$ 文献标志码 ! 5
6 7 8 9 : ; 7 < 9 = >? 7 @ 9 8 9 < A= ? 9 > ? ; 7 ; B C9 D7 E 9 > EF A F < B DF
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引言
随着光电子技术的迅猛发展 红外热像仪已经 在 陆海空各军兵 种 的 武 器 系 统 和 民 用 领 域 得 到 了 广泛的应用 1 在$ 我国国 #世纪末期和 $ "世纪初期 -
防军 事工 业先后 建 立 起 了 多 种 类 型 的 红 外 热 像 仪 测试系统 开展了许多红外热像仪测量工作 1 但到 目前为止 大量红外热像仪测试系统本身的差分温 度传输比 ’ 即仪器常数 ) 一直缺乏准确的校准 以及
, 传输比
在红外热像仪测试中 ! 被测试红外热像仪的输 入 信号是指红外 热 像 仪 测 试 系 统 在 其 光 学 准 直 系 统的 出 射口向被 测 试 红 外 热 像 仪 提 供 的 辐 射 温 差 又称差分辐射温度 . 被测试红外热像仪的输出信 " 号往往是视频差分电压 ! 通过对被测试红外热像仪 输出信号和输入信号的运算 ! 可得到被测试红外热 像仪的许多性能参数 " 但在具体测试计算红外热像 仪技术性能参数时 ! 测试人员首先应该理解 $个温 差即差分温度 . 第 ,个温差是红外热像仪测试系 / 它是面源 统中面源黑体温度测控仪器的显示温差 ! 黑 体和红外靶标 向 红 外 热 像 仪 测 试 系 统 提 供 的 输 入温差 0 第 $个温差是红外热像仪测试系统的输出 温差 ! 即红外热像仪测试系统在其光学准直系统的 出射口向被测试红外热像仪提供的实际辐射温差 " 将红 外 热像仪测 试 系 统 的 仪 表 显 示 温 差 乘 以 红 外 热像仪测试系统的传输比 ! 就可以得到红外热像仪 测 试系统在其光 学 准 直 系 统 出 射 口 向 被 测 试 红 外 热像仪提供的辐射温差 " 通过推导被测试红外热像 仪 得到的输入差 分 辐 射 温 度 与 其 输 出 视 频 电 压 信 号间的信号传递函数 ! 便可分析测试系统的差分温 度传输比与哪些因素有关 " , 1 , 双黑体测试系统温差传输比 红外热像仪双黑体测试系统如图 ,所示 "$个 面 源 黑体产生的 差 分 温 度 应 该 等 于 目 标 黑 体 仪 表 显示温度与背景黑体仪表显示温度之差 ! 被测试红 外 热像仪的输入 量 指 准 直 光 管 出 射 口 处 的 差 分 辐 射温 度 ! 产生的输出信号为差分视频电压 2 344’!
应用光学
特刊 . $ i i j ! $ k -
胡铁力 ! 等/ 红外热像仪测试系统校准
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测量量值无法进行准确的量值溯源 ! 从而制约着我 国红外热像仪技术的进一步发展 " 针对目前存在的 校 准 方 法# 测量量 红 外热像 仪 测 量 系 统 仪 器 常 数 # 值溯源方面的问题 ! 本文分析了经典的由一个面源 黑 体和高发射率 靶 标 组 成 的 温 差 辐 射 源 的 差 分 温 以及 $个面源黑体和反射式靶标组 度传输比模型 ! 成的温差辐射源的差分温度传输比模型的复杂性 ! 给出 差 分温度传 输 比 对 红 外 热 像 仪 的 信 号 传 递 函 数% 最小可分辨温差 )* 最小可探测温差 # # & ’ ( ’ + )+ ’ + 等参数的影响程度及红外热像仪测 量 系统 校准方法 ! 提出了将红外热像仪测量量值溯源到常 温凝固点黑体的技术路线 "
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其表达式为 2 3 44’ 5 6 7 8 9 $ : ; 44’ > = . ? @B = ! A .C <
A A = , = $
D = . @ = ! B F A G = .H A EEB E. 44’A G = . L = ’ I J K , . 式中 /6 为被测试红外热像仪的 电子增 益 08 9为 被 测 试 红 外 热 像 仪 中 单 元 探 测 器 的 光 敏 面 面 积0 ; 44’为被测试红外热像仪的 ; 数 0 = ,和 = $ 分别 为 被 测试红 外热像 仪光谱 响应 带宽的 上下限 0>. = 为 被测 试红外热像 仪探 测器 光 谱 响 应 度 0 @ A 为目 标黑 体的 有效发 射比 0 @ E 为背景黑体的有效发射 比 0D 为反射式靶标的光谱反射比 0B . ! = = A A EA. 为 目 标 黑 体 的 光 谱 辐 射 亮 度0B 为背景黑 ! = A E. 体 的 光 谱 辐 射 亮 度 0A 为被测试红外热像 . G = 44’仪的光谱传输 比 0A 为 测 试 系 统 中 主 镜# 次 . G = ’ I J K 镜及大气的光谱传输比 "
第$ /卷 特刊 $ # # (年 " "月 文章编号 ! " # # $ % $ # & $ ’ $ # # ( ) # # $ & % # , * +%