一种提高航空TDI红外扫描仪绝对辐射定标精度的方法技术

本发明专利技术涉及一种提高航空TDI红外扫描仪绝对辐射定标方法，包括：建立全光路绝对辐射定标标准响应函数；建立半光路绝对辐射定标标准响应函数；建立应用中绝对辐射定标补偿函数；评价绝对辐射定标精度，包括：获取当前开机状态下全光路目标图像数据；根据图像数据获取系统响应图像灰度数据；当前全光路图像灰度与通过绝对辐射定标补偿函数获取的补偿灰度之和作为当前开机状态下系统绝对相应；将补偿后的全光路图象灰度带入到绝对辐射定标反演基准函数，反演出目标温度；以及反演目标温度与目标实测温度差值的绝对值与反演基准函数标定时温度动态范围比值作为绝对辐射定标精度。本发明专利技术利用半光路中高稳定性定标黑体，对探测器漂移产生的误差进行补偿，提高了绝对辐射定标精度。

【技术实现步骤摘要】
一种提高航空TDI红外扫描仪绝对辐射定标精度的方法
本专利技术涉及到TDI红外扫描仪绝对辐射定标技术，具体涉及一种提高TDI红外扫描仪绝对辐射定标精度方法。
技术介绍
光学遥感成像系统在军事领域、民用领域发展迅速，越来越要求具备获取宽幅目标图像能力，解决宽幅成像有两种途径：一种是采用大面阵甚至超大面阵探测器；另一种采用长线列TDI探测器+摆扫成像。对于红外探测器，大面阵甚至超大面阵探测器价格很难承受，而且工艺技术难度大，国外大面阵甚至超大面阵红外探测器受到严格的出口管控，在工程应用中受到极大限制。目前研究的航空红外TDI扫描仪，采用TDI整机摆扫方案，基于性能稳定性考虑，优选用国外TDI红外探测器，由于受到欧美技术管控限制高性能探测器出口，最终通过国内自研途径解决长线列TDI红外探测器问题。系统在进行绝对辐射定标时，发现探测器在持续加电工作过程中，对外界目标响应稳定性好，但当系统断电再重新加电，每次重新开机探测器对外界目标响应都不同，响应稳定性较差，产品无法应用于遥感图像辐射反演，因此，对于稳定性差的TDI红外扫描仪，提高系统绝对辐射定标稳定精度是影响图像质量和产品应用最关键的技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种提高航空TDI红外扫描仪绝对辐射定标方法，用于解决现有国产红外探测器响应稳定性不足问题。本专利技术一种提高航空TDI红外扫描仪绝对辐射定标方法，其中，包括：建立全光路绝对辐射定标标准响应函数；建立半光路绝对辐射定标标准响应函数；建立应用中绝对辐射定标补偿函数；评价绝对辐射定标精度，包括：获取当前开机状态下全光路目标图像数据；根据图像数据获取系统响应图像灰度数据；当前全光路图像灰度与通过绝对辐射定标补偿函数获取的补偿灰度之和作为当前开机状态下系统绝对相应；将补偿后的全光路图象灰度带入到绝对辐射定标反演基准函数，反演出目标温度；以及反演目标温度与目标实测温度差值的绝对值与反演基准函数标定时温度动态范围比值作为绝对辐射定标精度。根据本专利技术的提高航空TDI红外扫描仪绝对辐射定标方法的一实施例，其中，建立全光路绝对辐射定标标准响应函数，包括：控制辐射定标实验条件；选取辐射源；在目标辐射动态范围内，设置黑体温度；根据图像数据获取整幅图像平均灰度，并对每一个温度点的数据取均值处理；全光路绝对辐射定标标准响应函数建立，根据图像灰度拟合系统在某一环境温度下的绝对响应2或3次曲线函数，该函数作为系统后续应用的基准；改变外界环境温度，获取不同外界环境温度下的全光路绝对辐射定标标准响应函数，该函数为绝对辐射定标反演基准函数。根据本专利技术的提高航空TDI红外扫描仪绝对辐射定标方法的一实施例，其中，控制辐射定标实验条件，包括环境温度、环境湿度以及环境照明，保证被测系统不接收除黑体外的其它辐射和多余扰动；辐射源选取：采用经过检校的绝对温度黑体，要求黑体辐射面的80％区域能覆盖系统光学窗口满口径；在目标辐射动态范围内，设置黑体温度，相邻温度间隔为5℃，温度稳定后采集图像数据，每个温度点采集3-5帧图像。根据本专利技术的提高航空TDI红外扫描仪绝对辐射定标方法的一实施例，其中，建立半光路绝对辐射定标标准响应函数，包括：系统同一次加电状态下，同一个外界环境温度下，采集半光路图像数据。根据系统探测到系统内部温度T舱，在T舱-10℃～T舱+10℃范围内，设置半光路定标黑体温度，间隔2℃，温度稳定后采集半光路图像数据，每个温度点采集3-5帧图像；根据光路图像数据获取每一幅图像平均灰度，再对每一个温度点的数据取均值处理；半光路绝对辐射定标标准响应函数建立，根据半光路图像灰度你和系统在某一环境温度下的半光路灰度-温度绝对相应2或3次曲线函数；改变外界环境温度，温度间隔20℃，保温1.5h，获取不同外界环境温度下的半光路绝对辐射定标标准响应函数，该函数作为后续开关机响应比较的基准函数。根据本专利技术的提高航空TDI红外扫描仪绝对辐射定标方法的一实施例，其中，建立应用中绝对辐射定标补偿函数包括：在后续应用中，当重新加电工作时，根据系统温度传感器获取外界环境TE和内部环境温度参数TI；在TI-10℃-TI+10℃范围内，设置半光路定标黑体温度，间隔2℃，温度稳定后采集半光路图像数据，每个温度点采集3-5帧半光路图像数据；根据半光路图像数据获取每一幅图像平均灰度，再对每隔一温度点的数据取均值处理；根据当前开机状态下半光路图像灰度和温度数据拟合系统在外界环境TF温度下的半光路灰度-温度绝对响应2或3次取现函数；根据当前外界环境温度TE，选取标准半光路绝对辐射定标标准响应函数；标准半光路绝对辐射定标标准响应函数与当前半光路绝对辐射定标标准响应函数差值函数作为应用中绝对辐射定标补偿函数；将当前半光路中设置的温度采样点带入绝对辐射定标补偿函数，并计算每一个采样处差值，所有差值取平均值作为当前开机状态下系统响应与标准响应建立状态下响应的补偿量。根据本专利技术的提高航空TDI红外扫描仪绝对辐射定标方法的一实施例，其中，全光路绝对辐射定标标准响应函数建立处理方法包括：在目标动态范围内，按5℃间隔设置黑体温度，采集黑体的图像，并记录与之对应的温度数据，由图像平均灰度和温度数据，采用最小二乘法拟合全光路绝对辐射响应函数Tfull-standard，即目标温度与图像灰度反演函数：Tfull-standard(DNi)＝RmDNim+Rm-1DNim-1+Rm-2DNim-2+......Rm-iDNim-i......+T0…………(1)式中：Tfull-standard(DNi)：图像灰度为DNi时对应的等效黑体辐射温度；T0：绝对定标偏置系数；Rm-i：绝对定标增益系数，m是全光路绝对辐射定标响应拟合函数最高幂次数；i是采样点标号；设每一个采样点数据和拟合数据偏差Mi＝|Ti-T(DNi)|，使偏差平方和最小，即最小，对偏差平方和求偏导，可以得到写成矩阵形式为上述方程组可以通过克莱姆法则计算得到各系数T0、R1、R2……Rm-1、Rm。根据本专利技术的提高航空TDI红外扫描仪绝对辐射定标方法的一实施例，其中，半光路绝对辐射定标标准响应函数建立处理方法包括：根据系统温度传感器获取的舱内温度，按2℃间隔设置定标黑体温度，采集定标组件和黑体的图像，并记录与之对应的温度数据，采用最小二乘法拟合半光路绝对辐射响应函数DNhalf-standard，即后续应用开机半光路辐射响应比较基准；DNhalf-standard(Tj)＝RnTjm+Rn-1Tjm-1+Rn-2Tjm-2+......Rn-jTjm-i......+DN0………………(2)式中：DNhalf-standard(Tj)：辐射亮度Tj时，输出图像的灰度；DN0：绝对定标偏置系数；Rn-j：绝对定标增益系数，n是半光路绝对辐射定标响应拟合函数最高幂次数；j是采样点标号；设每一个采样点数据和拟合数据偏差Nj＝|DNj-DN(Tj)|，使偏差平本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高航空TDI红外扫描仪绝对辐射定标方法，其特征在于，包括：/n建立全光路绝对辐射定标标准响应函数；/n建立半光路绝对辐射定标标准响应函数；/n建立应用中绝对辐射定标补偿函数；/n评价绝对辐射定标精度，包括：/n获取当前开机状态下全光路目标图像数据；/n根据图像数据获取系统响应图像灰度数据；/n当前全光路图像灰度与通过绝对辐射定标补偿函数获取的补偿灰度之和作为当前开机状态下系统绝对相应；/n将补偿后的全光路图象灰度带入到绝对辐射定标反演基准函数，反演出目标温度；以及/n反演目标温度与目标实测温度差值的绝对值与反演基准函数标定时温度动态范围比值作为绝对辐射定标精度。/n

【技术特征摘要】
1.一种提高航空TDI红外扫描仪绝对辐射定标方法，其特征在于，包括：
建立全光路绝对辐射定标标准响应函数；
建立半光路绝对辐射定标标准响应函数；
建立应用中绝对辐射定标补偿函数；
评价绝对辐射定标精度，包括：
获取当前开机状态下全光路目标图像数据；
根据图像数据获取系统响应图像灰度数据；
当前全光路图像灰度与通过绝对辐射定标补偿函数获取的补偿灰度之和作为当前开机状态下系统绝对相应；
将补偿后的全光路图象灰度带入到绝对辐射定标反演基准函数，反演出目标温度；以及
反演目标温度与目标实测温度差值的绝对值与反演基准函数标定时温度动态范围比值作为绝对辐射定标精度。


2.如权利要求1所述的提高航空TDI红外扫描仪绝对辐射定标方法，其特征在于，建立全光路绝对辐射定标标准响应函数，包括：
控制辐射定标实验条件；选取辐射源；在目标辐射动态范围内，设置黑体温度；
根据图像数据获取整幅图像平均灰度，并对每一个温度点的数据取均值处理；
全光路绝对辐射定标标准响应函数建立，根据图像灰度拟合系统在某一环境温度下的绝对响应2或3次曲线函数，该函数作为系统后续应用的基准；改变外界环境温度，获取不同外界环境温度下的全光路绝对辐射定标标准响应函数，该函数为绝对辐射定标反演基准函数。


3.如权利要求2所述的提高航空TDI红外扫描仪绝对辐射定标方法，其特征在于，控制辐射定标实验条件，包括环境温度、环境湿度以及环境照明，保证被测系统不接收除黑体外的其它辐射和多余扰动；辐射源选取：采用经过检校的绝对温度黑体，要求黑体辐射面的80％区域能覆盖系统光学窗口满口径；在目标辐射动态范围内，设置黑体温度，相邻温度间隔为5℃，温度稳定后采集图像数据，每个温度点采集3-5帧图像。


4.如权利要求1所述的提高航空TDI红外扫描仪绝对辐射定标方法，其特征在于，建立半光路绝对辐射定标标准响应函数，包括：
系统同一次加电状态下，同一个外界环境温度下，采集半光路图像数据。根据系统探测到系统内部温度T舱，在T舱-10℃～T舱+10℃范围内，设置半光路定标黑体温度，间隔2℃，温度稳定后采集半光路图像数据，每个温度点采集3-5帧图像；
根据光路图像数据获取每一幅图像平均灰度，再对每一个温度点的数据取均值处理；
半光路绝对辐射定标标准响应函数建立，根据半光路图像灰度你和系统在某一环境温度下的半光路灰度-温度绝对相应2或3次曲线函数；
改变外界环境温度，温度间隔20℃，保温1.5h，获取不同外界环境温度下的半光路绝对辐射定标标准响应函数，该函数作为后续开关机响应比较的基准函数。


5.如权利要求1所述的提高航空TDI红外扫描仪绝对辐射定标方法，其特征在于，
建立应用中绝对辐射定标补偿函数包括：
在后续应用中，当重新加电工作时，根据系统温度传感器获取外界环境TE和内部环境温度参数TI；
在TI-10℃-TI+10℃范围内，设置半光路定标黑体温度，间隔2℃，温度稳定后采集半光路图像数据，每个温度点采集3-5帧半光路图像数据；
根据半光路图像数据获取每一幅图像平均灰度，再对每隔一温度点的数据取均值处理；
根据当前开机状态下半光路图像灰度和温度数据拟合系统在外界环境TF温度下的半光路灰度-温度绝对响应2或3次取现函数；
根据当前外界环境温度TE，选取标准半光路绝对辐射定标标准响应函数；
标准半光路绝对辐射定标标准响应函数与当前半光路绝对辐射定标标准响应函数差值函数作为应用中绝对辐射定标补偿函数；
将当前半光路中设置的温度采样点带入绝对辐射定标补偿函数，并计算每一个采样处差值，所有差值取平均值作为当前开机状态下系统响应与标准响应建立状态下响应的补偿量。


6.如权利要求1所述的提高航空TDI红外扫描仪绝对辐射定标方法，其特征在于，全光路绝对辐射定标标准响应函数建立处理方法包括：
在目标动态范围内，按5℃间隔设置黑体温度，采集黑体的图像，并记录与之对应的温度数据，由图像平均灰度和温度数据，采用最小二乘法拟合全光路绝对辐射响应函数Tfull-standard，即目标温度与图像灰度反演函数：
Tfull-standard(DNi)＝RmDNim+Rm-1DNim-1+Rm-2DNim-2+......Rm-iDNim-i......+T0…………(1)
式中：
Tfull-standard(DNi)：图像灰度为DNi时对应的等效黑体辐射温度；
T0：绝对定标偏置系数；
Rm-i：绝对定标增益系数，
m是全光路绝对辐射定标响应拟合函数最高幂次数；i是采样点标号；
设每一个采样点数据和拟合数据偏差Mi＝|Ti-T(DNi)|，使偏差平方和最小，即最小，对偏差平方和求偏导，可以得到

【专利技术属性】
技术研发人员：霍家全，
申请(专利权)人：天津津航技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：天津;12