基于TOD的红外成像系统性能评价设备技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于TOD的红外成像系统性能评价设备，包括平行光管、靶标转轮、TOD测试靶标、黑体辐射源、控制器和SAT模块；所述SAT模块与所述控制器通讯连接，所述控制器分别与所述黑体辐射源和靶标转轮通讯连接；所述平行光管用于产生平行光束；TOD测试靶标安装于靶标转轮上，靶标转轮位于黑体辐射源和平行光管的入射口之间；所述SAT模块还通讯连接被测红外成像系统。本实用新型专利技术为红外成像系统的TOD测试提供硬件支撑，可以实现指定差分温度下的TOD测试、指定空间分辨率下的TOD测试，便于测试者获得各种测试数据以及参数，为TOD测试过程提供了极大的方便。测试过程提供了极大的方便。测试过程提供了极大的方便。

【技术实现步骤摘要】
基于TOD的红外成像系统性能评价设备


[0001]本技术涉及图像采集
，具体涉及一种基于TOD的红外成像系统性能评价设备。

技术介绍

[0002]红外成像技术作为一种重要的辐射信息探测技术，可对物体表面在红外波段的不同辐射特性(如温度分辨率和空间分辨率)进行差异化显示，同时转换为可见光图像。换而言之，红外波段探测技术的重现的目标图像更侧重于各个部分的辐射特性差异。由于红外光谱相比于可见光光谱波段更长、频率更低、波动性更显著、粒子性更弱、越易发生衍射，因此相对于普通的可见光信息采集技术，红外成像技术具有更强的穿透性、更远的作用距离、较高的隐藏性，并在航空航天、夜视、遥感、制导跟踪、工业故障诊断、森林防火等领域有着广泛应用。
[0003]红外成像系统性能测试通常可采用试验测试、半实物仿真、性能理论模型共三种方式进行。试验测试需要在目标、背景和环境特征值复杂多变的情况下进行实际试验，因此限制了性能测试的内容及相关响应波段范围。与试验测试相似，半实物仿真需要使用高密度红外场景投影系统与全光谱反射系统进行仿真试验，进行性能测试的成本相对较高且仿真系统的响应波段范围也受到限制。因此，红外成像系统的性能测试通常是按照性能理论模型的方式进行的。
[0004]红外成像系统的性能测试理论模型是根据相关光学系统和电子系统的主要技术参数(包括有效通光孔径D0、镜头焦距f0、瞬时视场α/β、像元尺寸、扫描效率、探测灵敏度等)进行综合分析得出的。红外成像系统的性能测试理论模型可按照评价的技术参数是否单一分为综合性能评价模型和单项性能评价模型。单项性能评价模型主要包括噪声等效温差(NETD)、最小可分辨温差(MRTD)等，这些模型的大多是针对被测红外成像系统的静态目标和静态场景的成像效果进行评价，且上述单项性能评价模型的影响参数相互关联并制约，因此单项性能评价模型对红外成像系统性能研究和发展起到了至关重要的导向性作用。综合评价模型主要包括NVTherm模型、FLIR92模型、1975NVL模型、MTDP/TRM3模型等。其中TOD模型也可看作是调整空间分辨率和欠采样噪声并进行空间补偿后的MRTD模型加强版，也可认作是突出的单项性能评价模型。综合性能评价模型由于参数取值较多、运算量较大、且环境变量复杂等原因，目前在实验室内仍未进行大量部署和广泛使用。
[0005]NETD模型评价方法。NETD名为噪声等效温差，也叫热灵敏度，描述了红外成像系统内多个像元的温度灵敏度性能，通常以毫开尔文(mK)为单位。NETD定义为通过红外成像设备观察低空间频率靶标，当视频信号的信噪比S/N为1时，目标与背景之间的等效温差即为被测红外成像设备的噪声等效温差。NETD的计算方法为，使用设定温差
△
T与所对应的视频信号信噪比(S/N)做商。
[0006]MRTD模型评价方法。MRTD名为最小可分辨温差，是指在特定的空间频率(特征频率)下，试验观察者刚好能分辨出四杆靶的温差。MRTD定义为对于处于均匀黑体背景中具有
指定特征频率的高宽比1比7的四个条带黑体目标的标准条带图案，分别调节正温差和负温差，由观察者在显示屏上作无限长时间的观察。当目标与背景之间的温差从零逐渐增大到观察者确认能分辨出四个条带的目标图案为止，此时目标与背景之间的温差(正温差绝对值和负温差绝对值的算术平均值)与修正系数的乘积为被测红外成像设备在特征频率下的最小可分辨温差。图1展示了MRTD的四杆靶示例及靶标条带高宽比和缝宽之间的关系。
[0007]NETD的缺点为只反映光学系统、探测器及一小部分电路特性，没有考虑从测量点到显示之间的噪声源或滤波作用；测量的是单帧信噪比；采用电滤波器限制噪声，使得高频响应下降。而MRTD的缺点，首先是明显的主观性，对测试人员观察效果不能真实反映，测试结果的多方溯源性较差；受测试目标空间频率和背景辐射特性影响较大，需进行修正；MRTD是基于线性理论建立的，对非线性因素考虑不足；测试用四杆靶为周期性图案，测试过程中会有明显的欠采样噪声，即采用周期性的四杆靶(矩形样条)无法反映非周期的真实目标观测效果。

技术实现思路

[0008]针对现有技术的不足，本技术旨在提供一种基于TOD的红外成像系统性能评价设备，基于TOD测试方法构建全面均衡地针对红外成像系统性能评价的可评可测可实施的方案。
[0009]为了实现上述目的，本技术采用如下技术方案：
[0010]一种基于TOD的红外成像系统性能评价设备，包括平行光管、靶标转轮、TOD测试靶标、黑体辐射源、控制器和SAT模块；所述SAT模块与所述控制器通讯连接，所述控制器分别与所述黑体辐射源和靶标转轮通讯连接；所述平行光管用于产生平行光束；TOD测试靶标安装于靶标转轮上，靶标转轮位于黑体辐射源和平行光管的入射口之间；所述SAT模块还通讯连接被测红外成像系统。
[0011]进一步地，所述SAT模块用于读取用户的输入、被测红外成像系统的图像显示以及通过控制器对黑体辐射源和靶标转轮进行控制。
[0012]进一步地，控制器用于控制靶标转轮转动至不同的方位以及控制黑体辐射源的辐射光源强度。
[0013]本技术的有益效果在于：本技术为红外成像系统的TOD测试提供硬件支撑，可以实现指定差分温度下的TOD测试、指定空间分辨率下的TOD测试，便于测试者获得各种测试数据以及参数，为TOD测试过程提供了极大的方便。
附图说明
[0014]图1为现有的MRTD四杆靶示例图；
[0015]图2为本技术实施例1的设备结构示意图；
[0016]图3为本技术实施例1的靶标示意图；
[0017]图4为本技术实施例2中按照对比度(差分温度)和尺寸(空间分辨率)排列的三角形靶图案；
[0018]图5为本技术实施例3中人眼视觉判定结果的Weibul l拟合曲线；
[0019]图6为本技术实施例3中人眼视觉判定结果的TOD拟合曲线；
[0020]图7为本技术实施例4中机器视觉判定结果的Weibul l拟合曲线；
[0021]图8为本技术实施例4中人眼视觉和机器视觉判定结果的TOD拟合曲线。
具体实施方式
[0022]以下将结合附图对本技术作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本技术的保护范围并不限于本实施例。
[0023]实施例1
[0024]TOD即为三角形方向辨别阈值法(Triangle Orientation Discrimination threshold)。该方法模型利用不同尺寸(不同空间分辨力)、不同温差(差分温度)的等边三角形作为测试用靶标，通过被测红外成像系统成像，由人眼进行多次方向鉴别，统计测试结果并拟合成2类关系曲线：第一类为在控制差分温度的情况下得到阈值对比度与靶标尺寸之间的关系曲线，第二类为指定空间分辨力的情况下阈值对比度与临界差分温度(最小可分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于TOD的红外成像系统性能评价设备，其特征在于，包括平行光管(1)、靶标转轮(2)、TOD测试靶标(3)、黑体辐射源(4)、控制器(5)和SAT模块(6)；所述SAT模块(6)与所述控制器(5)通讯连接，所述控制器(5)分别与所述黑体辐射源(4)和靶标转轮(2)通讯连接；所述平行光管(1)用于产生平行光束；TOD测试靶标(3)安装于靶标转轮(2)上，靶标转轮(2)位于黑体辐射源(4)和平行光管(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘琦，张济国，陈伟，井冰，吴文，张慧，李文洁，陈亭亭，徐艺谋，
申请(专利权)人：公安部第一研究所，
类型：新型
国别省市：