CN104713699A - 一种红外相机在不同环境下的噪声等效温差的测量装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种红外相机在不同环境下的噪声等效温差NETD的测量装置和方法，所述测量装置包括：黑体辐射单元、图像转化单元、温度控制单元、环境模拟单元，以及数据处理单元。温度控制单元与环境模拟单元通信，控制环境模拟单元的环境温度；环境模拟单元的气孔与高纯氩气气源连接。根据本发明的红外相机在不同环境下的噪声等效温差NETD的测量装置能够模拟野外环境下的不同温度环境进行NETD测试，得到不同环境温度的NETD测量结果，从而准确地测量和计算红外相机的有效作用距离，提高红外相机在野外环境下的测量准确性。

Description

一种红外相机在不同环境下的噪声等效温差的测量装置和方法

技术领域

本发明涉及光学检测领域，特别涉及一种红外相机在不同环境下的噪声等效温差的测量装置和方法。

背景技术

以下对本发明的相关技术背景进行说明，但这些说明并不一定构成本发明的现有技术。

利用红外相机测量野外目标的红外辐射特性的过程中，往往需要先计算测量红外相机的有效作用距离，根据有效作用距离估算红外相机的测量距离。一般地，红外相机的测量距离应小于有效作用距离。噪声等效温差NETD是影响有效作用距离的计算准确性的关键参数。NETD一般在实验室内进行测量和计算，测量时的环境温度为20℃左右。由于自然环境中的环境温度在-20～40℃范围内，温度相差较大，且红外辐射是一种热辐射，因此野外测量时温度对NETD的测量结果的影响较大。

传统的NETD测量装置和方法不能得到不同环境温度下红外相机的NETD值，红外相机进行野外测量时的准确性较差。

因此，现有技术中需要一种能够解决由于不能得到不同环境温度下红外相机的NETD值而导致红外相机进行野外测量时的准确性较差的问题的解决方案。

发明内容

本发明的目的在于提出一种能够模拟野外环境进行不同环境的NETD的测量进而提高红外相机进行野外测量时的准确性的技术方案。

根据本发明的一个方面，提出一种红外相机在不同环境下的噪声等效温差NETD的测量装置。

根据本发明的红外相机在不同环境下的噪声等效温差NETD的测量装置，其特征在于包括：黑体辐射单元、图像转化单元、温度控制单元、环境模拟单元，以及数据处理单元，其中，黑体辐射单元包括黑体辐射源和半月靶板；半月靶板固定地设置在图像转化单元下表面的靠近图像转化单元前表面的一端，黑体辐射源设置在半月靶板的下方；黑体辐射源输出的红外辐射经半月靶板进入图像转化单元；图像转化单元为矩形结构，图像转化单元的前表面固定地设置在环境模拟单元的红外辐射入口的一侧，用于将黑体辐射单元输出的红外辐射转化为平行光输入环境模拟单元；温度控制单元与环境模拟单元通信，控制环境模拟单元的环境温度；环境模拟单元的背对于红外辐射入口的一侧的下方设置有气孔，气孔与高纯氩气气源连接，用于为环境模拟单元提供高纯氩气；红外相机设置在环境模拟单元的红外辐射入口处，接收平行光，将平行光转化成图像信号并输出至数据处理单元；数据处理单元与红外相机通信，接收图像信号，并根据图像信号计算红外相机的NETD值。

根据本发明的测量装置的一个优选的实施例，环境模拟单元与图像转化单元之间设置有可以开启和关闭的测量窗口；测量窗口开启时，图像转化单元将平行光输入环境模拟单元。

根据本发明的测量装置的再一个优选的实施例，第一气流量大于第二气流量；其中，环境模拟单元调节环境温度时，气孔的气流量为第一气流量；环境模拟单元的环境温度平衡时，气孔的气流量为第二气流量。

根据本发明的测量装置的又一个优选的实施例，图像转化单元下表面的靠近图像转化单元的前表面的内部设置有转向平面镜；黑体辐射单元输出的红外辐射经半月靶板后，被转向平面镜反射并进入图像转化单元。

根据本发明的测量装置的还一个优选的实施例，图像转化单元的后表面的内侧设置有离轴抛物面镜；被转向平面镜反射的红外辐射经离轴抛物面镜转化为平行光并输出至图像转化单元的前表面。

根据本发明的另一个方面，提出一种红外相机在不同环境下的噪声等效温差NETD的测量方法。

根据本发明的红外相机在不同环境下的噪声等效温差NETD的测量方法，包括：S01.设置环境模拟单元的温度；S02.利用环境模拟单元模拟设定温度下的环境，具体包括：关闭环境模拟单元的红外辐射入口，向环境模拟单元中充入高纯氩气，使环境模拟单元的环境温度达到预设温度；S03.将黑体辐射单元输出的红外辐射转化为平行光输入环境模拟单元；S04.开启所述环境模拟单元的红外辐射入口；S05.将平行光转化成图像信号并输出至数据处理单元；S06.根据图像信号计算红外相机的NETD值。

根据本发明的测量方法的一个优选的实施例，在S04步骤之前，所述测量方法进一步包括：待环境模拟单元中的温度平衡后，减小高纯氩气的气流量，使环境模拟单元的温度和压强维持在平衡的状态。

根据本发明的测量方法的再一个优选的实施例，S03步骤具体包括：在图像转化单元下表面的靠近环境模拟单元的内部设置转向平面镜；黑体辐射单元输出的红外辐射经半月靶板后，被转向平面镜反射并进入图像转化单元；在图像转化单元的背对于环境模拟单元的一端的内侧设置离轴抛物面镜，转向平面镜反射的红外辐射经离轴抛物面镜转化为平行光。

根据本发明的测量方法的又一个优选的实施例，环境模拟单元中的可控温度范围为：-20℃～40℃。

根据本发明的测量方法的还一个优选的实施例，在S01步骤之前，将图像转化单元以及黑体辐射单元置于与设定温度相应的环境温度中。

根据本发明的红外相机在不同环境下的噪声等效温差NETD的测量装置，温度控制单元与环境模拟单元通信，控制环境模拟单元的环境温度；环境模拟单元的气孔与高纯氩气气源连接，模拟设定温度下的环境，环境模拟单元的红外辐射入口处设置有红外相机；黑体辐射单元输出的红外辐射经图像转化单元转化成平行光输入环境模拟单元的红外辐射入口处，红外相机接收平行光形成图像信号，并将图像信号输出至数据处理单元，数据处理单元根据接收的图像信号计算红外相机的NETD值。

根据本发明的红外相机在不同环境下的噪声等效温差NETD的测量装置，能够模拟野外环境下的不同温度环境进行NETD测试，得到不同环境温度的NETD测量结果，从而准确地测量和计算红外相机的有效作用距离，提高红外相机在野外环境下的测量准确性。

附图说明

通过以下参照附图而提供的具体实施方式部分，本发明的特征和优点将变得更加容易理解，在附图中：

图1是示出根据本发明的红外相机在不同环境下的噪声等效温差NETD的测量装置的示意图；

图2是示出根据本发明的红外相机在不同环境下的噪声等效温差NETD的测量方法的示意图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明的示例性实施方式进行详细描述。对示例性实施方式的描述仅仅是出于示范目的，而绝不是对本发明及其应用或用法的限制。

利用红外相机测量野外目标的红外辐射特性的过程中，往往需要先计算测量红外相机的有效作用距离，根据有效作用距离估算红外相机的测量距离。一般地，红外相机的测量距离应小于有效作用距离。噪声等效温差NETD是影响有效作用距离的计算准确性的关键参数。由于红外辐射是一种热辐射，因此温度对NETD值的影响较大。

传统的NETD测量装置和方法一般在实验室内进行，不能得到不同环境温度下红外相机的NETD值。由于实验室室内的环境温度为20℃左右，自然环境中的环境温度在-20～40℃范围内，温度相差较大，因此温度对NETD值的影响较大，导致野外环境中红外相机测量的准确性较差。

本发明的目的在于提出一种能够模拟野外环境进行不同环境的NETD的测量进而提高红外相机进行野外测量时的准确性的技术方案。

根据本发明的一个方面，提出一种红外相机在不同环境下的噪声等效温差NETD的测量装置。

参见图1，根据本发明的红外相机在不同环境下的噪声等效温差NETD的测量装置，包括：黑体辐射单元1、图像转化单元2、温度控制单元3、环境模拟单4，以及数据处理单元5。

黑体辐射单元1包括黑体辐射源101和半月靶板102。半月靶板102固定地设置在图像转化单元2下表面的靠近图像转化单元2前表面的一端，黑体辐射源设置在半月靶板的下方。黑体辐射源101输出的红外辐射经半月靶板102进入图像转化单元2。

图像转化单元2固定地设置在环境模拟单元4的一侧，图像转化单元2的前表面与环境模拟单元4的红外辐射入口的一侧连接，用于将黑体辐射单元1输出的红外辐射转化为平行光输入环境模拟单元4。图像转化单元2为中空的框架结构，比如，图像转化单元2可以是筒形结构，当然，图像转化单元2也可以是本领域技术人员熟知的横截面为多边形的框架结构，根据本发明的测量装置的优选的实施例，图像转化单元2是为矩形结构。

图像转化单元2下表面的靠近图像转化单元2前表面的内部设置有转向平面镜103，用于反射红外辐射。转向平面镜103倾斜地设置在图像转化单元2的内侧，黑体辐射源101输出的红外辐射经半月靶板102后，被转向平面镜103反射到图像转化单元2的后表面。图像转化单元2后表面的内侧设置有离轴抛物面镜104，被转向平面镜103反射的红外辐射经离轴抛物面镜104反射后转化为平行光并输出至图像转化单元2的前表面。

图像转化单元2与环境模拟单元4之间设置有可以开启和关闭的测量窗口105，离轴抛物面镜104反射的平行光经测量窗口105输出至图像转化单元2内。进行NETD测试时，打开测试窗口105，NETD测试完成后，立即关闭测试窗口105，从而防止因图像转化单元2与环境模拟单元4之间存在温度差而导致环境模拟单元4的温度不稳定。根据本发明的测量装置的优选的实施例，图像转化单元2与环境模拟单元4之间设置有窗口，该窗口上设置有可以相对窗口活动的隔板，通过推拉隔板实现测试窗口105的开启和关闭。

温度控制单元3与环境模拟单元4通信，控制环境模拟单元4的环境温度。环境模拟单元4为框架结构，环境模拟单元4的红外辐射入口的一侧与图像转化单元2的前表面连接，环境模拟单元4与图像转化单元2之间设置有可以开启和关闭的测量窗口105。环境模拟单元4的背对于红外辐射入口的一侧的下方设置有气孔107，用于调节环境模拟单元4内的温度和压力。优选地，气孔107与高纯氩气气源(图中未示出)连接。

温度控制单元3设定环境模拟单元4内的温度后，环境模拟单元4模拟设定温度下的环境，并不断调节环境模拟单元4内部的温度。环境模拟单元4调节环境温度时，测量窗口105关闭，气孔107打开，向环境模拟单元4内充入高纯氩气，此时气孔107的气流量为第一气流量；环境模拟单元4的环境温度平衡时，调小气孔107的气流量，此时为气孔107的气流量第二气流量，第二气流量小于第一气流量，使得环境模拟单元4内的环境温度稳定，保证NETD测量结果的准确性。根据本发明的红外相机在不同环境下的噪声等效温差NETD的测量装置，环境模拟单元4模拟的环境温度范围为-20℃～40℃。

红外相机106置于环境模拟单元4内红外辐射的入口处，接收图像转化单元4输出的平行光，将平行光转化成图像信号并输出至数据处理单元5。数据处理单元5接收图像信号，并根据图像信号计算红外相机的NETD值。

根据本发明的另一个方面，提出一种红外相机在不同环境下的噪声等效温差NETD的测量方法。

参见图2，根据本发明的红外相机在不同环境下的噪声等效温差NETD的测量方法包括：

S01.设置环境模拟单元的温度。

将红外相机置于环境模拟单元中，黑体辐射单元固定地设置在图像转化单元下表面的靠近环境模拟单元的一端，打开黑体辐射单元进行预热。

温度控制单元与环境模拟单元通信，根据实际的测量需要，通过温度控制单元设置环境模拟单元的温度。

优选地，为了提高NETD测量结果的准确性，在S01步骤之前，将图像转化单元以及黑体辐射单元置于与设定温度相应的环境温度中。

S02.利用环境模拟单元模拟设定温度下的环境。

环境模拟单元的红外辐射入口处设置有测量窗口，环境模拟单元还与高纯氩气连接，利用环境模拟单元模拟设定温度下的环境具体包括：

关闭测量窗口，即环境模拟单元的红外辐射入口，使环境模拟单元密封，避免因环境模拟单元内外存在温差而导致环境模拟单元内部的温度不稳定；

向环境模拟单元中充入高纯氩气，使环境模拟单元的环境温度达到预设温度。

根据本发明的测量方法的优选的实施例，环境模拟单元中的可控温度范围为：-20℃～40℃，从而实现变温环境下NETD的测量。

S03.将黑体辐射单元输出的红外辐射转化为平行光输入环境模拟单元。

根据本发明的测量方法的优选的实施例，将黑体辐射单元输出的红外辐射转化为平行光输入环境模拟单元具体包括：在图像转化单元下表面的靠近环境模拟单元的内部设置转向平面镜；黑体辐射单元输出的红外辐射经半月靶板后，被转向平面镜反射并进入图像转化单元；在图像转化单元的背对于环境模拟单元的一端的内侧设置离轴抛物面镜，转向平面镜反射的红外辐射经离轴抛物面镜转化为平行光。

S04.开启环境模拟单元的红外辐射入口，使黑体辐射单元输出的红外辐射能够输入环境模拟单元；优选地，为了使环境模拟单元的温度和压强维持在平衡的状态，在S04步骤之前，根据本发明的测量方法进一步包括：待环境模拟单元中的温度平衡后，减小高纯氩气的气流量。

S05.将平行光转化成图像信号并输出至数据处理单元。

红外相机设置在环境模拟单元的红外辐射入口处，黑体辐射单元输出的红外辐射转化为平行光输入环境模拟单元后，红外相机接收该平行光，并将平行光转化成图像信号后输出至数据处理单元。

S06.根据图像信号计算红外相机的NETD值。

数据处理单元与环境模拟单元通信，接收环境模拟单元输出的图像信号，并根据图像信号计算红外相机的NETD值。

根据本发明的红外相机在不同环境下的噪声等效温差NETD的测量装置，温度控制单元与环境模拟单元通信，控制环境模拟单元的环境温度；环境模拟单元的气孔与高纯氩气气源连接，能够模拟野外环境下的不同温度环境进行NETD测试，得到不同环境温度的NETD测量结果，从而准确地测量和计算红外相机的有效作用距离，提高红外相机在野外环境下的测量准确性。

虽然参照示例性实施方式对本发明进行了描述，但是应当理解，本发明并不局限于文中详细描述和示出的具体实施方式，在不偏离权利要求书所限定的范围的情况下，本领域技术人员可以对所述示例性实施方式做出各种改变。

Claims (10)

1.一种红外相机在不同环境下的噪声等效温差NETD的测量装置，其特征在于包括：黑体辐射单元、图像转化单元、温度控制单元、环境模拟单元，以及数据处理单元，其中，

所述黑体辐射单元包括黑体辐射源和半月靶板；所述半月靶板固定地设置在所述图像转化单元下表面的靠近所述图像转化单元前表面的一端，所述黑体辐射源设置在所述半月靶板的下方；所述黑体辐射源输出的红外辐射经所述半月靶板进入所述图像转化单元；

所述图像转化单元为矩形结构，所述图像转化单元的前表面固定地设置在所述环境模拟单元的红外辐射入口的一侧，用于将所述黑体辐射单元输出的红外辐射转化为平行光输入所述环境模拟单元；

所述温度控制单元与所述环境模拟单元通信，控制所述环境模拟单元的环境温度；

所述环境模拟单元的背对于红外辐射入口的一侧的下方设置有气孔，所述气孔与高纯氩气气源连接，用于为所述环境模拟单元提供高纯氩气；红外相机设置在所述环境模拟单元的红外辐射入口处，接收所述平行光，将所述平行光转化成图像信号并输出至所述数据处理单元；

所述数据处理单元与红外相机通信，接收所述图像信号，并根据所述图像信号计算红外相机的NETD值。

2.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，

所述环境模拟单元与所述图像转化单元之间设置有可以开启和关闭的测量窗口；所述测量窗口开启时，所述图像转化单元将所述平行光输入所述环境模拟单元。

3.如权利要求2所述的测量装置，其特征在于，

第一气流量大于第二气流量；其中，

所述环境模拟单元调节环境温度时，所述气孔的气流量为第一气流量；

所述环境模拟单元的环境温度平衡时，所述气孔的气流量为第二气流量。

4.如权利要求2所述的测量装置，其特征在于，

所述图像转化单元下表面的靠近所述图像转化单元的前表面的内部设置有转向平面镜；所述黑体辐射单元输出的红外辐射经所述半月靶板后，被所述转向平面镜反射并进入所述图像转化单元。

5.如权利要求4所述的测量装置，其特征在于，

所述图像转化单元的后表面的内侧设置有离轴抛物面镜；被所述转向平面镜反射的红外辐射经所述离轴抛物面镜转化为平行光并输出至所述图像转化单元的前表面。

6.一种利用权利要求1所述的测量装置来进行红外相机在不同环境下的噪声等效温差NETD测量的方法，其特征在于包括：

S01.设置环境模拟单元的温度；

S02.利用环境模拟单元模拟设定温度下的环境，具体包括：

关闭环境模拟单元的红外辐射入口；向所述环境模拟单元中充入高纯氩气，使环境模拟单元的环境温度达到预设温度；

S03.将黑体辐射单元输出的红外辐射转化为平行光输入环境模拟单元；

S04.开启所述环境模拟单元的红外辐射入口；

S05.将平行光转化成图像信号并输出至数据处理单元；

S06.根据图像信号计算红外相机的NETD值。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，

在S04步骤之前，所述测量方法进一步包括：待所述环境模拟单元中的温度平衡后，减小高纯氩气的气流量，使所述环境模拟单元的温度和压强维持在平衡的状态。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，

所述S03步骤具体包括：

在图像转化单元下表面的靠近所述环境模拟单元的内部设置转向平面镜；所述黑体辐射单元输出的红外辐射经所述半月靶板后，被所述转向平面镜反射并进入所述图像转化单元；

在所述图像转化单元的背对于所述环境模拟单元的一端的内侧设置离轴抛物面镜，所述转向平面镜反射的红外辐射经所述离轴抛物面镜转化为平行光。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，

所述环境模拟单元中的可控温度范围为：-20℃～40℃。

10.如权利要求6-9任一所述的方法，其特征在于，

在所述S01步骤之前，将所述图像转化单元以及所述黑体辐射单元置于与设定温度相应的环境温度中。