[發(fā)明專利]一種用于紅外成像系統(tǒng)NETD的處理系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510145135.1
• 申請(qǐng)日: 2015-03-30
• 公開（公告）號(hào): CN104729718B
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋立國(guó)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京空間機(jī)電研究所
• 主分類號(hào): G01J5/00
• 分類號(hào): G01J5/00
• 代理公司: 中國(guó)航天科技專利中心11009
• 代理人: 安麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于紅外成像系統(tǒng)測(cè)試領(lǐng)域，涉及一種用于紅外成像系統(tǒng)NETD(噪聲等效溫差)的處理系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

實(shí)驗(yàn)室評(píng)價(jià)紅外成像系統(tǒng)的性能參數(shù)，可分成兩類：即主觀性能參數(shù)，它們是由觀察者通過人眼觀察得到的，包括最小可分辨溫差(MRTD)和最小可探測(cè)溫差(MDTD)；另一類是客觀性能參數(shù)，它通過輻射測(cè)量或電參數(shù)測(cè)量得到的，有反映信號(hào)傳遞特性的參數(shù)(如信號(hào)傳遞、光譜傳遞、幾何傳遞、強(qiáng)信號(hào)響應(yīng)、低頻響應(yīng)、系統(tǒng)時(shí)間響應(yīng))，反映光學(xué)傳遞特性的參數(shù)(如調(diào)制傳遞函數(shù)、相位傳遞函數(shù))，反映噪聲等效特性的參數(shù)(如噪聲等效溫差NETD、空間不均勻性)等。NETD(噪聲等效溫差)是熱成像系統(tǒng)靈敏度的重要客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)，可用于預(yù)測(cè)小溫差點(diǎn)目標(biāo)的探測(cè)距離，從而實(shí)現(xiàn)技術(shù)指標(biāo)向戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)的轉(zhuǎn)化。MRTD是熱成像系統(tǒng)靈敏度和分辨率的主觀評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。NETD與MRTD是目前熱成像系統(tǒng)最主要的性能評(píng)估參數(shù)，由于MRTD測(cè)試由人眼觀察監(jiān)視器上的四桿靶標(biāo)完成。測(cè)試過程中易受測(cè)試人主觀因素的影響。必須由經(jīng)過專業(yè)訓(xùn)練的多名人員進(jìn)行。因而作為客觀測(cè)試參數(shù)的NETD更受到認(rèn)可。

NETD是系統(tǒng)觀察試驗(yàn)圖案時(shí)，基準(zhǔn)電子濾波器輸出端產(chǎn)生的峰值信號(hào)與均方根噪聲比為1時(shí)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)圖形上黑體目標(biāo)與背景的溫差。根據(jù)定義，NETD的測(cè)試方程為：

式中，ΔT為目標(biāo)與背景的溫差；Vs為信號(hào)電壓值；Vn為均方根噪聲。

目前，NETD的獲得方式有兩種，一種是理論計(jì)算，另一種是使用專用的測(cè)試設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試。其中理論計(jì)算采用的公式如式(2)所示：

式中：F為光學(xué)系統(tǒng)F數(shù)；A_d為單個(gè)像元的面積；τ_d為探測(cè)器的駐留時(shí)間；τ_a為大氣透過率；τ₀為光學(xué)透過率；D^*為探測(cè)器光譜探測(cè)率；ΔM/ΔT為微分輻射度。由于該方法涉及到系統(tǒng)傳遞特性的眾多參數(shù)，所以只是一種理論上的計(jì)算方法，與實(shí)際的測(cè)量還是有一定的誤差。

使用專用測(cè)試設(shè)備的測(cè)量方法是將紅外成像系統(tǒng)置于有效的成像距離內(nèi)，利用平行光管、黑體、靶標(biāo)、圖像數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行測(cè)試，圖2就是專用測(cè)試設(shè)備的組成框圖，此方法是真實(shí)的測(cè)量方法，但需要專用的測(cè)試設(shè)備和測(cè)試人員以及足夠的空間，特別是在紅外成像系統(tǒng)體積較大的情況下，測(cè)試非常麻煩，靈活性不強(qiáng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提出一種用于紅外成像系統(tǒng)噪聲等效溫差的處理系統(tǒng)及方法，在理論計(jì)算和專用測(cè)試設(shè)備之間尋找一種新的噪聲等效溫差的測(cè)試方法，即能真實(shí)有效的計(jì)算出紅外成像系統(tǒng)的噪聲等效溫差，又不需要專用的測(cè)試測(cè)備，在實(shí)驗(yàn)室就能完成。從而實(shí)現(xiàn)它的靈活性、通用性。

本發(fā)明包括如下技術(shù)方案：一種用于紅外成像系統(tǒng)NETD(噪聲等效溫差)的處理系統(tǒng)及方法，包括參數(shù)設(shè)置模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、圖像顯示模塊、狀態(tài)顯示模塊、NETD計(jì)算模塊、儲(chǔ)存模塊；

參數(shù)設(shè)置模塊，用來設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)輻射源的溫度值、系統(tǒng)分辨率、采集次數(shù)N、隨機(jī)采樣點(diǎn)的個(gè)數(shù)M；

當(dāng)參數(shù)設(shè)置模塊將標(biāo)準(zhǔn)輻射源溫度設(shè)置為T1、待狀態(tài)顯示模塊顯示溫度穩(wěn)定至T1后，采集第一組N次輻射源的二維圖像數(shù)據(jù)并儲(chǔ)存在儲(chǔ)存模塊中，同時(shí)在圖像顯示模塊顯示第一組N次輻射源的灰度圖像；

數(shù)據(jù)采集模塊采集第一組N次輻射源的圖像數(shù)據(jù)，并根據(jù)該第一組N次輻射源的圖像數(shù)據(jù)中計(jì)算的該第一組N次輻射源的圖像數(shù)據(jù)隨機(jī)采樣點(diǎn)M中某一像元的平均灰度值Vs1和均方噪聲Vn1，然后重復(fù)當(dāng)前的操作，直至計(jì)算出M個(gè)隨機(jī)采樣點(diǎn)平均灰度值和均方噪聲，并通過狀態(tài)顯示模塊進(jìn)行顯示；

當(dāng)參數(shù)設(shè)置模塊將標(biāo)準(zhǔn)輻射源溫度設(shè)置為T2，且T2＞T1，待狀態(tài)顯示模塊顯示溫度穩(wěn)定至T2后，采集第二組N次輻射源的二維圖像數(shù)據(jù)并儲(chǔ)存在儲(chǔ)存模塊中，同時(shí)在圖像顯示模塊顯示第二組N次輻射源的灰度圖像；

數(shù)據(jù)采集模塊采集第二組N次輻射源的圖像數(shù)據(jù)，并根據(jù)該第二組N次輻射源的圖像數(shù)據(jù)中計(jì)算的該第二組N次輻射源的圖像數(shù)據(jù)隨機(jī)采樣點(diǎn)M中某一像元的平均灰度值Vs2和均方噪聲Vn2，然后重復(fù)當(dāng)前的操作，直至計(jì)算出M個(gè)隨機(jī)采樣點(diǎn)平均灰度值和均方噪聲，并通過狀態(tài)顯示模塊進(jìn)行顯示；

NETD計(jì)算模塊，根據(jù)噪聲等效溫差計(jì)算公式NETD＝△T/(△Vs/△Vn)，計(jì)算出該隨機(jī)采樣點(diǎn)的噪聲等效溫差，式中△T為T2-T1的值，△Vs為Vs2-Vs1的值，△Vn為Vn2-Vn1的值；