一种红外探测器响应特性漂移成像仿真方法和系统技术方案

本发明专利技术介绍了一种红外探测器响应特性漂移仿真方法和系统，本发明专利技术综合红外辐射干扰模型

【技术实现步骤摘要】
一种红外探测器响应特性漂移成像仿真方法和系统


[0001]本专利技术涉及红外成像仿真
，特别涉及一种红外探测器响应特性漂移成像仿真方法和系统
。

技术介绍

[0002]红外探测器具有全天候探测能力，广泛应用于军事和民用领域
。
红外探测器在工作过程中受复杂工作环境影响响应特性发生漂移，导致成像质量下降，严重影响红外成像系统性能，是红外探测器广泛应用中需要解决的关键问题；建立红外探测器响应特性漂移模型，实现响应特性漂移成像仿真，有助于研究抑制红外探测器响应特性漂移的方法，提高红外成像系统性能
。
[0003]目前，相关研究工作仅从某一方面揭示了红外探测器响应特性漂移的因素
。
如红外探测器的响应特性漂移主要由非聚焦背景能量引起，环境温度对探测器响应特性漂移存在一定的影响；制冷型红外探测器中响应特性漂移与杜瓦内部水分子在探测器制冷过程中生成的冷凝水膜相关；响应特性漂移源于红外探测器材料光电特性的亚稳态性等
。
这些研究工作仅从某一方面进行，没有建立统一的红外探测器响应特性漂移模型，无法有效地用于成像仿真
。
[0004]实际应用中，红外探测器响应特性漂移是成像过程中多种因素共同作用的结果，涉及红外辐射
、
辐射传输
、
光电转换
、
读出电路等多个方面；然而，目前相关研究工作主要从红外探测器响应非均匀性角度进行，如光学系统杂光导致的非均匀性
、
内部组件辐射导致的非均匀性
、
读出电路的非均匀性等，缺少针对响应特性漂移的研究；如何建立综合多种因素的红外探测器响应特性漂移模型，应用于红外探测器响应特性漂移的成像仿真中，是亟待解决的问题
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种红外探测器响应特性漂移成像仿真方法和系统
。
[0006]本专利技术所采用的技术方案是：
[0007]一种红外探测器响应特性漂移成像仿真方法，具体步骤为：
[0008]S1
：构建红外探测响应特性漂移模型，包括红外辐射干扰模型
、
辐射传输漂移模型
、
光电转换漂移模型和读出电路漂移模型；
[0009]S2
：设计响应特性漂移成像仿真模型，包括温度变化仿真模型
、
冷凝水膜透过率变化仿真模型和响应非均匀性仿真模型；
[0010]S3
：利用红外探测器响应特性漂移模型和响应特性漂移成像仿真模型实现红外探测器响应特性漂移的成像仿真，具体步骤为：
[0011]S31
：选择探测器类型，设置探测器系统相关参数，包括光学系统
、
探测器
、
读出电路和探测目标的各参数；
[0012]S32
：设置高斯模型参数，利用高斯随机模型计算和
/
或设置每个探测单元的组分
x
和
p
区厚度
d、
读出电路放大系数
k0和偏置
b0；
[0013]S33
：设置环境因素大气温度
T
atm
、
环境温度
T
amb
、
杂光源温度
T
stray
、
光学系统温度
T
opt
、
红外探测器内部组件温度
T
in
、
探测单元温度
T
IR
、
读出电路温度
T
R
和杜瓦内部湿度
p
w
的值；
[0014]S34
：选择一个或多个环境因素，设置对应的温度变化仿真模型和冷凝水膜透过率变化仿真模型参数；
[0015]S35
：设置最大仿真次数
t
max
，仿真次数
t
初始化为0；
[0016]S36
：根据温度变化仿真模型和冷凝水膜透过率变化仿真模型计算所选环境因素的变化值；
[0017]S37
：计算探测器每个探测单元的响应输出
I(i,j,t,t0,
λ
)
；
[0018]S38
：对探测器的响应输出图像进行显示变换后输出显示；
[0019]S39
：仿真次数
t
加1，仿真次数
t
小于最大仿真次数
t
max
时跳转至步骤
S36
，否则仿真结束
。
[0020]具体的，所述
S1
的红外辐射干扰模型中，到达红外探测单元
(i,j)
的红外辐射通量为：
[0021][0022]式中为光学系统的红外辐射，为光学系统的杂光辐射，为内部组件的红外辐射，
T
opt
、T
stray
和
T
in
分别为光学系统温度
、
杂光源温度和内部组件温度，
τ
opt
为光学系统透过率，
ε
opt
为光学系统发射率，
A
stray
为杂光系数矩阵，
A
in
为冷屏系数矩阵，
ρ
in
为反射率，
ρ
in
＝1‑
ε
opt
，为到达红外探测器光学系统外的红外辐射能量，由目标背景的红外辐射
、
环境红外辐射和大气红外辐射组成，计算公式为：
[0023][0024]其中为目标红外辐射，为环境红外辐射，为大气红外辐射，
T
obj
、T
amb
和
T
atm
分别为目标温度
、
环境温度和大气温度，
τ
atm
为大气衰减系数，
ε
obj
为目标发射率；
[0025]所述
S1
的辐射传输漂移模型中，光学系统特性存在漂移，光学系统透过率
τ
opt
与工作温度
T
opt
之间关系如下：
[0026][0027]式中
n
为光学系统在温度
T0时的折射率，
β
为透镜折射率温度系数，
T
opt
为光学系统当前温度，
n
atm
为空气折射率；
[0028]所述
S1
的辐射传输漂移模型中，制冷型红外探测器工作过程中杜瓦内部空间中的水分子在制冷过程中凝结在滤波片上形成冷凝水膜，冷凝水膜透过率
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种红外探测器响应特性漂移成像仿真方法，其特征在于，具体步骤为：
S1
：构建红外探测响应特性漂移模型，包括红外辐射干扰模型
、
辐射传输漂移模型
、
光电转换漂移模型和读出电路漂移模型；
S2
：设计响应特性漂移成像仿真模型，包括温度变化仿真模型
、
冷凝水膜透过率变化仿真模型和响应非均匀性仿真模型；
S3
：利用红外探测器响应特性漂移模型和响应特性漂移成像仿真模型实现红外探测器响应特性漂移的成像仿真，具体步骤为：
S31
：选择探测器类型，设置探测器系统相关参数，包括光学系统
、
探测器
、
读出电路和探测目标参数；
S32
：设置高斯模型参数，利用高斯随机模型计算和
/
或设置每个探测单元的组分
x
和
p
区厚度
d、
读出电路放大系数
k0和偏置
b0；
S33
：设置环境因素大气温度
T
atm
、
环境温度
T
amb
、
杂光源温度
T
stray
、
光学系统温度
T
opt
、
红外探测器内部组件温度
T
in
、
探测单元温度
T
IR
、
读出电路温度
T
R
和杜瓦内部湿度
p
w
的值；
S34
：选择一个或多个环境因素，设置对应的温度变化仿真模型和冷凝水膜透过率变化仿真模型参数；
S35
：设置最大仿真次数
t
max
，仿真次数
t
初始化为0；
S36
：根据温度变化仿真模型和冷凝水膜透过率变化仿真模型计算所选环境因素的变化值；
S37
：计算探测器每个探测单元的响应输出
I(i
，
j
，
t
，
t0，
λ
)
；
S38
：对探测器的响应输出图像进行显示变换后输出显示；
S39
：仿真次数
t
加1，仿真次数
t
小于最大仿真次数
t
max
时跳转至步骤
S36
，否则仿真结束
。2.
根据权利要求1所述的红外探测器响应特性漂移成像仿真方法，其特征在于：所述
S1
的红外辐射干扰模型中，到达红外探测单元
(i
，
j)
的红外辐射通量为：式中为光学系统的红外辐射，为光学系统的杂光辐射，为内部组件的红外辐射，
T
opt
、T
stray
和
T
in
分别为光学系统温度
、
杂光源温度和内部组件温度，
τ
opt
为光学系统透过率，
ε
opt
为光学系统发射率，
A
stray
为杂光系数矩阵，
A
in
为冷屏系数矩阵，
ρ
in
为反射率，
ρ
in
＝1‑
ε
opt
，为到达红外探测器光学系统外的红外辐射能量，由目标背景的红外辐射
、
环境红外辐射和大气红外辐射组成，计算公式为：其中为目标红外辐射，为环境红外辐射，为大气红外辐射，
T
obj
、T
amb
和
T
atm
分别为目标温度
、
环境温度和大气温度，
τ
atm
为大气衰减系数，
ε
obj
为目标发射率；所述
S1
的辐射传输漂移模型中，光学系统特性存在漂移，光学系统透过率
τ
opt
与工作温
度
T
opt
之间关系如下：式中
n
为光学系统在温度
T0时的折射率，
β
为透镜折射率温度系数，
T
opt
为光学系统当前温度，
m
atm
为空气折射率；所述
S1
的辐射传输漂移模型中，制冷型红外探测器工作过程中杜瓦内部空间中的水分子在制冷过程中凝结在滤波片上形成冷凝水膜，冷凝水膜透过率
τ
w
是冷凝水膜厚度
d
w
、
杜瓦内部湿度
p
w
、
开机时间
t、
红外辐射波长
λ
的函数，记为
τ
w
(d
w
(p
w
，
t)
，
λ
)
；同时考虑光学系统特性漂移和辐射传输干扰，到达红外探测单元
(i
，
j)
的红外辐射通量为：式中所述
S1
的光电转换漂移模型中，光电转换的量子效率与探测单元的组分
x、
材料结构
d、
工作温度
T
IR
、
以及红外辐射波长

【专利技术属性】
技术研发人员：尚超，吕衍秋，鲁正雄，魏鹏，王娜，乔淑畅，刘淏宇，
申请(专利权)人：中航凯迈上海红外科技有限公司，
类型：发明
国别省市：