CN104316194A - 一种调光式红外辐射标定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光学红外辐射标定领域，提供了一种调光式红外辐射标定方法，该方法通过调整黑体辐射入射到被标定设备的辐射通量，改变辐射到被标定系统像面的辐射照度，同时使用二个温度的黑体或同一黑体变温一次，解算入射到被标定系统的辐射通量，绘制出被标定设备的红外辐射响应曲线。本发明改变常用的调节黑体温度标定设备响应曲线的模式，标定速度快，能有效去除背景和被标定设备自身辐射及本地输出等影响，使被标定设备响应曲线绘制更加精确。
Description
技术领域
本发明涉及光学红外辐射标定领域，特别涉及一种调光式红外辐射标定方法。
背景技术
红外辐射标定是目标红外辐射测量中关键一环，直接影响目标辐射测量精度。
红外辐射测量设备通常使用对黑体直接测量或通过平行光管对黑体测量，实现设备的辐射标定。标定过程中，黑体需要多次升温或降温，以满足设备对多个温度点响应曲线的标定。通常黑体升温或降温的温度稳定时间较长，造成设备标定时间较长，特别对于外场工作的设备，工作环境难以保证，适应性较差，在相同时间内获取的标定点数少，造成拟合响应曲线精度低，特别对线性度不好的区间误差更大。
发明内容
本发明需解决的技术问题是提供一种红外辐射标定方法，以减少红外辐射标定时间、提高标定精度，降低环境对红外辐射标定的影响。
为了解决上述问题，本发明提供一种调光式红外辐射标定方法，其采用的技术方案如下：
S1、将黑体置于平行光管的焦面处，调节平行光管与被标定设备的位置，使得黑体辐射经平行光管准直后能入射到被标定设备上；
S2、待黑体温度稳定后，记录黑体温度，并在调节变光阑通光面积的同时，利用被标定设备对黑体进行持续拍摄；
S3、测量被标定设备的响应，得到第一标定数据，所述第一标定数据包括黑体温度、变光阑的通光面积以及被标定设备对应的响应；
S4、改变黑体温度，重复步骤S2和S3，得到第二标定数据；
S5、根据第一标定数据或第二标定数据，绘制关于变光阑的通光面积与被标定设备对应响应值之间的曲线，得到第一曲线或第二曲线；
S6、根据第一标定数据和第二标定数据，计算关于第一曲线或第二曲线与目标曲线间的相关系数，所述目标曲线为入射到被标定设备的黑体辐射量与被标定设备响应的曲线；
S7、根据所述第一曲线或第二曲线以及所述相关系数，确定入射到被标定设备的黑体辐射量和被标定设备响应的曲线，完成标定。
优选的，所述步骤S6具体包括：
所述黑体辐射入射到被标定设备上的辐射量x与变光阑的通光面积Sh之间的关系为：
x＝B+ZbSz+HSh
其中，B为被标定设备的固定输出，Zb为变光阑辐射通量密度，H为黑体辐射通量密度，Sz为变光阑非通光面积，Sh为变光阑通光面积，且Sz+Sh＝S0，S0为变光阑的有效总面积；
则被标定设备的响应y与入射到被标定设备的黑体辐射量x在线性段内满足：
y-b＝kx
其中，b为常数，k为第一曲线或第二曲线与目标曲线间的相关系数，且对于两个温度的黑体，当光阑通光面积Sh相同时，H1和H2分别为不同温度时，黑体的辐射通量密度。
优选的，所述步骤S2中：所述变光阑为多个孔径的旋转圆盘光阑或可调整张角的光阑；
所述变光阑位于被标定设备的入瞳处，或者位于平行光管出瞳处，或者位于黑体的辐射腔体处。
优选的，在变光阑对应黑体的那一侧增加隔离层和/或增加变光阑的热容，使得变光阑恒温。
本发明的有益效果是：本发明提供的一种调光式红外辐射标定方法，通过变光阑实现黑体辐射通光面积的大范围多点可调，从而改变入射到被标定设备的辐射量，提供多点标定数据，以便作出更符合实际响应、适应性更好的响应曲线，进而提高标定精度，且无须严格控制被标定设备的响应工作范围在线性区内；另外，本发明在整个操作过程中，只需要改变一次黑体温度，大幅度提高了标定速度，能有效去除背景和设备自身辐射及本地输出等影响，使设备响应曲线绘制更加精确，较好的适应外场红外辐射测量设备标定环境，特别是非实验室条件的大口径光学设备红外辐射外场标定。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本发明提供一种调光式红外辐射标定方法，其包括以下步骤：
S1、将黑体置于平行光管的焦面处，用来模拟无穷远处的物体；调节平行光管与被标定设备的位置，使得黑体辐射经平行光管准直后能入射到被标定设备上；
S2、待黑体温度稳定后，记录黑体温度，并在调节变光阑通光面积的同时，利用被标定设备对黑体进行持续拍摄；
优选的，所述变光阑为多个孔径的旋转圆盘光阑或可调整张角的光阑；变光阑可以位于被标定设备的入瞳处，或者位于平行光管出瞳处，或者位于黑体的辐射腔体处，且变光阑的通光状态能与被标定设备的拍摄数据严格对应。
为了避免黑体温度对变光阑造成的影响，在变光阑对应黑体的那一侧增加隔离层和/或增加变光阑的热容，使得变光阑恒温，其中，“/”表示“或”的关系。
S3、测量被标定设备的响应，得到第一标定数据，所述第一标定数据包括黑体温度、变光阑的通光面积以及被标定设备对应的响应；
S4、改变黑体温度，重复步骤S2和S3，得到第二标定数据；
在该步骤中，可以使用同一黑体变温一次，以改变黑体温度，也可以采用移入式的黑体，在该步骤中，移入另外一个处于不同温度的黑体，进一步减少红外辐射标定时间。
S5、根据第一标定数据或第二标定数据，绘制关于变光阑的通光面积与被标定设备对应响应值之间的曲线，得到第一曲线或第二曲线；
所述第一曲线与第二曲线均为关于变光阑的通光面积和被标定设备响应的曲线，其中，对于变光阑通光面积的大幅可调且可测这一特性，现有技术中已经公开了具体的测量方法，如利用编码器测量或者利用照相机拍摄，以获取变光阑的通光面积；被标定设备对应响应值可以直接在被标的设备的拍摄参数中读取。
S6、根据第一标定数据和第二标定数据，计算关于第一曲线或第二曲线与目标曲线间的相关系数，所述目标曲线为入射到被标定设备的黑体辐射量与被标定设备响应的曲线；
所述黑体辐射入射到被标定设备上的辐射量x与变光阑的通光面积Sh之间的关系为：
x＝B+ZbSz+HSh
其中，B为被标定设备的固定输出，Zb为变光阑辐射通量密度，H为黑体辐射通量密度，若已知黑体的温度，即可查阅到其对应的黑体辐射通量密度；Sz为变光阑非通光面积，Sh为变光阑通光面积，且Sz+Sh＝S0，S0为变光阑的有效总面积；
则被标定设备的响应y与入射到被标定设备的黑体辐射量x在线性段内满足：
y-b＝kx
其中，b为常数，k为第一曲线或第二曲线与目标曲线间的相关系数；当黑体温度不同时：
y1-b＝k(B+ZbSz+H1Sh) (1)
y2-b＝k(B+ZbSz+H2Sh) (2)
针对式(1)和式(2)，当光阑通光面积Sh相同时，两个黑体温度下的Sz也相同，则
y2-y1＝k(H2-H1)Sh
即：H1和H2分别为不同温度时，黑体的辐射通量密度。
S7、根据所述第一曲线或第二曲线以及所述相关系数，确定入射到被标定设备的黑体辐射量和被标定设备响应的曲线，完成标定。
根据已获取的入射到被标定设备的黑体辐射量和被标定设备响应的曲线，以空中飞行目标辐射标定为例，其飞行目标的辐射特性测量主要是以天空为背景，与被标定设备自身辐射形成探测单元的背景输出yB0′，在设备响应曲线上的响应辐射照度记为HB0；目标处的响应ym′，其对应的辐射照度记为HB0+Hm，其中，Hm为目标的辐射照度，因为HB0与HB0+Hm在H轴上的距离Hm可以在响应曲线上获取，即得到了目标的辐射照度Hm，完成测量目标的辐射测量。
本发明的有益效果是：本发明提供的一种调光式红外辐射标定方法，采用调光式定标，通过变光阑实现黑体辐射通光面积的大范围多点可调，从而改变入射到被标定设备的辐射量，与传统的黑体升降温式标定相比，仅需要快速改变光阑的通光孔径，无须等待很长时间；且被标定设备的响应曲线是根据被标定设备的实际响应绘制，并不需要将被标定设备的工作区域严格限制在线性段内，扩展了设备测量的动态范围，曲线绘制点数多，绘制精度高，利于提高目标辐射测量精度；另外，本发明在整个操作过程中，只需要改变一次黑体温度，大幅度提高了标定速度，能有效去除背景和设备自身辐射及本地输出等影响，使设备响应曲线绘制更加精确，较好的适应外场红外辐射测量设备标定环境，特别是非实验室条件的大口径光学设备红外辐射外场标定。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
Claims (4)
1.一种调光式红外辐射标定方法，其特征在于，所述方法包括：
S1、将黑体置于平行光管的焦面处，调节平行光管与被标定设备的位置，使得黑体辐射经平行光管准直后能入射到被标定设备上；
S2、待黑体温度稳定后，记录黑体温度，并在调节变光阑通光面积的同时，利用被标定设备对黑体进行持续拍摄；
S3、测量被标定设备的响应，得到第一标定数据，所述第一标定数据包括黑体温度、变光阑的通光面积以及被标定设备对应的响应；
S4、改变黑体温度，重复步骤S2和S3，得到第二标定数据；
S5、根据第一标定数据或第二标定数据，绘制关于变光阑的通光面积与被标定设备对应响应值之间的曲线，得到第一曲线或第二曲线；
S6、根据第一标定数据和第二标定数据，计算关于第一曲线或第二曲线与目标曲线间的相关系数，所述目标曲线为入射到被标定设备的黑体辐射量与被标定设备响应的曲线；
S7、根据所述第一曲线或第二曲线以及所述相关系数，确定入射到被标定设备的黑体辐射量和被标定设备响应的曲线，完成标定。
2.如权利要求1所述的调光式红外辐射标定方法，其特征在于，所述步骤S6具体包括：
所述黑体辐射入射到被标定设备上的辐射量x与变光阑的通光面积Sh之间的关系为：
x＝B+ZbSz+HSh
其中，B为被标定设备的固定输出，Zb为变光阑辐射通量密度，H为黑体辐射通量密度，Sz为变光阑非通光面积，Sh为变光阑通光面积，且Sz+Sh＝S0，S0为变光阑的有效总面积；
则被标定设备的响应y与入射到被标定设备的黑体辐射量x在线性段内满足：
y-b＝kx
其中，b为常数，k为第一曲线或第二曲线与目标曲线间的相关系数，且对于两个温度的黑体，当光阑通光面积Sh相同时，H1和H2分别为不同温度时，黑体的辐射通量密度。
3.如权利要求2所述的调光式红外辐射标定方法，其特征在于，所述步骤S2中：
所述变光阑为多个孔径的旋转圆盘光阑或可调整张角的光阑；
所述变光阑位于被标定设备的入瞳处，或者位于平行光管出瞳处，或者位于黑体的辐射腔体处。
4.如权利要求1-3任一项所述的调光式红外辐射标定方法，其特征在于，
在变光阑对应黑体的那一侧增加隔离层和/或增加变光阑的热容，使得变光阑恒温。
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