【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种非制冷红外偏振热成像系统的综合校正方法，尤其涉及一种基于温漂校正的非制冷红外偏振热成像系统综合校正方法，属于偏振成像和测试计量。
技术介绍
1、红外探测根据目标与环境的不同红外辐射特征来实现识别或跟踪的功能，在军事领域具有广泛应用。偏振探测能够检测目标物自发辐射或反射辐射光的偏振态，应用于目标探测、图像去雾、生物医学和遥感等领域。红外偏振探测结合两者的优势，能够识别红外探测难以区分的目标，具有发现隐身或伪装、凸显人造目标、增加烟尘中探测距离的优势。
2、分焦平面探测器将微小偏振光学元件集成到fpa上，通过一次曝光获得目标的多幅不同偏振态图像，不存在分光元件，体积重量小，结构紧凑，稳定性高，具有极大的广泛应用空间。由于制造误差和装配误差等因素，会导致实际红外分焦平面偏振成像过程引入各种非均匀性：光学渐晕、退偏效应、微偏振片阵列透过率和消光比的非均匀性、探测器像元响应的非均匀性等。
3、对于制冷成像系统而言，红外焦平面阵列的工作温度基本保持稳定，加之冷屏的作用，环境温度对探测过程的影响可忽略。对于可见光与近红外成像系统，由于机内辐射相对较弱，可只考虑焦平面增益和偏置的温漂。对于非制冷长波红外成像系统，由于受环境温度和自身机芯温度影响，非制冷红外焦平面探测器的响应会产生明显的温度漂移。温漂主要来自irfpa光电转换增益与偏置的波动以及相机内部随温度改变的自发辐射及反射辐射(下面统称为机内辐射)。
4、因此，对于非制冷长波红外分焦平面偏振相机，分析并校正温漂效应和非均匀性是十分必要的
技术实现思路
1、为了解决当前非制冷红外偏振热成像系统的校正方法将实验室标定得到的模型参数认作定值，未考虑其中探测器响应参数和相机内自发辐射与反射辐射随非制冷相机工作温度的实时变化(即温漂)，导致对目标场景辐射强度和偏振信息的探测出现明显误差的问题，本专利技术的目的之一是提供非制冷红外偏振热成像系统的综合校正方法，实现对前置偏振片式非制冷红外偏振系统的标定和校正，具有校正精度高和校正效率高的优点。在考虑非制冷红外探测器响应随机芯温度的变化、考虑相机内部的自发辐射随机芯温度、焦平面温度和环境温度的变化、利用实验室面型黑体和最小二乘法进行校正等相同专利技术构思下，本专利技术的目的之二是提供一种非制冷红外分焦平面偏振热成像相机的综合校正方法，实现对非制冷红外分焦平面偏振相机的响应校正和偏振校正，具有校正精度高和校正效率高的优点。
2、本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的。
3、本专利技术的专利技术目的之一公开的非制冷红外偏振热成像系统的综合校正方法，包括如下步骤：
4、步骤1、得到非制冷红外探测器响应随机芯温度的变化规律。
5、非制冷红外探测器作为光电转化器件，其响应过程表示为：
6、i＝glγ+bc (1)
7、式中，i为非制冷红外探测器的数字信号输出；l为非制冷红外探测器接收到的入射辐射；偏置系数bc与红外机芯温度tc有关；增益系数g为常量；非线性响应系数γ趋近于1；
8、非制冷红外探测器响应随机芯温度的变化规律，即偏置系数bc随红外机芯温度tc的变化规律。
9、将去掉镜头的非制冷红外机芯正对面型黑体紧贴放置，固定黑体温度，设置多组机芯温度，采集不同机芯温度下的黑体入射图像，得到灰度值。利用最小二乘法，对不同机芯温度及对应灰度值进行多项式拟合，得到各多项式拟合结果的均方根误差rmse和确定系数r-squared。选取其中rmse最小、r-squared最接近于1的多项式，即为偏置系数bc随红外机芯温度tc的变化规律：
10、bc＝a1tc2+a2tc+a3 (2)
11、式中，a1、a2和a3分别为曲线拟合系数，测量非制冷红外探测器得到。
12、步骤2、前置偏振片式红外偏振成像系统由高消光比偏振片、光学系统和红外焦平面探测器组成。到达光学系统的辐射包括目标入射辐射、高消光比偏振片的自发辐射和高消光比偏振片反射的光学系统的自发辐射；则前置偏振片式红外偏振成像系统辐射传输模型表示为：
13、
14、式中，[s0 s1 s2 s3]t表示入射到偏振片上的stokes矢量；g、b和γ分别表示红外焦平面探测器响应的增益系数、改进前的偏置系数和非线性响应系数；ρ表示光学系统的透过率；τ1为高消光比偏振片主方向的能量透过率；τ2表示高消光比偏振片主方向的正交方向的能量透过率；θ表示高消光比偏振片透过方向与x轴的夹角；r表示由高消光比偏振片自发辐射和反射辐射导致的附加辐射。
15、改进后的偏置系数b会按照式(2)描述的规律随机芯温度tc变化，相机内部的光学系统和机壳内表面也会产生自发辐射，故式(3)改进为式(4)：
16、
17、其中，rp1、rp2分别为高消光比偏振片自发辐射和反射辐射；ros、rsh分别为相机内部的光学系统和机壳内表面产生的自发辐射。各辐射表示：rp1＝εpma、ros＝εosma、rsh＝εshmc、rp2＝εosma(1-(τ1+τ2)/2-εp)；εp、εos和εsh分别代表高消光比偏振片、光学系统和相机机壳内表面的自发辐射率；ma和mc分别表示环境温度ta和机芯温度tc的黑体等效辐射出射度；
18、考虑机芯温度tc与环境温度ta影响，式(4)简化为：
19、
20、式中，ra＝ρ(rp1+rp2)+ros为自发辐射与反射辐射干扰的总和，由环境温度ta决定；rc＝rsh为机壳内表面的自发辐射，由机芯温度tc决定。
21、步骤3、利用实验室面型黑体，根据式(5)辐射传输模型，对步骤2中的前置偏振片式红外偏振成像系统进行标定和校正。
22、作为优选，步骤3、利用实验室面型黑体及式(5)辐射传输模型，对步骤2中的前置偏振片式红外偏振成像系统进行标定和校正。具体实现方法为：
23、标定主要分为两个步骤，分别是响应校正和全校正。
24、步骤3.1、移除步骤2中前置偏振片式红外偏振成像系统的高消光比偏振片和光学系统，使红外焦平面探测器直接近距离正对面型黑体放置，标定红外焦平面探测器的响应增益系数g和偏置系数bc，同时去除高消光比偏振片和光学系统的自发辐射与反射辐射的干扰。全程将红外焦平面探测器的机芯温度固定在室温，焦平面温度与环境温度也保持稳定，将面型黑体温度从低温升至高温设置多组，对每一组采集多帧图像。对采集的每一组图像，进行求平均，得到降低时间噪声的平均值图像。
25、
26、其中，i(t)为面型黑体温度t时对应的灰度图像，i(t,j)为第j张面型黑体温度为t时的灰度图像，n为面型黑体温度为t时采集的图像张数。
2本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.非制冷红外偏振热成像系统的综合校正方法，其特征在于：包括如下步骤，
2.如权利要求1所述方法，其特征在于：步骤3、利用实验室面型黑体及式(5)辐射传输模型，对步骤2中的前置偏振片式红外偏振成像系统进行标定和校正；具体实现方法为：
3.非制冷红外分焦平面偏振热相机的综合校正方法，其特征在于：包括如下步骤，
4.如权利要求3所述非制冷红外分焦平面偏振热相机的综合校正方法，其特征在于：步骤3所述利用面型黑体和最小二乘法，实现对非制冷长波红外分焦平面偏振相机的响应校正和偏振校正；具体实现方法为：
【技术特征摘要】
1.非制冷红外偏振热成像系统的综合校正方法，其特征在于：包括如下步骤，
2.如权利要求1所述方法，其特征在于：步骤3、利用实验室面型黑体及式(5)辐射传输模型，对步骤2中的前置偏振片式红外偏振成像系统进行标定和校正；具体实现方法为：
3.非制...
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