变积分时间的空间红外相机单点绝对辐射定标法

针对星上多点辐射定标获取方法问题,研究了变积分时间的单点绝对辐射定标方法。首先,根据红外相机响应特性建立了变积分时间的红外成像系统响应模型;其次,分析了变积分时间和变辐射亮度相机响应模型的理论差异,提出了利用星上单点标准变积分时间的红外相机绝对辐射定标方法;最后,结合探测器的光谱响应曲线,分析了变积分时间单点定标法引入的系统误差。实例计算表明:在积分时间为10 ms、温度范围为250～500 K的黑体辐射能量下,对应适当温度的单点标准变积分时间绝对定标方法,引入的最大原理误差可达1.5%。变积分时间的单点绝对定标方法避免了黑体多点定标设计和控制的复杂性,可用于空间红外相机的在轨辐射定标。     

靶场红外辐射特性测量系统标定方法研究

根据靶场用红外辐射特性测量系统的实际情况提出了三种对红外焦平面探测器响应度进行标定的方法,分别是用于全焦平面标定的直接扩展源法和间接扩展源法,以及仅对焦平面局部特征点定标的点源法,并对各标定方法的优缺点进行了分析比对,结合工程实践对方法选择提出了建议,可供广大工程技术人员作为参考.     

基于加权最小二乘法的红外辐射定标

随着红外物理与红外技术的深入发展,目标的辐射特性测量受到了广泛的重视,红外探测器的辐射定标直接决定了辐射特性测量精度,为此文中建立了辐射定标系统,对3～5μm的红外焦平面阵列相机进行了绝对辐射定标实验。文中给出了辐射定标的数学模型,制定了定标的流程并进行了相应的辐射定标实验;针对红外标准源和环境波动性的影响,提出了加权最小二乘法的辐射定标优化方法;通过外场辐射特性测量实验表明,该方法的反演误差优于4%,提高了辐射定标的精度,结果满足实际工程的需要。     

大口径中波红外辐射特性测量系统标定

文中设计采用面源黑体对大口径中波红外辐射特性测量系统进行辐射标定,通过改变探测器积分时间的方式提高系统红外辐射强度测量的动态范围,得到全系统基于积分时间变量的辐射标定公式.分析了探测器像元的饱和特性,得到了像元的饱和边界条件.边缘像元的动态范围相对于中心像元扩大近50％.在1-3 ms积分时间范围内,探测器像元响应灰度...     

3～5μm红外探测器的辐射定标

在对目标进行红外跟踪测量时,为了得到目标空间位置的同时,获得其红外辐射特性数据,设计了一套红外焦平面阵列探测器的实验室辐射定标系统。以高精度的面源黑体为标准辐射源,对成像范围为3～5μm的中波红外探测器进行了响应度的标定。首先建立定标数学模型,确定定标流程;然后使用线性回归统计模型对响应度曲线进行拟合并评估,针对一般线性最小二乘法对局外点(outlier)敏感的缺点,提出Robust优化算法;最后,在外场对温度和特性已知的目标进行测量,通过实验室得到的响应度曲线和大气透过率参数进行红外辐射特性数据的反演,得到实际测量值与理论值的相对误差小于2%。结果表明,Robust优化算法能有效改善红外焦平面阵列响应度非线性引起的反演不确定度。     

基于积分时间调整的红外焦平面阵列非均匀校正算法研究

利用实测的响应数据分析了红外焦平面阵列探测元的响应特性与入射辐射、积分时间的关系,指出了实际工程中常用的两点黑体辐射定标校正算法的本质在于利用高低温时不同的响应数据计算增益系数与偏置系数.与此相类似,通过调整积分时间也能得到不同的响应数据.因此对基于积分时间调整的校正算法展开研究,分别提出一点与两点定标校正算法,并将一点定标与小波多分辨率分解相结合,提出了一种新的自适应非均匀校正算法,实验结果证明了该方法在实际成像系统中的有效性.     

宽动态范围红外辐射测量系统快速定标算法

红外辐射测量系统的宽动态范围定标通常是在多个温度点下,设置多个积分时间并适当加入衰减片的方式实现的。其不仅效率低、耗时长、成本高且影响整个红外辐射测量系统实时性和机动性。对此,在考虑积分时间的定标模型基础上,提出宽动态范围快速定标方法。只需调节一次积分时间和一次温度即得到宽动态范围任意积分时间的定标方程。利用400 mm红外辐射测量系统对快速定标方法的定标精度、测量精度进行验证。实验结果表明:快速定标方法与直接定标结果之间最大误差为2.75%,该方法外场测量时最大辐射测量误差为11.69%,相比传统辐射测量最大误差不超过1.52%。说明快速定标方法能有效地保证系统辐射定标精度,提高辐射测量系统的定标效率,缩短定标时间,实现对系统宽动态范围任意积分时间的定标。整个辐射测量过程实时性好,操作简单、易实现且可靠性高,适应针对外场条件下红外辐射特性测量系统的要求,外场测量结果也说明快速定标可以直接应用于靶场目标的红外辐射测量任务中。     

制冷型热红外焦平面成像系统数据处理的关键技术

长波红外(8~12.5μm)焦平面的性能在很多方面弱于中短波红外器件,其非均匀性及盲元状况较严重。本课题首次在国内引进了法国Sofradir公司的320×256像元HgCdTe长波红外焦平面探测器MARS VLW RM4,其波长响应范围为7.7~12μm。基于一套高帧频低噪声信息获取系统,经过动态范围标定,实现了一套动态范围为250~330K、噪声等效温差(Noise Equivalent Temperature Difference.NETD)小于50mK的热红外成像系统。针对焦平面各像元的响应特性,研究了适用于热红外成像系统的非均匀性及盲元校正方法,提出了基于辐射定标的非均匀性校正和盲元检测。经实验验证,其校正效果优于两点定标法,且易于工程实现,基于辐射定标的结果可实现精确的温度反演。     

基于短波变F数系统的红外辐射定标规律研究

在靶场辐射测量中,红外辐射特性数据被广泛应用于目标红外特性识别和隐身特性评估,在安防与军事领域发挥着不可替代的作用。目标红外辐射特性数据获取需基于系统的辐射定标。对于中、长波测量系统来说,红外辐射定标主要针对定焦系统,而对变焦系统的辐射标定较少。建立了连续变焦系统的红外辐射定标模型,并对1000 mm口径的短波连续变焦系统进行了分析。数据分析结果显示,随着F数的增大,系统的辐射响应增益减小。分析了其对辐射测量的影响。可以看出,该研究具有一定的工程意义。     

基于红外相机积分时间的辐射特性测量精度分析

在进行辐射特性测量时,红外相机积分时间的选取是影响特性测量精度的重要因素。针对该问题,以辐射特性测量实验数据为基础,对同一温度、不同积分时间下的红外图像对比度、信噪比以及辐射特性测量精度进行了分析。结果表明,积分时间通过影响红外图像的对比度和信噪比进而影响了辐射特性测量精度。适当延长红外相机的积分时间,可以增强图像的对比度和信噪比,从而提高辐射特性测量精度。该结果对红外辐射特性测量系统相机积分时间的选取具有指导意义。     

自适应积分时间改变的红外焦平面非均匀校正方法

基于黑体标定的红外焦平面校正方法,当探测器工作积分时间与校正参数获取时的积分时间不一致时校正效果会变差,究其原因主要是因为像元的响应输出随积分时间呈现一定的非线性,传统黑体定标类的校正方法属于积分时间维度上的单点校正。针对该问题提出了一种自适应积分时间改变的非均匀校正方法,该方法在辐射通量和积分时间两个维度上都进行多点校正,从而有效解决了变积分时间时校正效果变差的问题。另外,该方法直接存储原始黑体标定数据用于校正,不需要存储增益及偏置校正系数。使用局部非均匀性均值作为校正效果的评价方法,该评价方法更能反映校正后残差的局部特性。实验表明,相对于传统方法,该方法能够有效降低积分时间改变时校正后的图像非均匀性,提高了黑体定标类校正方法的工程适用性。     

空间目标红外辐射测量系统标定技术

为实现对空间目标红外辐射进行定量测量,需要解决红外辐射测量系统的标定问题。针对常规标定方法对大口径红外辐射测量系统标定存在的不足,在对其测量原理分析的基础上,提出了一种内置黑体标定与天文恒星标定相结合的新方法。采用内置黑体作为标准辐射源对匹配镜组和探测器进行标定,采用恒星标准辐射源对大口径主光学系统透过率进行标定,并推导出了红外辐射测量系统整体的响应关系。试验验证表明,该方法与传统的全孔径标定方法相比,曲线斜率误差在4%以内,具有操作简单易行、标定系统的研制难度低、标定效率高等优点。     

基于像素级辐射自校准的红外图像非均匀性校正改进方法

红外成像系统中一直存在着非均匀性的问题,针对红外大动态范围成像等任务对改变成像系统积分时间的需要,提出了一种利用像素级辐射自校正技术的可变积分时间的非均匀性校正方法。通过辐射自校正为红外探测器中的每个像元建立辐射响应方程以估计出场景的辐射通量图,利用线性校正模型对辐射通量图进行校正,实现任意积分时间下的非均匀性校正。该方法的有效性通过高分辨率碲镉汞红外探测器进行了验证。     

大口径红外光电系统辐射定标及误差分析

为了实现对大口径红外光电系统的辐射定标,建立了基于大面源黑体的辐射定标系统以及基于红外单色照明光管的光谱定标系统.利用腔型黑体、连续可变滤光片CVF和平行光管组成红外单色照明光管,对红外系统进行光谱定标,确定系统归一化相对光谱响应函数.利用大面源黑体覆盖红外系统入瞳和视场,对红外系统进行辐射定标,确定系统绝对辐射亮度响...     

红外成像系统响应光谱非均匀性的理论分析

基于黑体标定的非均匀性校正方法在凝视红外成像系统中被广泛应用,但在面对天空背景成像或者高速飞行器上透过高温光学窗口观察常温目标两种情况下,出现了黑体标定不适用的现象。为此通过分析红外成像系统的响应特性,提出了响应光谱非均匀性的概念,指出了黑体标定法具有场景光谱分布依赖的特征。同时,分析了响应光谱非均匀性产生的原理,包括内外两方面原因。内在因素是红外探测器不同像元的量子效率随光谱变化存在差异,外在因素是应用场景的辐射光谱分布与黑体相差较大。在此基础上,给出了解决响应光谱非均匀性的建议。     

红外辐射测量系统内外标定技术

为确保辐射测量精度,需要对红外辐射测量系统进行标定。在分析红外辐射测量系统工作原理的基础上,提出了内、外标定相结合的标定方法,区别于传统的标定方法,不再把测量系统当作黑盒子,而是对其内部分解进行分步标定,通过理论推导给出了内外标定方法计算公式。实验验证表明,该方法的标定精度与传统的全孔径黑体标定方法基本一致,两者之间的相对误差在1%以内,但该方法对外置大孔径面源黑体温度范围要求比较低,降低了黑体的研制难度和成本。     

GF5B热红外通道星上定标与验证

以GF5B卫星发射前实验室定标为基础,采用星上0级黑体定标数据,建立了适用于GF5B热红外通道的星上绝对辐射定标模型。通过对2022年01月12日星上黑体定标数据进行处理,获得成像仪热红外通道的绝对辐射定标系数。对星上定标系统精度进行分析,并采用地面同步烟台浮标数据对定标结果进行精度验证,结果表明,在轨后星上定标系统的绝对定标精度为0.9 K;星地验证结果显示B11和B12通道亮温的偏差分别为0.33、0.77 K。说明基于星上黑体的定标方法具有较好的精度,定标结果可靠,可满足遥感数据定量化应用的需要,为实时准确获取热红外通道定标系数提供了方法借鉴。     

基于受激参量下转换的红外标准传递辐射计定标技术

基于受激参量下转换过程产生光子的相关特性,构建了一套无需制冷且只利用可见光探测器即可实现红外标准传递辐射测量的系统。首先详细描述了该红外标准传递辐射计系统的工作原理,接着利用标准黑体拟合获取了该系统的定标系数,由此得到红外标准传递辐射计温度与待测黑体响应值的关系,最后通过与水浴黑体在相同温度点的响应值所反演获取的辐射温度作比较,进一步评估和验证了该红外标准传递辐射计系统的不确定度。实验结果表明:该红外标准传递辐射计测量水浴黑体辐亮度的联合不确定度为1.64%,表明该红外标准传递辐射计可作为标准黑体到用户传感器的传递标准。     

热红外光谱仪系统的内部杂散辐射定标与测量技术

提出了一种热红外光谱仪系统内部杂散辐射的测量方法,该方法基于探测器和热红外光谱仪系统的辐射定标.通过分别单独标定探测器对黑体辐射能量的全谱段输出响应曲线和光谱仪系统对黑体辐射能量分光后单一光谱通道的输出响应曲线,从而定量得出光谱仪的内部杂散辐射灰度值及辐射通量值且能计算出不同积分时间和光机温度时内部杂散辐射的灰度值及辐射通量.采用该方法对现有光谱仪内部杂散辐射进行了实验测量,并进行了对比实验,结果表明,对比实验值与理论预测值误差偏离小于1%.该方法可操作性高,可用于测量热红外光谱仪内部杂散辐射在总输出DN值中的占比、预测光谱仪制冷对内部杂散辐射的影响、测量其他内部杂散辐射抑制手段的效果等.     

基于图像灰度的大范围辐射温度反演

为解决高温辐射源和环境温度对红外测温的影响,提高极端工况下红外热像仪的测温精度,以红外辐射理论以及红外热像仪测温原理为基础,提出了一种将红外图像灰度与目标温度、环境温度和积分时间相结合的综合辐射温度反演方法,该方法实现了环境(镜头)温度与场景温度参量解耦,可以独立预估各参量变化所产生的探测器响应变化。首先对红外热像仪进行数据标定,标定时一般采用高精度面源黑体,之后通过计算面源黑体辐射亮度,利用黑体辐亮度和黑体灰度的线性关系,对黑体温度与黑体图像灰度值两组数据之间关系进行拟合,建立全环境温度和全积分时间的大范围温度反演匹配模型。最后在实验室环境下,分别用热像仪和基于灰度的温度反演模型对探测目标进行测温。经过实验验证,该反演模型在实验室环境下取得了较为良好的效果。