[發明專利]一種熱像儀輻射定標精度分析方法

在審

• 申請號: 201711178171.3
• 申請日: 2017-11-23
• 公開（公告）號: CN107957297A
• 公開（公告）日: 2018-04-24
• 發明（設計）人: 雷浩
• 申請（專利權）人: 北京環境特性研究所
• 主分類號: G01J5/00
• 分類號: G01J5/00;G01J1/00
• 代理公司: 北京君恒知識產權代理事務所(普通合伙)11466
• 代理人: 黃啟行,張璐

技術領域

本發明涉及熱像儀相關技術領域，尤其涉及一種熱像儀輻射定標精度分析方法。

背景技術

在紅外熱像儀測試中被測量的物理量是地面場景像元的輻射亮度L,而熱像儀輸出信號是圖像灰度值DN,要把熱像儀獲取的信號轉換成輻射亮度值,還需要輻射定標過程。熱像儀輻射定標過程是輻射標準的傳遞過程，經過多級的傳遞過程最終將初級黑體輻射源標準傳遞至熱像儀入瞳輻射亮度標準，獲取熱像儀探測器響應值與入瞳處輻射亮度的對應關系。而輻射標準傳遞過程中使用的各種儀器，測量的各種參數等均會引入一定的不確定度，從而影響輻射定標的精度。

常用的輻射定標精度分析方法是分析輻射定標中對輻射亮度產生影響的各個參量，計算各分量的相對不確定度，并求出各個不確定度的方和根，將其作為輻射定標的定標精度。在利用熱像儀進行探測時，所關心的數據是通過熱像儀出的輻射亮度，其準確程度直接反應了測量質量的好壞。在進行紅外數據仿真時，需要利用復原輻射亮度的不確定度及概率分布形式，得到不同輻射定標精度下仿真數據，以此進行輻射定標精度對紅外測量數據后期應用的影響程度分析。顯然，輻射定標的精度會影響復原輻射亮度的準確程度，但由各不確定度分量方和根所求出的不確定度如何用于紅外測量數據的數據質量，目前并沒有相關的分析。

發明內容

針對上述現有技術存在的問題，本發明提供一種熱像儀輻射定標精度分析方法，用于評價紅外熱像儀輻射亮度測量可靠性，提高了定標精度，改善了數據質量。

本發明提供的一種熱像儀輻射定標精度分析方法，其改進之處在于，所述分析方法包括如下步驟：

(1)進行紅外熱像儀輻射定標實驗，確定輻射定標系數；

(2)分析采用標準黑體輻射源進行輻射定標過程中影響入瞳輻射亮度的不確定度來源和各項影響量的相對不確定度大小；

(3)根據各不確定度分量合成入瞳輻射亮度的相對不確定度大小及概率分布形式；分析對輻射亮度標準產生影響的各個因素所引入的不確定度分量大小，以其方和根的形式合成輻射亮度的標準差σ_i；

(4)分析輻射定標過程入瞳輻射亮度相對不確定度對定標系數的影響，計算定標系數的不確定度大小及其概率分布形式，獲取紅外熱像儀復原輻射亮度與圖像DN值之間的對應關系；

(5)得到紅外熱像儀測量過程中其復原輻射亮度的不確定度及概率分布；

(6)確定所述紅外熱像儀實際的入瞳輻射亮度。

優選的，步驟(1)進行紅外熱像儀輻射定標實驗，確定輻射定標系數，包括：

將黑體置于所述紅外熱像儀前作為輻射標準，根據普朗克公式將黑體溫度轉化為黑體輻射亮度，公式為：

式中，W_λ為光譜輻射出射度；C₁為第一輻射常數，其值為3.7415×10⁴(W·cm^-2·μm⁴)；λ為波長；C₂為第二輻射常數，其值為1.4388×10⁴(μm·K)；T為絕對溫度；W₀為輻射出射度在某一波段的積分；λ₁為積分波段波長下限；λ₂為積分波段波長上限；ε_λ為光譜發射率；e為自然底數；由于黑體的光譜發射率為常數，故：

所述黑體在紅外熱像儀工作波段的輻射亮度為：

L₀＝W₀/π；

將已知輻射亮度的黑體對所述紅外熱像儀進行照射，獲取多個輻射亮度等級下所述紅外熱像儀的響應值，再對二者進行線性擬合，公式為：

L₀＝b×DN+a；

式中，L₀為紅外熱像儀實際的入瞳輻射亮度；DN為在固定亮度下圖像像元的灰度值；a、b為定標系數。

較優選的，不確定度來源包括黑體輻射源準確性、紅外熱像儀輸出信號誤差引入的不確定度、紅外熱像儀面均勻性引起的不確定度、線性擬合引起的不確定度和定標系統雜散光引入的不確定度；其中：

分析所述黑體輻射源準確性時，不確定度大小由黑體檢測報告得到，其相對不確定度為δ₁；