CN101298996B - 一种调整红外热像成像仪灵敏度的方法 - Google Patents

Abstract

一种调整红外热像成像仪灵敏度的方法，使用红外热像成像仪，点亮光源，通过确定刀口滤波器在光学衍射谱平面上位置，来确定对应的红外热像成像仪灵敏度状态。其刀口滤波器位置设置方式为：刀口滤波器的不透光部分完全挡住杂散光斑，并把刀口有效边界的位置设置在x_fmax处，然后调节光源发光亮度使光学接受器刚好达到满量程。求特征函数

的绝对值最大时所对应的位置x_fmax，上述特征函数是微梁单元的光学衍射谱在汇聚谱平面上的一维分布函数及其积分分布函数相除的结果。本发明解决了如何正确设置红外热像成像仪刀口有效边界的位置和光源发光亮度使灵敏度达到最大的问题，使灵敏度提高了3.6倍。

Description

一种调整红外热像成像仪灵敏度的方法 

技术领域

本发明涉及红外热像成像技术，具体是应用在将不可见光图像转换为可见光图像的红外热像成像仪中，通过设置刀口有效边界的位置和光源亮度，来调整红外热像成像仪灵敏度，并能获得红外热像成像仪的最佳性能。 

背景技术

将不可见光图像转换为可见光图像的方法及装置在军事和民用中都有着广泛的应用。近年来国内外许多研究者对基于微悬臂梁阵列结构的热型红外辐射探测器展开了大量的研究。这种基于微悬臂梁阵列结构的热型红外辐射探测器具有许多其它类型的红外辐射探测装置所不具备的优点，有望开发出更高性能的热型红外辐射探测装置。本申请人在公开号为1474169的发明专利中，提出了一种红外热像成像仪，用于将不可见图像转化为可见图像，该技术方案的实施方式之一如图1所示，是由光源1、光源滤波孔2、微梁单元6、成像透镜9、光学接受器10以及组装支架组成，微梁单元6设置在真空盒5内，且在其前方设有红外透镜8，光源滤波孔2位于光源/滤波透镜4关于半透半反镜3的镜像后焦面上，刀口滤波器7所在的平面位于滤波透镜4的后焦平面上，也即位于微梁单元的汇聚谱平面14上，成像透镜9位于刀口滤波器7之后，光学接受器10位于微梁单元的像平面15上。如图2-1，图2-2所示，刀口滤波器7在汇聚谱平面14上按照如下方式设置： 

在制作微梁单元阵列过程中不可避免的产生残余应力，因此微梁单元初始就具有一定的偏转角，因此微梁单元6和其支撑框架21不在同一平面上，故微梁单元6光学衍射谱18的旁边会有一由支撑框架21反射而形成的杂散光斑20，刀口有效边界701与杂散光斑中心201、光学衍射谱中心(1811)的连线垂直。 

上述红外热像成像仪的工作原理如下： 

光源1经光源滤波孔2的滤波成为点光源，并在半透半反镜3上得到反射。当光源滤波孔2正好位于光源/滤波透镜4关于半透半反镜3的镜像后焦面上时，由半透半反镜3反射的光线被光源/滤波透镜4准直为平行光束并照射到微梁单元6上。从微梁单元6返回的衍射光线11被光源/滤波透镜4汇聚，汇聚光线透过半透半反镜3后汇聚在汇聚谱平面14上。形成微梁单元6的光学衍射谱18。刀口滤波器7放置汇聚谱平面14上。衍射谱18只有落在刀口滤波器7通光区域的部分才能经成像透镜9到达光学接受器10，并在光学接受器10上形成可见光图像19，落在刀口滤波器7不通光区域的部分被阻挡，不能到达光学接受器10。 

当被测物体12靠近红外成像仪时，被测物体12的红外辐射光13被红外透镜8收集，在微梁单元6上形成红外光图像。微梁单元6吸收红外光能后，产生一个角度偏转。相应地，从微梁单元反射部分返回的衍射光11整体也产生一个偏转，表现在汇聚谱平面14上就是一个衍射谱18的平移。衍射谱18的平移使它原来落在刀口滤波器7通光区域的一部分光线移入了光学滤波单元8的不通光区域(或者相反)，而被刀口滤波器7的不通光部分阻挡(或者能够通过刀口滤波器7)。因此能够通过刀口滤波器7的光线将减少(或增多)，到达光学接受器10的光能减少(或增多)。反映在光学接受器10上就是可见光图像19亮度的减弱(或增强)。换句话说，接收到的可见光亮度的变化就反映了被测物体的红外辐射。当然，如果待检测的红外热像温度高于环境温度，接收到的可见光亮度是变小的。该发明内容的技术效果体现在： 

1、直线边界的光学滤波技术，在保证光学测量装置的探测灵敏度的同时，使光学测量装置具有很高的空间分辨率和数据可靠性。 

2、确认了照明亮度(光学接受器的量化级数)与探测灵敏度的关系，探测灵敏度的提高可以通过简单的调节照明亮度加以实现。 

3、光学测量装置采用非干涉测量方式，光学抗振性能高，适合工程应用。 

本申请人在公开号为1474169的发明专利说明书中，首先在微梁单元的光学衍射谱完全不被刀口滤波器所阻挡的条件下，使光学接受器10所接受到的亮度刚好达到其满量程，然后使刀口有效边界位于光学衍射谱中心处(图3-1)，这样光学测量装置才能获得最大的探测灵敏度。然而，在这之后的实验中发现，当光学滤波单元7有效边界701的位置处于明显偏离中心1811的某个位置时(如图3-2)，再调整光源发光亮度，光学测量装置的探测灵敏度反而可以有明显提高。显然，为了使红外热像成像仪光学测量装置获得更高的探测灵敏度，如何正确调整光源发光亮度和设置红外热像成像仪刀口有效边界701的位置成为一个新的需要解决的问题。 

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的问题，提供一种调整红外热像成像仪灵敏度的方法。通过该方法设置红外热像成像仪刀口有效边界的位置和调整光源发光亮度，来调整红外热像成像仪灵敏度，并能获得红外热像成像仪的最佳探测性能。 

本发明解决技术问题采用如下技术方案： 

调整红外热像成像仪灵敏度的方法，红外热像成像仪是由光源、光源滤波孔、微梁单元及其支撑框架、成像透镜、光学接受器以及组装支架组成，微梁单元设置在真空盒内，且在其前方设有红外透镜，光源滤波孔位于滤波透镜关于半透半反镜的镜像后焦面上，刀口滤波 器所在的平面位于滤波透镜的后焦平面上，也即位于微梁单元的汇聚谱平面上，成像透镜位于刀口滤波器之后，光学接受器位于微梁单元的像平面上；其特征是：点亮光源，通过确定刀口滤波器在光学衍射谱平面上位置，来确定对应的红外热像成像仪灵敏度状态： 

在汇聚谱平面中，设与支撑框架的杂散光斑中心与微梁单元的光学衍射谱中心的连线为X轴，与X轴垂直的线为Y轴，光学衍射谱中心为坐标原点，构成坐标系；x_f和y_f分别是X轴、Y轴坐标值；设X轴上杂散光斑一侧为正方向，+∞、-∞表示X轴或Y轴上的正无穷远、负无穷远； 

I(x_f，y_f)为不存在刀口滤波器的情况下，微梁单元的光学衍射谱关于(x_f，y_f)点的亮度分布函数； 

$t\left(x_f\right)=\underset{-\∞}{\overset{+\∞}{\∫}}I(x_f,y_f)d{y}_f$ 为关于x_f点，亮度的一维分布函数； 

$T\left(x_f\right)=\underset{-\∞}{\overset{x_f}{\∫}}t\left(x_f\right)d{x}_f$ 为一维分布函数t(x_f)的积分分布函数； 

设立以下函数： 

$\mathrm{\Θ}\left(x_f\right)=\frac{t\left(x_f\right)}{T\left(x_f\right)}=\frac{t\left(x_f\right)}{\underset{-\∞}{\overset{x_f}{\∫}}t\left(x_f\right)d{x}_f}$

将刀口滤波器放置于汇聚谱平面上，刀口滤波器的刀口有效边界保持与Y轴平行状态，且其不透光部分相对其有效边界处于正方向，并遮盖杂散光斑； 

Θ(x_f)值与能调整得到的红外热像成像仪灵敏度之间存在对应关系，Θ(x_f)值越大，则能调整得到的红外热像成像仪灵敏度越高；当Θ(x_f)值最大时，能调整得到红外热像成像仪最高的灵敏度； 

所述的能调整得到的红外热像成像仪灵敏度是指：在某一Θ(x_f)值下，通过函数 

$\mathrm{\Θ}\left(x_f\right)=\frac{t\left(x_f\right)}{T\left(x_f\right)}=\frac{t\left(x_f\right)}{\underset{-\∞}{\overset{x_f}{\∫}}t\left(x_f\right)d{x}_f}$

得到与大于该Θ(x_f)值所对应的关于x_f的一个取值区间，将刀口滤波器的刀口有效边界与X轴交点的值的位于这个取值区间内，再增加光源亮度，同时使得光学接受器刚好达到满量程，得到此状态下的红外热像成像仪的灵敏度，采用此方法，可以得到所需要的红外热像成像仪的不同灵敏度；当Θ(x_f)值最大时，将刀口滤波器的刀口有效边界交于与之对应的X轴的x_fmax点位置，增加光源发光亮度，同时使得光学接受器刚好达到满量程，得到红外热像成像仪的最高灵敏度。 

本发明基于以下技术思路： 

针对公开号为1474169的发明专利红外热像成像仪，当微梁单元吸收红外辐射后，它将产生热致转角。此时在微梁单元的汇聚谱平面上，微梁单元的光学衍射谱将产生一个平移，需要强调的是：微梁单元经过刀口滤波器后仍然在像平面上成清晰的像，并且不会发生移动，但由于在汇聚谱平面上存在刀口滤波器，故其亮度会发生改变，因此微梁单元的热致转角表现为，光学接受器上微梁单元的像的亮度发生变化。显然刀口滤波器在汇聚谱平面上的位置严重影响红外热像成像仪的灵敏度。 

为了便于说明，在汇聚谱平面中(图2-1所示)，设： 

i、杂散光斑中心201与光学衍射谱中心1811的连线为X轴，与X轴垂直的线为Y轴，光学衍射谱中心1811为坐标原点，构成坐标系；x_f和y_f分别是X轴、Y轴坐标值；设X轴上杂散光斑一侧为正方向，+∞、-∞表示X轴或Y轴上的正无穷远、负无穷远； 

ii、I(x_f，y_f)为不存在刀口滤波器的情况下，微梁单元的光学衍射谱关于(x_f，y_f)点的亮度分布函数； $t\left(x_f\right)=\underset{-\∞}{\overset{+\∞}{\∫}}I(x_f,y_f){\mathrm{dy}}_f$ 为关于x_f点，亮度的一维分布函数； 

假设刀口有效边界在位置x_f处，微梁单元反射的光只有未被刀口滤波器所挡住的光透过，也就是说只有-∞到x_f处的光透过，即只有 $\underset{-\∞}{\overset{x_f}{\∫}}\underset{-\∞}{\overset{+\∞}{\∫}}I(x_f,y_f){\mathrm{dy}}_f{\mathrm{dx}}_f=\underset{-\∞}{\overset{x_f}{\∫}}t\left(x_f\right){\mathrm{dx}}_f$ 的光通过，所以微梁单元的像的亮度T随刀口有效边界的位置变化函数为： 

$T=T\left(x_f\right)=\underset{-\∞}{\overset{x_f}{\∫}}t\left(x_f\right){\mathrm{dx}}_f---\left(1\right)$

图4曲线中a是光源1的光源照明亮度为饱和亮度时的为T(x_f)的图像，所谓饱和亮度是指在微梁单元的光学衍射谱完全不被刀口滤波器所阻挡条件下，刚好使光学接受器10所接受到的亮度达到其满量程时所需要的光源照明亮度。在当光源1照明亮度改变时，T(x_f)表现为图4所示曲线a在垂直方向的上下“拉伸”。照明亮度越强是图像“拉”得越高。下面分4个步骤步来讨论红外热像成像仪的灵敏度： 

1)、如图4曲线a所不，此前刀口有效边界的位置设置方法为：首先在微梁单元的光学衍射谱完全不被刀口滤波器所阻挡的条件下，调节光源1照明亮度使光学接受器10所接受到的亮度刚好达到其满量程，或者说调节光源1照明亮度为饱和亮度；用数学语言来表达就是使T(+∞)＝T_max，T_max是光学接受器10的满量程，显然在这个饱和亮度条件下灵敏度最大，刀口有效边界所处的位置应该在T(x_f)变化最快，也就是说其导数绝对值最大的位置。此时T(x_f)在0点即光学衍射谱中心处达到最大。显然，T_max仅取决于光学接受器的一个常量，并且对于具体的微梁单元而言，此时的T(x_f)及其导数函数t(x_f)也是确定的，为了便于分析，我们把此时的T(x_f)，t(x_f)记为T_T(x_f)，t_T(x_f)。 

2)、通过上述方法1使刀口有效边界位于光学衍射谱中心时，由图4曲线a可以看出T_T(0)＝T_max/2，也就是说光学接受器接受到的亮度只是其满量程的一半，所以还可以调大光源1照明亮度，到使光学接受器接受到的亮度达到其满量程(如图4曲线b)，此时T(x_f)在0点处的变化率是T_T(x_f)在0点处的变化率的T_max/T_T(0)＝2倍，此时的变化率为t_T(0)T_max/T_T(0)。 

3)、显然，照明亮度继续增大时，如图4曲线c，刀口有效边界已经不能位于0点或者说光学衍射谱中心了，因为光学接受器接受到的亮度已经超过其满量程；所以只能调整刀口有效边界位置到x′_f，此时光学接受器接收到的亮度刚好达到其满量程。这个时候T(x_f)的虽然也在0点处变化率到达最大，但是此时的T(0)＞T_max；事实上对于曲线c的虚线部分，光学接受器接受到的亮度都已经超过其满量程，所以灵敏度为0，也就是说灵敏度最大的位置在x′_f，最大的斜率为t(x′_f)。由于曲线c与曲线a的相似，所以有 $\frac{t\left(x_f^{\′}\right)}{t_T\left(x_f^{\′}\right)}=\frac{T\left(x_f^{\′}\right)}{T_T\left(x_f^{\′}\right)}$ 从而得到： 

$t\left(x_f^{\′}\right)=\frac{t_T\left(x_f^{\′}\right)}{T_T\left(x_f^{\′}\right)}{T}_{\max }---\left(2\right)$

注意：首先由于x′_f的任意性，并且，由于T_max是红外热像成像仪中光学接受器的最大量程，一旦确定光学接受器，T_max将是一常量，对于具体的微梁单元而言，T_T(x′_f)，t_T(x′_f)也是个确定的函数，所以(2)式表示在当刀口有效边界在任何位置的红外热像成像仪的光学探测灵敏 度；例如，在0点处令x′_f＝0，斜率为t_T(0)T_max/T_T(0)，与2)所得的结果一致。其次，T_T(x′_f)，t_T(x′_f)虽然是在光源照明亮度刚好达到饱和亮度下的函数，但是 却是一个无量纲量，与光源亮度无关。 

4)、综合上述1)、2)和3)所给出的方法，得到当刀口有效边界位于x_f处时，红外热像成像仪灵敏度的特征函数Θ(x_f)(即令T_max＝1的灵敏度归一化函数)： 

$\mathrm{\Θ}\left(x_f\right)=\frac{t\left(x_f\right)}{T\left(x_f\right)}=\frac{t\left(x_f\right)}{\underset{-\∞}{\overset{x_f}{\∫}}t\left(x_f\right){\mathrm{dx}}_f}---\left(3\right)$

其中，t(x_f)， $T\left(x_f\right)=\underset{-\∞}{\overset{x_f}{\∫}}t\left(x_f\right){\mathrm{dx}}_f$ 如前所述是在任意光源亮度下得到的光学衍射谱一维分布函数及其积分函数。图5，图6，图7分别是为基于微梁单元表面平整及其尺寸为50×50微米的典型红外热像成像仪归一化(即令T_max＝1)T_T(x_f)，t_T(x_f)，Θ(x_f)的函数图像，事实上Θ(x_f)在x_f＝x_fmax和x_f＝0处的值之比与微梁单元的尺寸无关。 

刀口滤波器的刀口有效边界置于与Y轴平行状态，且其不透光部分相对其有效边界处于正方向。再在某一Θ(x_f)值下，通过函数Θ(x_f)得到与大于该Θ(x_f)值所对应的关于x_f的一个取值区间，将刀口滤波器的刀口有效边界与X轴交点的值x_f位于这个取值区间内，再增加光源亮度，同时使得光学接受器刚好达到满量程，得到此状态下的红外热像成像仪的灵敏度，采用此方法，以得到所需要的红外热像成像仪的不同灵敏度；特别当Θ(x_f)值最大时，将刀口滤波器的刀口有效边界交于与之对应的X轴的x_fmax点位置，增加光源亮度，同时使得光学接受器刚好达到满量程，得到红外热像成像仪的最高灵敏度。由于杂散光斑中心和光学衍射谱中心相距大于5mm因此，而杂散光斑直径小于1mm，从图5和图2可以看出光学衍射谱亮度集中在边长为4mm的方形范围内，所以 

a)杂散光斑和光学衍射谱20不发生重叠， 

b)相对于杂散光斑20，光学衍射谱和-∞在同一侧， 

因此上述方法设置的刀口滤波器还能正好挡住杂散光斑，从而避免了杂散光斑的影响。 

本发明所采用技术方案正确性的实验验证： 

图7是理论分析Θ(x_f)的结果，图8-图12是针对具体的红外热像成像仪实验结果。 

图8为本申请人此前发明的红外热像成像仪(公开号为1474169)的灵敏度实验值为8.5灰度/摄氏度。 

图9为基于此前发明红外热像成像仪(公开号为1474169)的滤波方法，即：当刀口滤波器的刀口有效边界位于该微梁单元的光学衍射谱中心1811时，并且使光学接受器所接收到的亮度刚好达到其满量程时，红外热像成像仪的灵敏度响应实验曲线，响应率为17灰度/摄氏度。图10为用本发明的方法；调整刀口有效边界的位置到x_fmax处，并且使光学接受器刚好达到满量程，此时红外热像成像仪最大灵敏度响应实验曲线，响应率为30灰度/摄氏度。图9和图10比较可以看出，在光学接受器所接收到的亮度刚好达到其满量程的条件下，经过调整刀口有效边界所处的位置，刀口有效边界分别位于x_fmax处和光学衍射谱中心1811处，红外热像成像仪灵敏度之比为30/17＝1.8，而从图7可以看出理论分析的结果是3.6/2＝1.8。理论分析和实验结果一致。 

再从图11，图12可以看出如果调整刀口有效边界的位置到x_fmax附近的前后，其灰度响应分别为25.5灰度/摄氏度和27灰度/摄氏度，均小于29灰度/摄氏度，也就是说，本发明所确定的x_fmax确实是刀口有效边界所应设置的最佳位置。 

与已有技术相比，本发明有益效果体现在： 

1、本发明针对本申请人此前发明的红外热像成像仪(公开号为1474169)，提出了一种调整红外热像成像仪灵敏度，并获得红外热像成像仪最佳灵敏度的方法；通过准确设置刀口有效边界的位置和光源的发光亮度，使红外热像成像仪的性能得到很大提高。此前公开号为1474169的红外热像成像仪发明专利申请说明书中，首先在微梁单元的光学衍射谱完全不被刀口滤波器所阻挡的条件下，使光学接受器10所接受到的亮度刚好达到其满量程，然后使刀口有效边界位于光学衍射谱中心处，由图5可知此时归一化灵敏度为1，由图7，经过调整后，其归一化灵敏度可达3.6。事实上由于Θ(x_f)在x_f＝x_fmax和x_f＝0处的值之比与微梁单元的尺寸无关，因此经过使用本发明方法调整后的红外热像成像仪的性能是公开号为1474169的红外热像成像仪发明专利申请说明书中所公开的技术方案的3.6/1＝3.6倍。图8为此前发明红外热像成像仪(公开号为：1474169)的灵敏度实验值为8.5灰度/摄氏度，而使用本发明方法调整后的红外热像成像仪灵敏度实验值是30灰度/摄氏度，如图9所示，也说明使用本发 明方法调整后的红外热像成像仪的性能是此前发明红外热像成像仪(公开号为：1474169)的性能的30/8.5＝3.6倍。 

2、本发明所采用的方法不仅能使红外热像成像仪的性能达到最佳，而且还能同时消除杂散光斑对系统性能的不利影响。 

3、由于仅仅调整了红外热像成像仪刀口滤波器的位置和光源发光亮度，因此，经过调整后的红外热像成像仪仍然具有公开号为1474169的红外热像成像仪专利的一切优势。 

附图说明

图1为本申请人的发明专利红外热像成像仪(公开号1474169)的实施方式之一。 

图2-1为微梁单元的光学衍射谱，杂散光斑在汇聚谱平面上的分布。其中1801，1802，1803分别为微梁单元的光学衍射谱的0级衍射谱，1级衍射谱，2级衍射谱。 

图2-2为刀口滤波器在汇聚谱平面上设置方式。 

图3-1为刀口有效边界位于光学衍射谱中心。 

图3-2为刀口有效边界位于光学衍射谱其他位置。 

图4为光源亮度、刀口有效边界位置对红外热像成像仪灵敏度的影响。 

曲线a为T(+∞)＝T_max时微梁单元的像的亮度随刀口有效边界的位置变化函数。 

曲线b为T(0)＝T_max时微梁单元的像的亮度随刀口有效边界的位置变化函数。 

曲线c为刀口有效边界交于X轴的x_f′点时，T(x_f′)＝T_max，微梁单元的像亮度随刀口有效边界的位置变化函数。 

图5-图12为基于微梁单元表面平整及其尺寸为50×50微米的典型红外热像成像仪所得到的分析和实验结果图。 

图5为该红外热像成像仪的光学衍射谱归一化亮度沿x_f轴的一维分布函数。 

图6为该红外热像成像仪的光学衍射谱的归一化积分分布函数。 

图7为该红外热像成像仪的特征函数。 

图8为此前发明红外热像成像仪(公开号为：1474169)的灵敏度实验曲线；灵敏度为8.5灰度/摄氏度。 

图9-图12是在光学接受器所接受到的亮度或者说微梁单元像的亮度刚好达到光学接受器满量程时，所得到的实验结果。 

图9为当刀口滤波器的有效边界位于光学衍射谱中心(1811)时，该红外热像成像仪的 灵敏度响应实验曲线；灵敏度为17灰度/摄氏度。 

图10为用本发明的方法，调整刀口有效边界的位置到x_fmax处，此时该红外热像成像仪的灵敏度响应实验曲线；灵敏度为30灰度/摄氏度。 

图11为当随机调整刀口有效边界的位置到离x_fmax约+0.2mm(+表示刀口有效边界位于x_fmax的正方向)，此时该红外热像成像仪的灵敏度响应实验曲线；灵敏度为25.5灰度/摄氏度。 

图12为当随机调整刀口有效边界的位置到离x_fmax约-0.1mm(-表示刀口有效边界位于x_fmax的负方向)，此时该红外热像成像仪的灵敏度响应实验曲线；灵敏度为27灰度/摄氏度。 

具体实施方式

下面结合附图，提供了对调整红外热像成像仪灵敏度的具体实现方式具体说明： 

需要指出的是：对于不同的微梁单元，Θ(x_f)都是不一样，也就是说不同的微梁单元有不同的最佳滤波位置。因此为了调整红外热像成像仪灵敏度，必须对每一个微梁单元进行分析(图5，图6，图7是基于微梁单元表面平整及其尺寸为50×50微米的典型红外热像成像仪所得到的分析结果)。显然，如果能实验测得t(x_f)和T(x_f)，则就可以求得Θ(x_f)，进而得到x_fmax。如前所述，把刀口滤波器有效边界设置在x_fmax处，再调整光源发光亮度使光学接受器刚好达到满量程，此时光学测量装置的探测灵敏度为最大。注意到公式(3)中Θ(x_f)只与t(x_f)，T(x_f)的形状密切相关，故并不要求测出汇聚谱平面14上的亮度的实际值，而只需要测得亮度相对值就可以了，换句话说，只需要在任一亮度下测量t(x_f)，T(x_f)的值。具体测量方法如下： 

方法一：测量t(x_f)，T(x_f)最直接的方法就是：去除红外热像成像仪刀口滤波器7，并在微梁单元的汇聚谱平面14设置CCD(一维或者二维)，点亮光源1，对光学衍射谱上足够多的点(x_f，y_f)(或者CCD上所对应的像素)，逐点测量其相对亮度I，从而获得亮度分布函数I(x_f，y_f)，对y_f进行数值积分操作就得到 $t\left(x_f\right)=\underset{-\∞}{\overset{+\∞}{\∫}}I(x_f,y_f){\mathrm{dy}}_f.$ 从图4和图2可以看出，微梁单元的衍射谱的亮度集中在以光学衍射谱中心1811为中心、以2mm为边长的方形范围内， 同时以光学衍射谱中心1811为中心以5mm左右为半径的范围内不存在杂散光斑20；故只需在以光学衍射谱中心1811为中心、以r为边长的正方形内测量内测量足够多的点(r为2-4mm的范围之间)，就同时避免了杂散光斑20的影响。在这个测量范围内，实验证明如果相邻测量点(x_f，y_f)之间的间隔距离不大于0.1mm(CCD相邻像素之间的距离10um左右)就可以很好的近似光学衍射谱的亮度分布函数I(x_f，y_f)。对I(x_f，y_f)进行相应数值积分就得到光学衍射谱的一维分布函数t(x_f)和积分分布函数T(x_f)，其中积分限中的正负无穷大用所有测量点中相应的最远点代替。 

方法二：在此前发明红外热像成像仪(公开号为：1474169)里确认：当光学接受器放置在微梁单元的像平面时，点亮非点光源1，将刀口滤波器放置于汇聚谱平面上，刀口滤波器的刀口有效边界保持与Y轴平行状态，且其不透光部分相对其有效边界处于正方向，并遮盖杂散光斑，在这个条件下，对汇聚谱平面14的X轴上每一点x_f，逐点测量当刀口有效边界位置701处于该点时光学接受器所测量的相对亮度，所得到的相对亮度的函数即为T(x_f)。对这些数据进行数值微分操作就得到 $t\left(x_f\right)=\frac{d}{{\mathrm{dx}}_f}T\left(x_f\right).$ 从图5可以看出T(x_f)主要在以光谱衍射中心为中心、长度为4mm左右的区间内变化，所以只需要在在个范围内测量足够多的点，并且相邻测量点x_f之间的间隔距离不大于0.1mm就可以很好的近似积分分布函数T(x_f)。再对T(x_f)数值微分就可以获得t(x_f)。 

根据上述说明有下述实施例 

实施例1： 

1、在微梁单元像平面15处设置CCD。接通电源，点亮光源1，保留刀口滤波器7，刀口有效边界保持与Y轴平行状态，且其不透光部分相对刀口有效边界处于正方向，并遮盖杂散光斑。并使刀口有效边界距光学衍射谱中心为+2mm(+表示刀口有效边界位于光学衍射谱中心的正方向，图2-2)，调节光源发光亮度使微梁单元的像的亮度不超过CCD满量程。 

2、在以光学衍射谱中心1811为中心、长度为4mm的测量范围内，每隔0.05mm步长，向负方向逐点调整刀口滤波器的刀口有效边界位置，记下刀口有效边界每个位置值及其相对应的光学接受器的相对亮度即量化灰度值，即得T(x_f)。并把数据传到计算机。 

3、在计算机中编程进行下述操作： 

(1)、对T(x_f)进行数值微分得t(x_f)。 

(2)、t(x_f)除以T(x_f)得Θ(x_f)。 

(3)、对Θ(x_f)进行查找操作，找到当函数绝对值达到最大时的x_fmax。 

(4)、输出x_fmax。 

4、刀口有效边界置于与Y轴平行状态，且其不透光部分相对其有效边界处于正方向，并遮盖杂散光斑。并把刀口有效边界701的位置设置在x_fmax。 

5、调整光源1的发光亮度使红外热像成像仪的光学接受器刚好达到满量程。 

6、此时，红外热像成像仪的灵敏度最高。 

实施例2： 

1、去除红外热像成像仪刀口滤波器7，在微梁单元汇聚谱平面14上设置二维CCD，接通电源，点亮光源1，调节光源1发光亮度使微梁单元光学衍射谱18亮度小于CCD满量程。 

2、输出CCD上以光学衍射谱中心为中心、边长为4mm正方形的测量范围内的数据；即得I(x_f，y_f)。并把数据传到计算机。 

3、用计算机编程进行下述操作： 

(1)、所得二维数据对y_f进行数值积分求得t(x_f)。 

(2)、从X轴负方向最远点到x_f求t(x_f)数值积分得T(x_f)。 

(3)、t(x_f)除以T(x_f)得Θ(x_f)。 

(4)、对Θ(x_f)进行查找操作，找到当函数绝对值达到最大时的x_fmax。 

(5)、输出x_fmax。 

4、刀口有效边界置于与Y轴平行状态，且其不透光部分相对其有效边界处于正方向，并遮盖杂散光斑。并把刀口有效边界701的位置设置在x_fmax。 

5、调整光源1的发光亮度使红外热像成像仪的光学接受器刚好达到满量程。 

6、此时，红外热像成像仪的灵敏度最高。 

实施例3： 

1、去除红外热像成像仪刀口滤波器7，在微梁单元汇聚谱平面14上设置二维CCD，接通电源，点亮光源1，调节光源1发光亮度使微梁单元光学衍射谱18亮度小于CCD满量程。 

2、输出CCD上以光学衍射谱中心为中心、边长为4mm正方形的测量范围内的数据；即得I(x_f，y_f)。并把数据传到计算机。 

3、计算机将所得二维数据对y_f进行数值积分求得t(x_f)。 

4、在微梁单元像平面15处设置CCD。接通电源，点亮光源1，保留刀口滤波器7，刀口有效边界置于与Y轴平行状态，且其不透光部分相对其有效边界处于正方向，并遮盖杂散光斑。并使刀口有效边界距光学衍射谱中心为+2mm(图2-2)，调节光源发光亮度使微梁单元的像的亮度不超过CCD满量程。 

5、在以光学衍射谱中心1811为中心、长度为4mm的测量范围内，每隔0.05mm步长，向负方向逐点调整刀口滤波器的刀口有效边界位置，记下刀口有效边界每个位置值及其相对应的光学接受器的相对亮度即量化灰度值，即得T(x_f)。并把数据传到计算机。 

6、在计算机中再进行下述操作： 

(1)、t(x_f)除以T(x_f)得Θ(x_f)。 

(2)、对Θ(x_f)进行查找操作，找到当函数绝对值达到最大时的x_fmax。 

(3)、输出x_fmax。 

7、刀口有效边界置于与Y轴平行状态，且其不透光部分相对其有效边界处于正方向，并遮盖杂散光斑。并把刀口有效边界701的位置设置在x_fmax。 

8、调整光源1的发光亮度使红外热像成像仪的光学接受器刚好达到满量程。 

9、此时，红外热像成像仪的灵敏度最高。 

Claims (1)

1.一种调整红外热像成像仪灵敏度的方法，所述红外热像成像仪是由光源(1)、光源滤波孔(2)、微梁单元(6)及其支撑框架、成像透镜(9)、光学接受器(10)以及组装支架组成，微梁单元(6)设置在真空盒(5)内，且在其前方设有红外透镜(8)，光源滤波孔(2)位于滤波透镜(4)关于半透半反镜(3)的镜像后焦面上，刀口滤波器(7)所在的平面位于滤波透镜(4)的后焦平面上，也即位于微梁单元的汇聚谱平面(14)上，成像透镜(9)位于刀口滤波器(7)之后，光学接受器(10)位于微梁单元的像平面(15)上；其特征是：点亮光源，通过确定刀口滤波器在光学衍射谱平面上位置，来确定对应的红外热像成像仪灵敏度状态：

在汇聚谱平面中，设支撑框架的杂散光斑中心与微梁单元的光学衍射谱中心的连线为X轴，与X轴垂直的线为Y轴，光学衍射谱中心为坐标原点，构成坐标系；x_f和y_f分别是X轴、Y轴坐标值；设X轴上杂散光斑一侧为正方向，+∞、-∞表示X轴或Y轴上的正无穷远、负无穷远；

I(x_f，y_f)为不存在刀口滤波器的情况下，微梁单元的光学衍射谱关于(x_f，y_f)点的亮度分布函数；

为关于x_f点，亮度的一维分布函数；

为一维分布函数t(x_f)的积分分布函数；

设立以下函数：

将刀口滤波器放置于汇聚谱平面上，刀口滤波器的刀口有效边界保持与Y轴平行状态，且其不透光部分相对其有效边界处于正方向，并遮盖杂散光斑；

Θ(x_f)值与能调整得到的红外热像成像仪灵敏度之间存在对应关系，Θ(x_f)值越大，则能调整得到的红外热像成像仪灵敏度越高；当Θ(x_f)值最大时，能调整得到红外热像成像仪最高的灵敏度；

所述的能调整得到的红外热像成像仪灵敏度是指：在某一Θ(x_f)值下，通过函数

得到与大于该Θ(x_f)值所对应的关于x_f的一个取值区间，将刀口滤波器的刀口有效边界 与X轴交点的值位于这个x_f的取值区间内，再增加光源亮度，同时使得光学接受器刚好达到满量程，得到此状态下的红外热像成像仪的灵敏度，采用此方法，可以得到所需要的红外热像成像仪的不同灵敏度；当Θ(x_f)值最大时，将刀口滤波器的刀口有效边界交于与之对应的X轴的x_fmax点位置，增加光源亮度，同时使得光学接受器刚好达到满量程，得到红外热像成像仪的最高灵敏度。 

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