本发明专利技术涉及对野外实验现场使用的大口径光电辐射测量系统进行辐射定标的方法和装置。要解决大口径光电系统野外现场的定标问题，方法是辐射定标照明源出口小于被定标光电系统的入瞳、发散角大于被定标光电系统的视场角；标准辐射源对参考辐射计定标得到响应度；参考辐射计对辐射定标照明源定标得到出射辐亮度；辐射定标照明源照明被定标光电系统，其像面上形成大于探测器面积的光斑，得到图像数码输出和辐照度响应度。装置包括探测器、斩光器、两个通光孔、两个主镜、两个次镜、两个镜筒、光栏、腔型辐射源、连接器；用小辐射定标照明源达到大面积辐射源辐射定标的效果；具有重量轻、功耗低、操作简单、像面均匀、辐射能量范围大的优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光电辐射测量
，涉及对野外实验现场使用的大口径光电辐射测量系统进行辐射定标的方法和装置。
技术介绍
光电辐射测量系统(以下简称光电系统)的任务是测量目标发出的辐射量，而该测量系统实际的输出是电信号，该信号与目标发出的辐射量相关。辐射定标的目的就是确定入射辐射量与输出电信号之间的关系。辐射定标的主要原理是将已知辐射量值的辐射源(可朔源到国家计量标准)放置在待定标的光电系统的光学入瞳之前，根据光电系统入射辐射量值和其输出的电信号量值，建立从辐射输入到光电系统最终信号输出之间的定量关系。辐射定标的基本要求是，其一，定标辐射源出射的光斑能均匀照明被定标光电系统的探测器；其二，定标辐射源的出射辐射量范围要大于被定标光电系统的动态范围。常规光电系统辐射定标的基本方法(内部使用的红外与光电系统手册)包括近距离扩展辐射源照明法(辐射源面积大于光电系统光学入瞳面积，见图1)，远距离点辐射源照明法(图2)和近距离点辐射源照明法(图3)。在这三个图中，1是已知辐射量的辐射源，2是被定标光电系统的入瞳，3是被定标光电系统的视场光栏，4是光电系统像面(光电系统探测器置于此)。这些辐射定标方法的特点分别如下 近距离扩展辐射源照明法(图1)将面积大于光电系统入瞳面积的辐射源1放置在被定标大口径光电系统入瞳2前，两者距离要保证定标源的辐射充满被定标光电系统的视场和孔径。用这种方法直接照明被定标光电系统，能够在光电系统探测器上形成一个均匀且大于像面4尺寸(探测器尺寸)的光斑，可以同时定标出光电系统探测器任一个像元的辐亮度响应度。该方法是一种比较理想的实验室辐射定标方法。目前定标所用的大面积辐射源有积分球光源(可见到近红外波段)和大面积黑体辐射源(中波到长波红外波段)等。但应用该方法在野外现场对大口径光电系统定标受到诸多限制其一，辐射定标装置的重量、体积和功耗都很大，即不利于运输、安装也不利于操作和维护；其二，大面积标准辐射源制造技术复杂，工艺难度大，性能指标(如表面辐射度的稳定性、均匀性、余弦辐射特性等)在野外现场使用条件下难以保证；此外由于造价太高，不被用户接受。远距离点辐射源照明法(图2)点辐射源1远离大口径光电系统入瞳2对其直接照明，两者间的距离要大于被定标光电系统光学焦距的10倍以上，并保证在像面4上形成一个点光源图像，可以定标出光电系统的入射辐射通量(或照度)与输出电信号之间的响应关系。该定标方法用小尺寸辐射源直接照明被定标大口径光电系统，虽然可以减小定标装置的体积、重量，但是由于成像关系，在某一时刻该定标方法只能对光电系统成像探测器的部分像元(10个像元左右)进行定标，这对于像面上动辄10万像元以上的光电系统成像探测器来讲，完成全部像元的定标操作繁杂，且工作量太大，因此该方法对于定标大口径光电系统来讲不适用；其次用该方法直接照明被定标光电系统，在像面上形成的光斑不也均匀，无法满足定标精度。近距离点辐射源照明法(图3)将点光源1放置在被定标光电系统入瞳2附近对其直接照明，该照明法(琼斯法)可以在被定标系统的像面4上获得一个扩展的均匀照明光斑。其主要问题是入射到像面4上的辐射能量衰减十分严重，辐亮度衰减的幅度为AP/AS(AP为光电系统的入瞳有效面积，AS为小光源的有效发光面积)倍。因此该方法适合于对测量暗弱目标或动态范围小的光电系统进行辐射定标，而对于AP/AS≥6000以上的光电系统来说，由于入射到像面上的辐射能量衰减十分严重，不能满足其大动态范围的辐射定标要求。在我们的具体实施例中，辐射定标要求必须采用红外腔型辐射源，由于现场功耗以及目前技术、工艺限制，该辐射源只能做到稳定的工作温度最高为1500K，开口的出瞳直径8mm，而定标光电系统的入瞳直径达到670mm，使入射到像面上的能量衰减了7000倍以上，十分微弱，因此采用这种定标方法，所带来的问题是一方面引入了较大的定标误差，另一方面只能在很小的动态范围内进行定标，不能满足定标要求，因此该方法也不适用。
技术实现思路
技术介绍
中，对于大面积标准辐射源照明法，由于大面积标准辐射源的研制技术复杂、工艺难度大、性能指标难以保证，且成本高、重量、体积和功耗大，运输、安装、操作和维护都不方便；远距离点辐射源照明法完成全部像元的定标操作繁杂、工作量大、光斑的像面不均匀，则无法满足定标精度；近距离点辐射源照明法，辐亮度低不能满足被定标光电系统动态范围的要求，如增加辐亮度需要的功耗大，在现场不适用；上述三个方法都不适用于大口径光电系统的野外现场标定，为了解决上述问题，本专利技术的目的是将要提供利用小面积辐射源实现扩展照明对大口径光电系统进行野外现场辐射定标的方法及装置。本专利技术对大口径光电系统进行辐射定标的方法如下a.将均匀的小面积辐射源放置在平行光管的焦面上，制成一体化的辐射定标照明源，辐射定标照明源出口面积小于被定标光电系统的入瞳面积；b.根据被定标光电系统的观测视场角可以给出辐射定标照明源的发散角，使辐射定标照明源的发散角大于被定标光电系统的观测视场角；c.利用已知辐射量的标准辐射源(可朔源到国家计量标准)对参考辐射计进行定标，得到参考辐射计的响应度；d.由参考辐射计对辐射定标照明源进行定标，得到辐射定标照明源的出射辐射亮度Bλ，这个过程即完成了国家计量标准到辐射定标照明源的计量传递；e.用辐射定标照明源照明被定标光电系统，使被定标光电系统成像后在其像面上形成均匀且大于被定标光电系统探测器面积的光斑，在其像面上实现扩展的辐射源照明，可以得到被定标光电系统图像的数码输出DN，进而得到被定标光电系统的辐照度响应度RSYS，则完成大口径光电系统野外现场辐射定标。所述辐照度响应度为 RSYS=DN-DNBBλ·f2AD·AOAS(1-M2)---(1)]]>式中，f-被定标光电系统的焦距；AD-被定标的光电系统中探测器单个像元的面积；DNB-测得被定标光电系统的暗场数码输出；AO-被定标光电系统的光学接收面积；M-被定标光电系统遮拦比；AS-辐射定标照明源有效出射面积。本专利技术的辐射定标装置包括参考辐射计和辐射定标照明源，参考辐射计包括探测器、斩光器、通光孔、主镜、次镜、镜筒；辐射定标照明源包括第一镜筒、第一次镜、第一主镜、第一通光孔、光栏、腔型辐射源、连接器；在参考辐射计中，次镜的光轴与主镜光轴夹角为45°，主镜和次镜的反射面相对放置并固定到镜筒里，探测器和斩光器位于镜筒外面，主镜固定到镜筒的底部，在镜筒上有与次镜光轴同轴的通光孔，次镜的反射面对准通光孔和镜筒的内壁，斩光器位于探测器和通光孔之间，并斩光器靠近探测器一侧放置，探测器安装在主镜的焦点处；在辐射定标照明源中，第一镜筒内有第一次镜和第一主镜，在第一镜筒外有光栏、腔型辐射源和连接器，在第一镜筒上有与第一次镜光轴同轴的第一通光孔，第一主镜位于第一镜筒的底部和第一次镜之间，且第一主镜与第一次镜安装固定到第一镜筒上，第一主镜与第一次镜的反射面相对放置，第一次镜的反射面对准第一通光孔和第一镜筒的内壁，光栏位于腔型辐射源和第一通光孔之间，且光栏放置在第一主镜的焦点位置上，腔型辐射源靠近光栏一侧放置，第一次镜的光轴与第一主镜光轴夹角为4本文档来自技高网...
【技术保护点】
大口径光电系统野外现场辐射定标的方法，其特征在于辐射定标的步骤如下：ａ．将均匀的小面积辐射源放置在平行光管的焦面上，制成一体化的辐射定标照明源，辐射定标照明源出口面积小于被定标光电系统的入瞳面积；ｂ．根据被定标光电系统的观测 视场角可以给出辐射定标照明源的发散角，使辐射定标照明源的发散角大于被定标光电系统的观测视场角；ｃ．利用已知辐射量的标准辐射源（可朔源到国家计量标准）对参考辐射计进行定标，得到参考辐射计的响应度；ｄ．由参考辐射计对辐射定标照明 源进行定标，得到辐射定标照明源的出射辐射亮度Ｂ↓［λ］，即完成辐射定标照明源的计量传递；ｅ．用辐射定标照明源照明被定标光电系统，使被定标光电系统成像后在其像面上形成均匀且大于被定标光电系统探测器面积的光斑，在其像面上实现扩展的辐射源 照明，可以得到被定标光电系统图像的数码输出ＤＮ，进而得到被定标光电系统的辐照度响应度Ｒ↓［ＳＹＳ］，则完成大口径光电系统野外现场辐射定标。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：任建伟，张立国，万志，李宪圣，朱启海，赵贵军，
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：82[中国|长春]
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