[發明專利]紅外光學系統全自動寬溫度范圍標定系統

在審

• 申請號: 201611233308.6
• 申請日: 2016-12-28
• 公開（公告）號: CN106872042A
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發明（設計）人: 張濤;楊帥;王成龍;王東鶴
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G01J5/00
• 分類號: G01J5/00;G01K1/02;G05D23/20
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所(普通合伙)22210
• 代理人: 李青

技術領域

本發明涉及紅外光學領域，具體涉及紅外光學系統全自動寬溫度范圍標定系統。

背景技術

隨著紅外光學系統廣泛應用于成像、測量等領域，因紅外相機成像天然具有不均勻性，必須對其所有像素的不均勻性進行校正方能實現良好的成像效果，需要計算相機各像素的響應，進而修正其不均勻性；而為了進行目標紅外特性測量，也需要計算各像素的響應，進而計算某成像灰度值下目標亮度、等效溫度等參數。

發明內容

為了解決現有技術中存在的問題，本發明提供了一種紅外光學系統全自動寬溫度范圍標定系統，該系統利用低成本、覆蓋溫度方位寬、高精度、使用簡單、速度較快的方法和相應設備建立測量系統。

本發明解決技術問題所采用的技術方案如下：

紅外光學系統全自動寬溫度范圍標定系統，該系統包括：寬視場低溫黑體、窄視場高溫黑體、平行光管、溫控器、溫度傳感器、處理器和紅外光學系統；所述處理器通過控制兩個溫控器，分別控制寬視場低溫黑體和/或窄視場高溫黑體的溫度，通過安裝在其上的溫度傳感器采集溫度并反饋至處理器；當溫度達到預期值時，處理器控制溫控器停止升溫，溫度穩定后，處理器控制紅外光學系統采集窄視場高溫黑體通過平行光管擴大輻射口徑出射的圖像和/或寬視場低溫黑體出射的圖像，實現寬溫度范圍的標定。

本發明的有益效果是：本發明實現了全自動、快速、高精度、寬溫度范圍、多溫度點、多工作參數的紅外光學系統響應標定。可有效提高標定速度、標定精度，進而改進紅外圖像的不均勻性，提高紅外特性測量的精度。同時可為紅外光學系統的設計提供改進依據。

附圖說明

圖1本發明紅外光學系統全自動寬溫度范圍標定系統。

圖2本發明寬視場低溫黑體輻射面示意圖。

圖3本發明處理器接口圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明做進一步詳細說明。

如圖1所示，紅外光學系統全自動寬溫度范圍標定系統，該系統包括：寬視場低溫黑體、窄視場高溫黑體、平行光管、溫控器、溫度傳感器、處理器和紅外光學系統；所述處理器通過控制兩個溫控器，分別控制寬視場低溫黑體和/或窄視場高溫黑體的溫度，通過安裝在其上的溫度傳感器采集溫度并反饋至處理器；當溫度達到預期值時，處理器控制溫控器停止升溫，溫度穩定后，處理器控制紅外光學系統采集窄視場高溫黑體通過平行光管擴大輻射口徑出射的圖像和/或寬視場低溫黑體出射的圖像，實現寬溫度范圍的標定。

本發明使用寬視場低溫黑體和窄視場高溫黑體配合平行光管作為標定源。黑體是一種輻射率接近于100％的物體，其能量幾乎全部以熱輻射的形式表現。其核心技術在于溫度穩定性和溫度均勻性。理論上進行紅外系統標定時黑體輻射面應大于光學系統口徑，但制造在較寬的溫度范圍(-20℃～1000℃)內都能達到整個輻射面溫度穩定性和溫度均勻性都很好的黑體非常困難，所以本系統使用了兩種黑體。在低溫段(-20℃～100℃)內，使用寬視場低溫黑體，其輻射面可覆蓋光學系統口徑，而在高溫段(100℃～1000℃)內，窄視場黑體通過平行光管將輻射口徑擴大，達到覆蓋光學系統的目的。

如圖2所示，對于寬視場低溫黑體，其輻射面直徑達到了650mm，將其劃分為4個象限，在每個象限內均放置1個溫度傳感器，并通過希曼頓公司生產的SR系列溫控器對其進行PID閉環控制，可實現較高的溫度控制精度，根據測試，在-20℃～100℃范圍內，可達到±0.5℃的控制精度。對于窄視場高溫黑體，其輻射面直徑為30mm，使用1個溫度傳感器和溫控器進行PID閉環控制即可，在100℃～1000℃范圍內，可達到±0.5％的控制精度。考慮到紅外光學系統的實際情況，可對低溫黑體實現每5℃一個間隔的升溫、降溫、溫度穩定控制，對高溫黑體實現每20℃一個間隔的升溫、降溫、溫度穩定控制。

處理器連接紅外光學系統的相機、濾光片控制器、衰減片控制器，當處理器判斷溫度穩定后，切換相機積分時間、濾光片、衰減片等工作參數，而后采集紅外圖像；通過溫控器改變溫度或者通過電機選擇不同的黑體，采集所有不同的溫度點；當所有溫度點的圖像均采集完畢，根據圖像標定響應。

紅外光學系統全自動寬溫度范圍標定系統的工作流程如下：

1.處理器開機后，使用人員設定需要標定的溫度范圍和間隔，設定待標定的紅外相機的積分時間、光學系統的濾光片、衰減片檔位；

2.上位機控制繼電器給黑體加電、紅外光學系統加電，檢查如下內容，如圖3所示，

a)與溫控器的RS-232通信連接是否正常；