基于扫描矩形黑体的热像仪非均匀性评价校正装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于扫描矩形黑体的热像仪非均匀性评价校正装置。本发明专利技术可实现热像仪对黑体辐射源的扫描观测，利用相同辐射源在热像仪不同像素位置的成像差异来计算非均匀性相关参数，所述黑体辐射源为矩形腔式黑体，待测热像仪安装在90度翻转装置上，90度翻转装置安装在一维平移台上，一维平移台运动方向垂直于矩形黑体辐射源的长边。本发明专利技术在比较不同像素间响应特性差异时，是基于相同黑体辐射源相同位置在不同时刻的辐射强度进行比较，因此黑体辐射源自身的非均匀性并不会直接对热像仪非均匀性评价结果带来误差。

Nonuniformity correction device for thermal imager based on scanning rectangular blackbody

The invention discloses a nonuniformity correction device for thermal imager based on scanning rectangular blackbody. The invention can realize the observation of scanning of the blackbody radiation source imager, in different imaging pixel location to calculate the thermal imager non-uniformity parameters using the same radiation source, the blackbody radiation source is a rectangular cavity blackbody, the measured thermal imager installed in the 90 degree turning device, 90 degree flip device installed in the one dimensional translation stage, the long side horizonally movement in a direction perpendicular to the rectangle of blackbody radiation source. The response differences in the comparison between different pixels, is to compare the same position of the same blackbody radiation at different time based on blackbody radiation source so their heterogeneity is not directly on the imager non-uniformity evaluation result error.

【技术实现步骤摘要】
基于扫描矩形黑体的热像仪非均匀性评价校正装置
本专利技术涉及一种基于扫描矩形黑体的热像仪非均匀性评价校正装置。
技术介绍
热像仪通过红外辐射测温原理获取观测目标表面辐射温度的空间分布信息，可用于实时监测实验过程中目标的发热和传热。与热电偶、热敏电阻等其它测温手段相比，热像仪具有非接触、可获取高分辨温度分布信息等优点，但也具有测温准确性差的缺点。热像仪非均匀性是指热像仪观察均匀黑体辐射源时不同像元输出不一致的特性，其来源于探测器阵列、光学系统、读出电路等各环节引入的不一致性。热像仪非均匀性是热像仪测温误差的重要来源，因此对热像仪非均匀性进行准确评价，对分析测温数据误差特性，以及通过非均匀性校正提高测温准确性，都具有重要意义。目前热像仪的非均匀性评价和校正方法主要分为两类：基于定标的方法和基于场景的方法。其中基于场景的方法可靠性较差，不适合需要准确测温的场合。基于定标的方法通过热像仪观测均匀辐射源来评估不同像元间差异，操作简单，在实际中得到较多应用。但是基于定标的方法要求提供均匀黑体辐射源，实际操作中这是非常困难的，因此目前该方法大多只能用于环境温度下的非均匀性单点校正；当标定的辐射温度点偏离环境温度较多，尤其热像仪视场较大时，由于受空气对流、辐射换热的影响，辐射源均匀性较差，常规方法校正结果的误差也很大。德国有研究者提出对同一辐射源在不同行列偏移时进行最少三次成像，综合三次成像结果分离热像仪非均匀性和黑体非均匀性；但是该方法要求准确的定位控制，校正结果存在随机噪声累积问题，校正系统需要大面积辐射源，因此实用中仍存在问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：提供一种热像仪非均匀性的准确评价校正装置，其不依赖于黑体辐射源的均匀性，对热成像中的随机噪声不敏感，装置体积较小。本专利技术解决技术问题所采取的技术方案为：一种用于热像仪非均匀性评价和校正的测试装置，可实现热像仪对黑体辐射源的扫描观测，利用相同辐射源在热像仪不同像素位置的成像差异来计算非均匀性相关参数，其特征在于：所述黑体辐射源为矩形腔式黑体，待测热像仪安装在90度翻转装置上，90度翻转装置安装在一维平移台上，一维平移台运动方向垂直于矩形黑体辐射源的长边。进一步说，所述的黑体辐射源两侧固定有点标志物，点标志物具有显著不同于周围环境的辐射温度，在热图像中易于识别。进一步说，所述的黑体辐射源有多个，且并排放置、每个黑体辐射源具有不同辐射温度。本专利技术的有益效果：与常规基于黑体辐射源一次成像的非均匀性校正方法相比，本专利技术在比较不同像素间响应特性差异时，是基于相同黑体辐射源相同位置在不同时刻的辐射强度进行比较，因此黑体辐射源自身的非均匀性并不会直接对热像仪非均匀性评价结果带来误差，本专利技术既可用于热像仪非均匀性的单点校正，也可用于两点校正。附图说明图1为本专利技术结构示意图；图2为本专利技术的一个实施例；图3为本专利技术的另二个实施例；图4为本专利技术的综合实施例。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点清楚明白，以下结合附图对本专利技术做进一步说明：如图1所示：待测热像仪1安装在90度翻转装置2上，翻转装置2安装在一维平移台3上，矩形黑体辐射源4位于热像仪1前方；矩形黑体辐射源4与热像仪1的光轴垂直；当热像仪1运动到平移台3行程中间位置时，黑体辐射源4中心位于热像仪1视场中心；矩形黑体辐射源4的长边应大于热像仪1视场的长边，保证每次扫描过程中热像仪1的所有像素都可以扫描到黑体辐射源4；一维平移台3行程应足够大，使得热像仪1运动到平移台3两端时，黑体辐射源4移出热像仪视场。使用该装置的测试方法为：一维平移台3首先驱动热像仪1运动到平移台3的一端(称为初始端)；然后热像仪1从初始端匀速运动到另一端，完成对黑体辐射源4的一次扫描成像；然后90度翻转装置2翻转90度，使得热像仪1翻转90度，翻转前后矩形黑体辐射源4在热像仪1中的成像翻转了90度；翻转后，热像仪1反向匀速运动回到初始端，完成对黑体辐射源4的第二次扫描成像；两次扫描成像数据都被记录下来；数据分析时，利用每次扫描时热像仪1的相同行或相同列对相同辐射源的观测数据差异，计算得到热像仪1非均匀性的相关参数。与常规基于黑体辐射源一次成像的非均匀性校正方法相比，本专利技术在比较不同像素间响应特性差异时，是基于相同黑体辐射源相同位置在不同时刻的辐射强度进行比较，因此黑体辐射源自身的非均匀性并不会直接对热像仪非均匀性评价结果带来误差。本专利技术本质上是将对黑体辐射源空间均匀性的要求转化为对时间稳定性的要求。与多次成像方法相比，本专利技术采用扫描矩形黑体辐射源的方法，不要求黑体辐射源覆盖全部热像仪视场，只要求矩形黑体辐射源的长边大于热像仪视场长边即可，这带来如下有益技术效果：(1)黑体辐射源的尺寸显著减小，从而减小了测试系统的体积和重量，同时也为一个系统中部署多个黑体辐射源奠定基础；(2)不需要采用面辐射源，可以采用腔式黑体辐射源；而黑体腔的存在，可以减小表面对流和辐射换热影响，从而提高辐射源的时间稳定性。本专利技术并不需要控制黑体辐射源的位置，而只需要控制其运动速度，确切的说是只需要扫描时运动速度稳定且重复性好；对于步进电机驱动的位移台，运动速度取决于脉冲频率，重复性很容易做到较高水平，从而降低系统实现难度。另外，由于一次扫描时热像仪的一行或一列像素扫描都扫描通过黑体辐射源的相同行，因此基于单次扫描数据，可以直接建立同一行(或一列)任意两个像素间响应关系，而不需要通过相邻像素间响应差异的多次传递建立关系，从而避免随机噪声累积。如图2所示，在矩形黑体辐射源4两侧还固定布置点标志物6、7，二者辐射温度和周围环境有显著差异。其产生的有益技术效果为：在热像仪1生成的热图像中可以清晰的观察到点标志物6、7的成像；因此在数据分析时，可以根据每帧热图像中点标志物6或7在热图像中的位置，准确的计算出不同热图像中辐射源的相对位移关系，从而避免位置精确控制带来的系统复杂问题，以及位置预测误差带来的非均匀性校正误差问题。如图3所示，测试用辐射源包括矩形黑体辐射源4和矩形黑体辐射源5，二者并排放置在热像仪前方，设置为不同的黑体辐射温度，具体温度值由测试温度区间决定，一般取为测试温度区间的两个端点温度。其产生的有益技术效果为：测试中热像仪同时扫描观测两种辐射温度的辐射源，因此可以直接建立不同像素在两个不同辐射温度点的响应特性对比关系，根据两点决定一线的原理，测试数据可支持进行非均匀性的两点校正；如果布置的矩形黑体辐射源数目超过2个，则可以得到不同像素在更多辐射温度点的对比关系，可以通过直线拟合得到更准确的两点校正结果，或者采用更高阶曲线模型进行校正(比如3个不同辐射温度的黑体辐射源可支持二阶多项式校正模型)。如图4所示，综合体现全部上述特征的一个具体实施方式如下：测试装置如附图4所示，热像仪1视场为160mm×128mm，成像距离为300mm，像素分辨率为320(宽)×256(高)像素，帧频为50Hz，其数据被实时采集记录在电脑9上。热像仪1安装在90度翻转装置2上，其通过电机驱动并通过限位装置提供两个相距90度的转角定位；翻转装置2安装在一维平移台3上，平移台为常规的步进电机驱动、丝杠传动的结构，行程为500mm，运动速度为20mm/s。矩形黑体辐射源4和5放置在热像本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于热像仪非均匀性评价和校正的测试装置，可实现热像仪对黑体辐射源的扫描观测，其特征在于：利用相同辐射源在热像仪不同像素位置的成像差异来计算非均匀性相关参数，所述黑体辐射源为矩形腔式黑体，待测热像仪安装在90度翻转装置上，90度翻转装置安装在一维平移台上，一维平移台运动方向垂直于矩形黑体辐射源的长边。

【技术特征摘要】
1.一种用于热像仪非均匀性评价和校正的测试装置，可实现热像仪对黑体辐射源的扫描观测，其特征在于：利用相同辐射源在热像仪不同像素位置的成像差异来计算非均匀性相关参数，所述黑体辐射源为矩形腔式黑体，待测热像仪安装在90度翻转装置上，90度翻转装置安装在一维平移台上，一维平移台运动方向垂...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯德鑫，叶树亮，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33