红外热成像系统性能参数测量仪

1、光电探测与信号处理红外热成像系统性能参数测量仪班级 姓名 同组者 日期 2016年 1 月 2 日目 录1 课题的目的与意义.21.1课题意义.21.2 红外成像系统的应用.21.3 参数测量的国内外研究现状.22红外成像系统性能参数.42.1信号传递函数（SiTF）.52.2噪声等效温差(NETD).82.3调制传递函数(MTF) .112.4最小可分辨温差(MRTD) 123 红外成像系统的性能测试及评价.123.1 SiTF的测试123.2 NETD 的测试.133.3 MTF 的测试.143.4 MRTD的测试.154 基本测量装置165总结18参考文献.181 课题的目的与意义1.1

2、课题意义近年来,随着各种新型的红外成像系统在军事和民用领域的广泛应用,出现了多种红外成像系统性能预测模型。红外成像系统是利用热红外辐射来产生被观察场景的红外辐射图的。随着夜视技术的发展,使红外成像系统大量装备部队并广泛用于侦察、制导和火控,使夜战能力大幅提高,对未来战争中的军用目标构成严重威胁。因此对红外成像系统性能的评估成为红外技术应用领域的重要课题。根据目前红外图像采集、红外图像处理、红外热图像噪声特性、红外热像仪性能评估、调制传递函数（MTF）和最小可分辨温差（MRTD）的测量等诸多方面的相关文献1-4，对于热像仪性能参数的客观测量方法，存在许多不同的看法，在向小型化、实用化，转化中亦存

3、在许多技术难题。对整机参数综合测试的研究还是不足，尚缺乏一类结构紧凑，功能综合，并有故障判断能力的面向使用单位需求的检测系统，因此有必要加快这方面的研究工作。1.2 红外成像系统的应用红外热成像系统在辐射波长35um和814um的光谱区内有效的工作。这两个光谱区内大气辐射损耗较小,即所谓的大气窗口,因而热成像能在复杂的气象条件下工作,这是热成像系统最大的特点和优点。军事上,根据红外线能穿透浓雾,较厚云层及黑夜的性能,己用它进行空中摄影,远距离制导,反导弹自卫及制造夜视装备器材。在航天领域,通过灵敏的红外探测器接收物体的红外线,经电子仪器对接收信号进行处理,便能察知被探测物体的特征,这就是遥感技

4、术,卫星上的遥感装置可勘察矿产,森林,鱼群等资源,进行气象预报,绘制红外遥感地图等。工业上,利用红外仪器进行自动化分析,控制和产品的质量检测,测量物体的温度,液位,料位,厚度,只数等;工厂高温车间根据水吸收红外线强的原理,进行防暑降温工作。食品行业利用红外热效应和穿透性强的特性,进行食品烘干和糕点生产。电机制造和修理行业,电焊条生和使用单位,利用红外加热技术进行电机和焊条焊药的烘干处理。农业和林业部门用红外加热装置对谷物,木材,药材等进行干燥处理。公安干警使用红外技术进行目标搜索,跟踪和侦破案子。在家用电器中,红外技术的应用占了很大比例,如彩电,空调,风扇,电灯的红外遥控器,红外水龙头,红外食

5、品烘烤,红外解冻器,红外炉灶和微晶电热红外辐射取暖器等。总之,红外技术已在很多方面造福人类。1.3 参数测量的国内外研究现状热像仪从 20 世纪 20 年代末开始发展，从第一代的光机扫描式发展到现在第二代的阵列式焦平面凝视成像。阵列式凝视成像的焦平面热像仪在性能上大大优于光机扫描式热像仪。其被测目标的整个视野都聚焦到探测器上，图像更加清晰，仪器也更小巧轻便。热像仪成像的质量参数是衡量一个热成像仪好坏的标准，这些参数客观地反映了热成像仪对各种目标的分辨能力、探测能力、工作波段、工作温度、精度、范围等重要特性，正确而且准确地测量这些参数就显得尤为重要。红外成像系统的静态性能描述系统对静态目标的成像

6、性能，即对分布不随时间变化（或缓慢变化）的景物进行了探测、识别和辨认。 目前世界上一些发达国家提出了几种用来评价红外光电系统性能的模型，并建立了一套与之相适应的成像系统评估和测试的实验室测量系统。国内一些主要研制单位基本依靠从国外引进的设备进行测试，如：兵器工业总公司昆明 211 所引进的热像仪检测系统，价格在 60 万美元左右；信息产业部北京 11 所引进的SIRA 热像仪检测组件，价格也在几十万美元。从这些引进的热像仪检测系统来看，一般比较复杂，大多由一系列高性能的独立测试单元构成，其综合性能较差，不含故障诊断系统，且价格昂贵，体积庞大。我国很多学者在热像仪性能测试上也做了很多有创造性的工

7、作，如：电阻阵列红外目标源的研究、便携式红外靶发生器的设计、SPRITE 探测系统传递函数等性能参数的测试和滤波特性的分析。对 MRTD的测试技术随着红外热成像技术的发展而不断深入发展。近年来国外客观测试 MRTD 的技术有较大进展，主要有两类测试方法：一类通过测量有关参数得出 MRTD；另一类通过测量四组不同频率的 4 杆靶温差热图像，经处得到 MRTD。殷祖焘5等设计出一套便携式红外热像仪最小可分辨温差（MRTD检测装置，可用于各类红外热像仪作用距离的检测。Braddick R C 和 Harold Orlando 等人6-10提出了一种基于人工神经网络的 MRTD 客观测量方法，即利用计

8、算机对红外热成像系统产生的 4 杆靶图像进行特征提取，然后利用人工神经网络对特征向量进行识别和判断。1975 年，美国首次提出一套完整的性能模型用来评价红外成像系统，后来又发展了主要用于第二代热成像系统的FLIR（用来计算 MRTD）性能模型。目前，经典 MRTD 不能充分预测新一代焦平面热成像系统的目标获取性能，因此国际上提出了 3种替代的性能模型：夜视成像系统性能模型、热范围模型、三角方向辨别模型。 制造热成像测试仪的主要厂商有美国的 SBIR 公司和 EOI 公司、波兰的 Inframat 公司、CI-Systems公司的 Electro-opties 分部等。美国的 SBIR 公司在红

9、外、可见光、激光参数测试方面做得很出色，处于世界领先水平。其产品包括黑体、平行光管、目标盘、控温仪、测试软件等一整套测试器材。EOI 公司是美国一家专门生产成像系统测试仪的老牌公司。该公司的资金和技术都很雄厚，其全球用户已经超过 600家，其中大部分是前 500 强的企业。其产品包括黑体、平行光管、目标盘、控温仪等一整套测试器材。Inframat 是波兰的一家中小规模的公司，专门生产用于测试和模拟各种成像系统的仪器。该公司生产的红外成像测试仪系列产品有 FT750、DT1000、DT1500、DT2000、DT2500。还有几种便携式的型号如 LAFT 和 SAFT。此外该公司还有一些用于测试

10、其他成像系统的产品（如激光）和另外一些产品。CI-Systems 公司生产成像系统测试仪产品主要是全套的成像系统测试器材。红外部分的主要产品有中小口径的 ILET、大口径的 METS 和 CATS 以及超大口径的 WFOV 等。2红外成像系统性能参数2.1信号传递函数（SiTF）信号传递函数的定义信号传递函数是对红外成像系统进行客观评价的参数,它不受观察者主观判断差异的影响"信号传递函数定义为红外成像系统入瞳上的输入信号与其输出信号之间的函数关系,输入信号规定为靶标与其均匀背景之间的温差,输出信号规定为红外系统输出电压"响应度函数的线性部分(斜率)就是信号传递函数(如图3.

11、1),必须对它进行测量以计算噪声等效温差"信号传递函数(SiTF)的推导设物体的光谱辐射亮度为Le,那么有Le=As (2-1) 如果一台红外系统距离光源为R,那么入射到面积A"上的辐射通量为LENS=LeA0R12ASTATM (2-2)式中TATM为光源与红外系统间的大气传递系数那么到达像面上的轴上辐射通量为IMAGE=LeA0R12ASTSYSTATM (2-3)式中,Tsys为系统的光学传递系数如果光源面积As的像的面积为Ai,它远远大于探测器面积Ad,即A,>)A!那么,入射到探测器上的辐射通量为:DETECTOR=IMAGEAdAi (2-4)当AiAd,

12、光源是一个扩展光源或可分辨光源.同样的,探测器被充分照明,根据对称ASR12=AiR22 (2-5)那么探测器通量变为 DETECTORLeA0Ad(flSYS)2(1+M)2TSYSTATM (2-6)其中，M =R2/R1,，而R2,R1与系统焦距flSYS间的关系为 1R1+1R2=1flSYS (2-7)假定为一圆形孔径，而定义其F数为F=flSYSD,则DETECTOR=4LeAdF2(1+M)2TSYSTATM (2-8)由探测器产生的电压对应于探测器的响应RVd=RDETECTOR (2-9)则系统输出VSYS，是由Vd乘上系统增益G，所有变量都是波长的函数VSYS=G12R()

13、4Le()AdF2(1+M)2TSYS()TATM()d (2-10)那么VSYS=G12R()4Le()AdF2(1+M)2TSYS()TATM()d (2-11) 式中，Le=Le-TARGET-Le-BACKGROUND() (2-12)对于朗伯光源，辐射直接进入大气中，那么Le=()As (2-13)Me=c15(1e(c2/T)-1) (2-14)如果光源和背景都是具有单位发射的真正黑体，那么VSYS=G12R()Me(,TT)-Me(,TB)Ad4F2(1+M)2TSYS()TATM()d (2-15)当观察一个处于准直仪中的黑体时，上式变为:VSYS=G12R()Me(,TT)-

14、Me(,TB)Ad4F2TSYS()TTEST()d (2-16) 运用泰勒级数MeTT-MeTBMeTBTT+122MeTBT2(T)2 (2-17)如果T非常小，那么MeTT-MeTBMeTBTT (2-18)定义SiTF=VSYSTTESTT (2-19)则SiTF=VSYSTTESTT=G12RAd4F2Me,TBTTSYS()d (2-20) 如果每个系统的光谱响应不同，.那么各系统的信号传递函数也有变化。信号传递函数本身不是一个很好的比较各系统性能的品质系数，因为仅改变线性增益就能使其发生变化。若标明了信号传递函数，它通常意味着系统工作于最大增益。 交流耦合的扫描系统中，信号在水平

15、方向而不是在垂直方向上祸合，这样在扫描方向上有一个总的电压移动(信号和背景)，而垂直方向上不存在电压移动(图3.2 ) 必须测量信号和背景之间的电压差，而不只是测量信号的峰值。交流祸合扩展了系统的动态范围，因为如果目标充满50%视场，有效电压差(目标和背景之间)与全部有效输出电压相等。在大面积目标饱和和之前小面积目标达到饱和，且小面积目标具有较小的动态范围。如果饱和或动态范围己定，目标尺寸必须确定。 观察目标时，交流耦合使输出绝对值发生变化，(a) 横穿视场的两条线，(b)两条线的输出电压信号传递函数是响应度曲线线性段的斜率，斜率的最佳估计值由对N个数据对Vi，Ti作最小二乘方拟合来确定:Si

16、TF=Ni=1NViTi-i=1NVii=1NTiNi=1N(Ti)2-(Ni=1NTI)2 (2-21)在响应度函数中可能存在一个偏置，这个偏置可能因为不能精确地测量背景温度或是目标和其背景之间出射度不同引起的。在不同的试验室比较测试技术时要注意的正是这个偏置。除非已知不存在偏置，否则不能仅用一次输入值的测量来精确地确定信号传递函数，偏置可表示为:Voffset=-SiTF (2-22)=i=1NTiN (2-23)=i=1NViN (2-24)2.2噪声等效温差(NETD)NETD的标准测试图案 噪声等效温差的标准测试图案如上图所示。一个均匀温度的目标，处于均匀的背景中，假定目标和背景都是

17、黑体。当系统对这个测试图案进行观察时，则使系统所产生的峰信号电压VA等于系统的均方根噪声电压Vn，即信噪比等于1时，目标与背景的温差T，称为系统的噪声等效温差，记为NETD. 在实际测量时，为保证测量精度，通常是目标和背景有较大温差，使信号电压vs.数倍于噪声电压Vn，然后按下式计算:NETD=TVS/Vn (2-25)NFTD的一船表达式（1)热成像系统的信噪比 当目标与背景存在温差时，入射到热成像系统探测器上的辐射通量就存在差异，由此产生的信号电压VS为VS=*R (2-26)式中R一探测器的响应度(V/W )一目标与背景的单色辐射差(W)系统的噪声均方根电压Vn为Vn=0sf·

18、MTFe2df1/2 (2-27)式中sf一系统的噪声功率谱MTFe一电子滤波器的传递函数所以热成像系统的信噪比为SNR=VSVn=*R0sf·MTFe2df1/2 (2-28)若假定测量比探测率D*时的噪声电压为Vn1，即测量点为f0处、带宽f内的噪声电压，则按式可知，Vn1sf0f1/2。利用D*和R的关系:R=D*Vn(Ad·f )1/2=D*sf0Ad1/2 (2-29)代入式得信噪比SNR=*D*Ad1/20sf·MTFe2df1/2 (2-30)式中sf一归一化噪声功率谱，sf=sfsf0定义fn=0s(f)MTFe2df (2-31)为噪声等效带宽。

19、由于系统的电子滤波器通常为低通滤波器，MTFe=1+(fft0)2-1/2，白噪声sf=1，由此可得fn与3dB频率ft0的关系为fn=2ft0 (2-32)由信号处理部分的讨论知道，为保持基本信0的通过，取ft0=1/(2d)，所以ft0=4d (2-33) 式中d一探测器的驻留时间。 代入可得SNR=D*(Ad·fn )1/2 (2-34)(2)目标的辐射通量 当不考虑目标对环境的反射时，并设目标为朗伯辐射体，则由普朗克定律得出目标的光谱辐亮度L=M=c15· 1expc2T-1(W· cm-2·m-1·rad-1) (2-35)式中M一目

20、标的光谱辐射出射度(W· cm-2·m-1)c1一第一辐射常数，c1=3.7415×104(W· cm-2·m4)c2一第二辐射常数，c2=14388(m·K)一目标的发射率。如图3.4所示，面积为At，的目标的辐射强度为I=LAt，当目标刚好充满一个探测元时，At=R2,则I=LR2=MR2(W·m-1·rad-1) (2-36)系统对目标所张的立体角为D02/4R2,D0为光学系统的入瞳孔径，经过路径R的大气衰减及光学系统的衰减后，探测器所接收到的辐射通量为:=M4D02a0() (W/ m) (2-37)式中

21、a0一路径R上的大气光谱透射比;0()一光学系统的光谱透射比。设目标温度为TT，发射率为T，背景温度为TB，发射率为B，则目标与背景在探测器上的光谱辐射通量差为=D024a0TM(TT)-BM(TB) (2-38)当TT与TB相差不大时，可用微分代替差分，因此上式可写为d=D024a0BMTBTT+M(TB) (2-39)式中T一目标与背景的温度差;一目标与背景的发射率差。(3)NETD表达式 NETD的公式推导过程中假定如下条件:.目标和背景都是黑体，T=B=1.探测器在整个光敏面上的响应度一致;.D'与噪声等效温差中的其它参数无关;.目标与系统间的大气透过损失忽略不计，即a=1.系

22、统在工作波段内0为常数0。;.电子处理电路不产生附加噪声。于是，上式可简化为=D0240MTT (2-40)设系统的工作波段为12，由式可得图像信噪比为SNR=VSVn=TD0204Ad·fn 1212D*M(TB)Td (2-41)上式只是单元或并扫情况，如包含串扫还将使信噪比提高ns倍，ns为串联元数。当热成像系统采用光子探测器时，其理论性能是D*=Dp*p (p) (2-42)D*=0 (>p) (2-43)式中p一探测器材料所确定的截止波长。 对中长波红外辐射，ec2/T1,因此光谱辐射出射度对温度的变化率近似为MTc2T2M (2-44)由NETD的定义式可得NETD

23、=TVS/Vn=4F2fnnsAd0Dp*c2pTB212M(TB)d-1 (2-45)式中F一光学系统的F数。 NETD作为系统性能的综合量度有一些不足之处: a) NETD的测量点是在基准化电路的输出端。由于从电路输出端到终端图像之间 还有其它子系统(如显示器)，因而NETD并不能表征整个系统的性能。 b) NETD反映的是客观信噪比限制的温度分辨率，但人眼对图像的分辨效果与视 在信噪比有关。NETD没有考虑视觉特性的影响。 c) NETD反映的是系统对低频景物(均匀大目标)的温度分辨率，不能表征系统 用于观测高空间频率景物时的温度分辨性能。 鉴于NETD存在以上这些缺点，需要采用更完善的

24、性能指标作为红外光电系统综合性能的评价，例如MRTD . 2.3调制传递函数(MTF) 调制传递函数是评价热成像系统的成像性能的重要参数。它是从光学系统的成像质量评价发展而来的。调制传递函数是基于把物体看作是由各种频率的谱组成,就是把物体的光场分布函数即物函数展开成傅立叶级数（物函数为周期函数）或傅立叶积分（物函数为非周期函数）的形式。MTF的基础是线性滤波理论,光学中应用在分析各种线性的、时空不变的稳定系统性能。应用傅立叶变换建立光学成像问题的数学模型,把非相干光成像系统近似为一个低通滤波器,当目标为正弦分布时,其对应输出仍然是同一空间或时间频率的正弦分布,但是对比度降低,位相发生移动,且对

25、比度降低和位相移动的大小均是频率的函数。 整个热成像系统可近似看作线性不变系统，认为热成像是由一系列具有一定频率特性（空间的或时间的）的分系统组合而成。根据线性不变系统的卷积性质，若能得到各分系统的频率特性，则热成像系统的频率特性也就确定了。模型中采用调制传递函数的概念来描述各分系统的频率特性，先逐个求出各分系统的传递函数。再将它们相乘就得到了整个热成像系统的传递函数。总调制传递函数的组成可以划分为光学系统的 MTF、探测器的 MTF、电路的 MTF、显示器的 MTF、人眼的 MTF、晃动引入的 MTF 等。2.4最小可分辨温差(MRTD) 热成像系统中 MRTD 是综合评价系统温度分辨力和空

26、间分辨力的主要参数，它不仅包括了系统特征，也包括了观察者的主观因素，其定义是：对具有某一空间频率的 4 个条带（高宽比为 7:1）目标的标准黑体图案，由观察者在显示屏上作无限长时间的观察5。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（50的概率）出 4 个条带的目标图案为止，此时目标与背景之间的温差称为该空间的最小可分辨温差。当目标图案的空间频率变化时，相应的可分辨温差是不同的，也即 MRTD 是空间频率 f 的函数。对于低频条纹，如果具有小的 MRTD 值，就表明该光学系统具有好的灵敏度，然而如果高频条纹具有小的MRTD 值，又表明该光学系统具有高分辨率。因此 MRTD 被广泛的用

27、于成像系统的性能预测，MRTD 能提供一个快速同时相对简单的过程检测硬件的性能。公式如下：MRTDf=2414SNRTHNETDMTF(f)(thv)12 (2-46)式中：(thv)12为眼滤波器函数，取值范围0.520.65；SNRTH信噪比域值一般取 2.25；MTF(f)为红外光电系统传递函数；NETD 为系统噪声等效温差。3红外成像系统的性能测试及评价3.1 SiTF的测试信号传递函数是响应度曲线线性段的斜率。响应度函数是输出/输入的转换。线性系统产生一个与目标与其背景间辐射出射度差成正比的输出电压差，假定为朗伯辐射源没有遮挡的圆形孔径，其电压差为:V=G12R()Mc4f#2Tat

28、m()Tcol()Tsys()Add (3-1)Mc是目标和背景之间光谱辐射出射度差，等于Me(,TT)-Me(,TB) (3-2)对小信号和平均透过率，上式可近似为:V=GTsourseAd4f#2×12R()d (3-3)用Tsourse表示微小辐射出射度差，上式可表示为:V=SiTFT (3-4)其中T=Tsourse斜率的最佳估计值由对N个数据对(Vi,Ti)作最小二乘方拟合来确定:SiTF=Ni=1NViTi-i=1NVii=1NTiNi=1N(Ti)2-(Ni=1NTI)2 (3-5)在响应函数中存在一个偏置，可表示为Voffset=-SiTF (3-6)式中=i=1NT

29、iN =i=1NViN (3-7)3.2 NETD 的测试由计算机通过视频采集卡采集L帧由探测器所成的图像，每帧包含M行N列个单元，测试过程中，总是取探测器的数字输出口的数据。设每个单元输出为，t=1® L，v=1®M，h=l®N。 LxMxN个单元的输出平均 (3-8)第h列固定，LxM个单元的输出平均 (3-9)第v列固定，Lxl1个单元的输出平均 (3-10)第t帧固定，MxN个单元的输出平均 (3-11)第h列、v行固定，L个单元的输出平均 (3-12)第t帧、h列固定，M个单元的输出平均 (3-13)第t帧，V行固定，N个单元的输出平均 (3-14)则

30、(3-15)即可求出tvh，由式NETD=tvhSiTF和所求出的SiTF便可求出NETD。3.3 MTF 的测试设斜缝同时覆盖一列像元的 N 行，即把采样频率提高到 N 倍，探测元为方形，则斜缝相对于探测元阵列平面的倾斜角为：=arctan(1N) (3-16)计算机首先通过帧捕获器获得缝目标的成像数据，并选择理想的数据处理区域。选择区域每行的数据代表一个刀口扩展函数，对它们进行水平差分，即转化成线扩展函数，同时可以发现该线扩展函数的峰值位置，覆盖同一列探测元的斜缝法具有相同的峰值位置，设每一个相同峰值位置的行数为 A1，A2，从这些行数中找出出现频率最大的值，即认为是上面所说的斜缝经覆盖的

31、同一列像元的 N 值。把这些值挑出来，并对同一峰值位置的 N 行数据进行标号，每N行称为一步，斜缝经覆盖同一列探测元数目为3，差分后的数据标为 A，B，C。为了把同一标号对应的数据值取平均，每隔一步后的行数据必须进行水平移位，转移方向与斜缝方向相同，这样就保证同一标号的峰值位置相同。对同一标号的行数取平均，然后，把这些数据交叠成一行数据，并对它们进行一维傅里叶交换，求出系统的 MTF。3.4 MRTD的测试 可变温差目标发生器由面辐射源（黑体）和具有一定空间频率的标准 4 杆标图案组成，靶标图案的温度始终处于环境（背景）温度，面辐射源温度可以通过微机或手控来调节，改变面辐射源温度即可获得目标与

32、背景的温差。准直光学系统模拟目标位于无限远处，其出射光瞳应大于或等于被测热像仪的入射光瞳。 先测量环境温度,然后选空间频率为f =0.2f0,0.4f0,0.6f0,0.8f0, f0（f0为热像仪的特征频率）的 4 杆靶标依次放入指定位置，杆的高宽比为7：1。首先将较低频率的标准 4 杆靶标图案，置于准直光学系统焦平面上，并把温差调到高于规定值进行观察。调节热像仪，使靶标清晰成像，观察者把各种控制及观察距离调到最佳。降低温差，继续观察，把平面黑体温度从背景温度以下调到背景温度以上，分辨黑白图样，记录当观察到每杆面积的 75和两杆面积的 75时的温差，称之为热杆（白杆）温差。继续降低温差，直到

33、冷杆（黑杆）出现，记录并判读冷杆温差。判读时以观察人员能分清图像为准。对其它规定空间频率靶标重复上述过程。再观察热像仪显示器上的 4 杆靶标图像，调节辐射源的温度以改变测试图案与环境温差，使得观察者对每个 4 杆靶标测试图案刚能分辨清楚为准，分别记下对每个测试频率 4 杆靶标图案的最大温差值，即为热像仪不同频率下的 MRTD 值。 上述测量中当目标温度高于背景温度时（白杆）称为正温差T1，目标温度低于背景温度时（黑杆）称为负温差T2 ，取其绝对值的平均值，用下式计算被测热像仪的 MRTD(f)：MRTD=T1+T22 (3-17)T1=T1-T0 T2 =T0-T2 (3-18)式中：T0为有

34、效环境温差；T1为人眼能分辨出 4 杆白条纹图样时的目标温度；T1为人眼能分辨出 4 杆白条纹图样时目标和背景的最小温差；T2 为人眼能分辨出 4 杆黑条纹图样时目标和背景的最小温差。 MRTD的测试步骤:1.确定具有垂直条纹靶的位置,以获得水平方向的最小可分辨温度或水平测量垂直响应。2.调节靶的相位可得到最大的可视度。3.用记数的方法证实条纹是可见的。4.建立一个正的辅助并缓慢提升黑体温差。5.允许观察者连续地调节系统和监视器的旋扭以获得最佳图象。6.记录一个观察者用的时间探测所有个条纹时的温差。7.建立负的辅助,并缓慢地降低黑体温差。8.允许观察者连续调节系统和监视器以获得最佳图象。9.记

35、录一个观察者用的时间探测所有个条纹时的温差。10.平均所记录的正和负温差的绝对值得到。11.对其他空间频率重复以上步骤。12.如果靶不能被分辨,记录为不能分辨。13.将所有观测值乘以光管的平均透过率和平均大气透过率,确定在红外成像系统入瞳处的有效源强度。14.对各个观察者的响应作几何平均。进行试验需要相当长时间,这取决于观察者人数和选用不同的空间频率数。4 基本测量装置红外热像仪性能参数测量系统原理如图所示。标准黑体为标定的大口径热管黑体和温差面源黑体；标准靶标为玻罗靶，十字分划靶，刀口靶，四杆靶，分辨率靶，畸变靶等；标准准直器由平面反射镜（次镜）和离轴反射式抛物面镜（主镜）组成。对于被测热像

36、仪的本底噪声、响应度、饱和响应、动态范围、均匀性以及温度的检测校准，直接用标准黑体对其进行测量。其他热像仪性能参数的测量需利用图虚线框中的标准器具。1)可变温差目标发生器它的功能是为热像仪产生一个相对标准的目标,目标发生器由平面黑体和可变靶板组成,靶板为目标,标准4杆靶标图案(高宽比为7:l) 用以测量MRTD;刀口用以测量SiTF,NETD,MTF。各种靶标有不同频率,每块板根据空间频率不同做上一组或多组图案。平面黑体为背景,它的工作物质为半导体材料,即当电流以不同方向流过不同半导体或半导体与金属接触时,在接触处会辐射或吸收热量,温差控制仪控制电流大小和方向,并可精确控制平面黑体温度。测温多

37、用铂电阻做温度传感器,把铂电阻分别嵌入平面黑体的工作物质和靶板内,用测温电桥测量目标和环境温度,并根据需要控制目标和背景的温差(可精确到,±0001)。这种由半导体作控温工作物质的目标发生器响应时间短。平面黑体和目标靶是一个不可分割的整体装在一个屏蔽罩内,以免周围环境的影响。目标和背景的辐射发射率相等且应0.95。本实验中所用黑体源的性能指标如下:温差范围:-20一+70绝对温度范围:0.0一+95分辨率:0.001温度显示分辨土:0.001或0.001稳定性:-20一+30±0.005+30一+70±0.015绝对温度精度: ±0.015发射率:0.97±0.02%控制表面积:4”×4”最大孔径面积:2.9”×2.9”2)准直光学系统准直光学系统的作用是模拟无穷目标。靶板位于准直光学系统焦平面上。准直光学系统可采用折射系统或反射系统,折射系统易变焦,从而可改变空间频率,但它的价格昂贵。反射式准直光学系统通常采用离轴抛物面反射镜,系统参数选择取决于待测热像仪性能。被测热像仪要置于准直光学系统像空间辐射照度均匀的位置上,使光束照射与被测系统准直物镜的距离无关。在试验中所用反射镜参数如下:口径,270mm,焦距2500mm。3)微机微机在热成像系统性能测试中可用于控制可变目标