一种红外辐射测量系统定标装置及定标方法制造方法及图纸

一种红外辐射测量系统定标装置及定标方法涉及光电辐射测量技术领域，通过考虑定标辐射源表面反射的环境辐射、系统内部杂散辐射和探测器固定输出，将线性辐射定标模型细分，并使用本发明专利技术的定标装置模拟控制环境温度，在两个不同的环境温度时，分别采集两个定标温度点辐射源的定标图像，通过数据处理实现辐射定标模型中参数的确定，实现非黑体定标。本发明专利技术利用简易的结构、简单的操作和数据处理实现了红外辐射测量系统的非黑体定标，定标时不要求辐射源的高发射率和高表面均匀性，避免了红外辐射测量系统定标对黑体的依赖，具有成本低和辐射范围广的优点，为大口径红外辐射测量系统高动态范围定标提供了一种简单有效的途径。

A calibration device and calibration method for infrared radiation measurement system

Calibration device and calibration method of optical radiation measurement relates to the technical field of a infrared radiation measurement system, by considering the radiation, reflected radiation calibration source surface environment system internal stray radiation and detector fixed output, linear radiometric calibration model and Simulation of subdivision, controlling the ambient temperature using the calibration device, in two different environmental temperature, the two temperature calibration point radiation source were collected calibration image, determine the realization of calibration parameters in the model through data processing, to achieve non blackbody calibration. The invention uses simple structure, simple operation and data processing to achieve non blackbody infrared radiation measurement system calibration, high emissivity calibration does not require radiation source and high surface uniformity, avoids the dependence on the calibration blackbody infrared radiation measurement system, has the advantages of low cost and wide range of radiation. For the high dynamic range, large aperture infrared radiation measurement system calibration provides a simple and effective way.

【技术实现步骤摘要】
一种红外辐射测量系统定标装置及定标方法
本专利技术属于光电辐射测量
，涉及使用非黑体辐射源实现红外系统定标装置及方法。
技术介绍
随着红外探测技术的快速发展，红外辐射测量系统的应用越来越广泛，红外辐射定标是辐射测量前必须完成的工作，辐射定标技术是高精度辐射测量的基础。辐射测量的目的是测量来自目标的辐射能量，而辐射定标技术的本质就是建立测量系统输出与其入瞳处的辐射量间的定量关系，在获取测量数据后，即可根据辐射定标结果和其它参数(大气透过率、程辐射等)反演得到目标辐射亮度。目前比较常用的辐射定标方法主要有近距离扩展源法、直接成像法和平行光管法，现有方法虽然各具优势，但都需要使用面源黑体或腔型黑体作为定标辐射源，以满足辐射源表面高发射率及高均匀性的要求。
技术实现思路
为了避免红外测量系统定标过程对高精度(高发射率及高均匀性)黑体的依赖，本专利技术提出非黑体辐射定标装置及方法，利用简易的结构和简单的操作及数据处理实现了红外辐射测量系统的非黑体定标，本专利技术不要求辐射源的高发射率和高表面均匀性，具有成本低和辐射范围广的优点，在某些特定的应用场景下，相比传统的定标装置及方法具有明显优势。例如：本专利技术为大口径红外辐射测量系统高动态范围定标提供了一种简单有效的途径。本专利技术解决技术问题所采用的技术方案如下：一种红外辐射测量系统定标装置，该装置包括：两个温度控制器、发射率板和控温密闭腔；所述发射率板前表面喷涂红外发射率材料，背面与第一温度控制器紧密贴合，通过第一温度控制器调节所述发射率板的辐射温度；将带有温度控制器的发射率板设置在控温密闭腔内，所述控温密闭腔内设置第二温度控制器，通过第二温度控制器控制所述控温密闭腔内的温度。基于权利要求1所述的一种红外辐射测量系统定标装置的定标方法，该方法包括如下步骤：步骤一：在红外探测器的线性响应区间内，辐射测量系统像元黑体定标模型可表示为：h＝G·t·L+B式中，h为定标图像的灰度值；G为积分时间为1ms时红外辐射测量系统对目标辐射亮度的响应；t为红外探测器的积分时间；B为定标模型偏置，包含系统杂散辐射引起的像元灰度值输出和探测器自身像元灰度值输出；L表示来自定标辐射源的辐射亮度；以非黑体作为辐射源定标时，红外辐射特性测量系统接收到的辐射包括辐射源发射辐射、辐射源表面反射的环境辐射及杂散辐射，红外辐射测量系统像元黑体定标模型可细化为：h＝G·t·(Le+Lr+Lstray)+hdetector式中，Le为定标辐射源的辐射亮度，Le＝ε·LB(Tt)，其中ε为定标辐射源的发射率，LB(Tt)为温度Tt时的黑体辐射亮度；Lr为定标辐射源表面反射的环境辐射亮度，Lr＝(1-ε)·LB(Tatm)，其中LB(Tatm)为温度Tatm时的黑体辐射亮度；Lstray为系统内部杂散辐射等效的辐射亮度，可表示为Lstray＝k·LB(Tatm)，k为黑体辐射亮度与杂散辐射等效辐射亮度间的转换因子，为已知量；hdetector为探测器自身引起的像元灰度值输出；步骤二：设置红外探测器的积分时间为t1，将控温密闭腔内的温度设置为Tatm1，分别采集非黑体辐射定标源在温度为Tt1和Tt2时的定标图像；将细分的像元定标模型改写为：h＝G·t1·ε·(LB(Tt)-LB(Tatm))+B(Tatm)式中，B(Tatm)为定标模型的偏置，B(Tatm)＝(1+k)G·t1·LB(Tatm)+hdetector；在获取定标图像后，将某一像元的两组灰度值h和计算得到的(LB(Tt)-LB(Tatm))分别代入定标模型中，可得G·t1·ε和B1(Tatm1)；步骤三：将控温密闭腔内的温度设置为Tatm2，分别采集辐射定标源在温度为Tt1和Tt2时的定标图像，同理步骤二可得B1(Tatm2)；步骤四：将红外探测器的积分时间设置为t2，重复步骤三，获得积分时间为t2时的像元定标偏置，记为B2(Tatm2)；步骤五：将B1(Tatm1)、B1(Tatm2)、B2(Tatm2)、LB(Tatm1)和LB(Tatm2)代入像元定标模型和定标偏置表达式中，计算可得G、ε和hdetector，完成红外辐射测量系统定标装置的定标过程。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供了一种红外测量系统非黑体定标装置及定标方法，采用非黑体作为定标辐射源，同时构建了温度可控的密闭探测路径，通过模拟环境温度变化控制非黑体辐射源表面反射环境辐射的定量控制，辐射源中加热装置与发射率板采用分体设计，可根据定标精度需求和探测波段不同合理选择加热装置的加热面积、控温范围和控温精度，有助于在控制成本的前提下获得良好的定标精度。实现不同环境温度下的非黑体定标数据采集。本专利技术定标时不要求辐射源的高发射率和高表面均匀性，发射率板的发射率无需接近于1，避免了红外辐射测量系统定标对黑体的依赖，具有成本低和辐射范围广的优点，为大口径红外辐射测量系统高动态范围定标提供了一种简单有效的途径。附图说明图1本专利技术非黑体定标辐射装置结构示意图。图中：1、辐射温度控制器，2、发射率板，3、控温密闭腔和4、环境温度控制器。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步详细说明。非黑体定标辐射源设计：非黑体定标装置主要包括两个温度控制器、发射率板2和控温密闭腔3。将喷涂红外发射率材料的发射率板2固定在辐射温度控制器1上，确保紧密贴合，同时通过构建探测路径上的控温密闭腔3及腔内环境温度控制器4实现环境辐射的模拟，通过辐射源温度与环境温度的独立控制，实现不同环境温度下定标数据的获得。2.使用非黑体辐射源定标流程如下：步骤一：以非黑体作为辐射源定标时，红外辐射特性测量系统接收到的辐射包括辐射源发射辐射、辐射源表面反射的环境辐射及杂散辐射，红外辐射测量系统像元黑体定标模型可细化为：h＝G·t·(Le+Lr+Lstray)+hdetector式中，h为定标图像的灰度值；G为积分时间为1ms时红外辐射测量系统对目标辐射亮度的响应；t为红外探测器的积分时间；Le为定标辐射源的辐射亮度，Le＝ε·LB(Tt)，其中ε为定标辐射源的发射率，LB(Tt)为温度Tt时的黑体辐射亮度；Lr为定标辐射源表面反射的环境辐射亮度，Lr＝(1-ε)·LB(Tatm)，其中LB(Tatm)为温度Tatm时的黑体辐射亮度；Lstray为系统内部杂散辐射等效的辐射亮度，可表示为Lstray＝k·LB(Tatm)，k为黑体辐射亮度与杂散辐射等效辐射亮度间的转换因子，为已知量；hdetector为探测器自身引起的像元灰度值输出；步骤二：设置红外测量系统的积分时间为1ms，通过环境温度控制器4将控温密闭腔3内的温度设置为15℃，通过辐射温度控制器1将辐射源的温度分别设置为70℃和100℃，待环境温度和辐射源温度稳定后，分别采集定标辐射源两个温度下的定标图像。设获取的两组像元灰度值分别为h1和h2，计算得到(LB(70)-LB(15))和(LB(100)-LB(15))，将上述参数代入像元辐射定标模型，可得G·ε和此时的B1(15)：步骤三：将控温密闭腔3内的环境温度改变为25℃，分别采集辐射定标源在温度为70℃和100℃时的定标图像。设获取的两组像元灰度值分别为h3和h4，计算得到(LB(70)-LB(25))和(LB(100)-L本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种红外辐射测量系统定标装置，其特征在于，该装置包括：两个温度控制器、发射率板和控温密闭腔；所述发射率板前表面喷涂红外发射率材料，背面与第一温度控制器紧密贴合，通过第一温度控制器调节所述发射率板的辐射温度；将带有温度控制器的发射率板设置在控温密闭腔内，所述控温密闭腔内设置第二温度控制器，通过第二温度控制器控制所述控温密闭腔内的温度。

【技术特征摘要】
1.一种红外辐射测量系统定标装置，其特征在于，该装置包括：两个温度控制器、发射率板和控温密闭腔；所述发射率板前表面喷涂红外发射率材料，背面与第一温度控制器紧密贴合，通过第一温度控制器调节所述发射率板的辐射温度；将带有温度控制器的发射率板设置在控温密闭腔内，所述控温密闭腔内设置第二温度控制器，通过第二温度控制器控制所述控温密闭腔内的温度。2.基于权利要求1所述的一种红外辐射测量系统定标装置的定标方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤一：在红外探测器的线性响应区间内，辐射测量系统像元黑体定标模型可表示为：h＝G·t·L+B式中，h为定标图像的灰度值；G为积分时间为1ms时红外辐射测量系统对目标辐射亮度的响应；t为红外探测器的积分时间；B为定标模型偏置，包含系统杂散辐射引起的像元灰度值输出和探测器自身像元灰度值输出；L表示来自定标辐射源的辐射亮度；以非黑体作为辐射源定标时，红外辐射特性测量系统接收到的辐射包括辐射源发射辐射、辐射源表面反射的环境辐射及杂散辐射，红外辐射测量系统像元黑体定标模型可细化为：h＝G·t·(Le+Lr+Lstray)+hdetector式中，Le为定标辐射源的辐射亮度，Le＝ε·LB(Tt)，其中ε为定标辐射源的发射率，LB(Tt)为温度Tt时的黑体辐射亮度；Lr为定标辐射源表面反射的环境辐射亮度，Lr＝(1-ε)·LB(Tatm)，其中LB(Tatm)...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕游，何昕，魏仲慧，张磊，袁航飞，何丁龙，何家维，孟庆华，穆治亚，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林,22