CN105092048A - 一种红外图像成像器检测器及红外成像检测方法循环净化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种红外图像成像器检测器及红外成像检测方法，包括红外线成像系统、黑体辐射源、气体浓度传感器、温度传感器、压力传感器、湿度传感器和准直光学系统，所述黑体辐射源包括靶标黑体和背景黑体；所述气室位于靶标黑体和背景黑体之间，气体浓度传感器、温度传感器及压力传感器位于所述气室侧壁的安装孔内，背景黑体位于准直光学系统的焦平面上；本发明通过采用利用黑体辐射源和准直光学系统，实现了对红外成像系统的快速方便的检验，能够对红外成像系统进行准确的检测，便于对红外成像系统的修正和提高。

Description

一种红外图像成像器检测器及红外成像检测方法循环净化方法

技术领域

本发明涉及一种红外图像成像器检测器及红外成像检测方法循环净化方法。

背景技术

随着科学的不断进步，红外成像技术越来越普及，但是现有的技术中，对于红外成像技术如何提高检测效率并且提高检测精度一直困扰技术人员。

发明内容

本发明的目的在于提供一种红外图像成像器检测器及红外成像检测方法循环净化方法，能够改善现有技术存在的问题，通过采用浮力空气器和空气净化器进行配合使用，实现全自动空气净化同时净化效率更高，净化效果更好。

本发明通过以下技术方案实现：

一种红外图像成像器检测器，包括红外线成像系统、黑体辐射源、气体浓度传感器、温度传感器、压力传感器、湿度传感器和准直光学系统，所述黑体辐射源包括靶标黑体和背景黑体；所述气室位于靶标黑体和背景黑体之间，气体浓度传感器、温度传感器及压力传感器位于所述气室侧壁的安装孔内，背景黑体位于准直光学系统的焦平面上；

所述红外成像系统包括红外成像光学元件、调制光束合束器、量子点折射率调制器、光学移相器、激光光源、准直透镜或抛物面反射镜、光学分束器、反射镜、干涉光束合束器和近红外光或可见光相机；

所述成像系统分为两个相对独立的光路：分别是调制-读出光路和参考光路；其中调制-读出光路上沿入射光传播方向的元件依次为：红外成像光学元件、调制光束合束器、量子点折射率调制器、光学移相器、干涉光束合束器和近红外光或可见光相机；参考光路上沿入射光传播方向的元件依次为：激光光源、准直透镜或抛物面反射镜、光学分束器和反射镜；

所述系统是通过红外成像光学元件将红外物体成像于量子点折射率调制器，在红外成像光学元件和量子点折射率调制器之间设置调制光束合束器；

由激光光源产生近红外光或可见光，通过准直透镜或抛物面反射镜准直后，经过光学分束器分为读出光和参考光；

所述读出光经过调制光束合束器与红外物体在量子点折射率调制器上的红外像重合，利用量子点折射率调制器的量子点三能级系统相位调制特性，红外像的红外光强信号被转换成为读出光的相位信号，该读出光进一步通过光学移相器产生一个附加的相位，其中n为任意整数为圆周率；

所述参考光通过反射镜、干涉光束合束器与通过光学移相器之后的读出光重合在近红外光或可见光相机上；

通过近红外光或可见光相机读取参考光和读出光的干涉光强，最终将读出光携带的相位信号还原成为红外图像的光强度信号，从而利用近红外光或可见光相机获取物体红外图像，

所述背景黑体上设有镂空区域形成空间频率为fx的靶标图案；

所述靶标黑体的温度可控，用于与背景黑体之间形成温度差。

以上所述的一种红外图像成像器检测器，优选地，红外成像平面、与红外成像系统相对的靶标黑体平面、及与红外窗口相对的背景黑体平面之间相互平行。

以上所述的一种红外图像成像器检测器，优选地，所述气室的四个侧壁为金属壁，内侧均匀涂装黑体漆。

本发明还提供了.一种以上所述红外线成像器的检测方法，其步骤为：

将红外图像成像器检测器和红外线成像系统设置在常温环境下，且将待检测的红外线成像系统置于准直光学系统的出瞳处，用不吸收红外辐射的载气对气室进行冲洗，排除气室内的气体，载气的温度应保持与室温相同，且干燥纯净；

通过调节靶标黑体的温度，使得红外线成像系统不能对空间频率为f_x的靶标图案成像；

将红外线成像系统从进气孔向气室内充入待测实验气体，经过预设时间t，观察此时红外线成像系统能否对靶标图案成像；

若不能成像，则重复步骤，直至红外线成像系统能对靶标图案成像为止，此时进入步骤；

分别记录红外线成像系统能对靶标图案成像时，气体浓度传感器测得的浓度数值C_x、温度传感器测得的温度数值T_x和压力传感器测得的压力数值P_x；该气体浓度数值C_x即为红外线成像系统对该待测气体的最小可分辨气体浓度MRGC值，条件是气体温度为T_x，压力为P_x，靶标图像的空间频率为f_x,，通过MRGC值检测红外线成像系统。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

本发明通过采用利用黑体辐射源和准直光学系统，实现了对红外成像系统的快速方便的检验，能够对红外成像系统进行准确的检测，便于对红外成像系统的修正和提高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明的一种红外图像成像器检测器置原理框图。

图2为本发明的一种红外图像成像器检测器置的红外线成像系统的结构示意图。

图中：1.红外线成像系统，2.黑体辐射源，3.气体浓度传感器，4.温度传感器，5.压力传感器，6.准直光学系统。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步详细介绍，但本发明的实施方式不限于此。

本发明红外图像成像器检测器置如图1所示，包括红外线成像系统1、黑体辐射源2、气体浓度传感器3、温度传感器4、压力传感器5以及准直光学系统6，所述黑体辐射源2包括靶标黑体和背景黑体；其中：所述气室位于靶标黑体和背景黑体之间（图1），气体浓度传感器3、温度传感器4及压力传感器5位于所述气室侧壁的安装孔内，背景黑体位于准直光学系统6的焦平面上，待评价的气体泄漏红外成像检测系统位于准直光学系统6的出瞳处；

如图2所示，所述红外成像系统包括红外成像光学元件、调制光束合束器、量子点折射率调制器、光学移相器、激光光源、准直透镜或抛物面反射镜、光学分束器、反射镜、干涉光束合束器和近红外光或可见光相机；

所述成像系统分为两个相对独立的光路：分别是调制-读出光路和参考光路；其中调制-读出光路上沿入射光传播方向的元件依次为：红外成像光学元件、调制光束合束器、量子点折射率调制器、光学移相器、干涉光束合束器和近红外光或可见光相机；参考光路上沿入射光传播方向的元件依次为：激光光源、准直透镜或抛物面反射镜、光学分束器和反射镜；

所述系统是通过红外成像光学元件将红外物体成像于量子点折射率调制器，在红外成像光学元件和量子点折射率调制器之间设置调制光束合束器；

由激光光源产生近红外光或可见光，通过准直透镜或抛物面反射镜准直后，经过光学分束器分为读出光和参考光；

所述读出光经过调制光束合束器与红外物体在量子点折射率调制器上的红外像重合，利用量子点折射率调制器的量子点三能级系统相位调制特性，红外像的红外光强信号被转换成为读出光的相位信号，该读出光进一步通过光学移相器产生一个附加的相位，其中n为任意整数为圆周率；

所述参考光通过反射镜、干涉光束合束器与通过光学移相器之后的读出光重合在近红外光或可见光相机上；

通过近红外光或可见光相机读取参考光和读出光的干涉光强，最终将读出光携带的相位信号还原成为红外图像的光强度信号，从而利用近红外光或可见光相机获取物体红外图像，

所述背景黑体上设有镂空区域形成空间频率为f_x的靶标图案；

所述靶标黑体的温度可控，用于与背景黑体之间形成温度差。

红外成像系统的成像与物理温度有关，当靶标黑体与背景黑体间的温差为零时，红外成像系统对靶标图案不成像；当靶标黑体与背景黑体间的温差为不零时，红外成像系统对靶标图案成像。

本发明所述红外成像平面与红外窗口相对的靶标黑体平面、及与红外窗口相对的背景黑体平面互相平行，处于平行位置时气室造成靶标黑体的辐射衰减量最小，测试效果更佳；红外窗口由锗（Ge）材料制成，窗口尺寸大于背景黑体的镂空区域，前后两个窗口内壁之间的距离为15.0mm。

本发明所述红外线成像系统1的四个侧壁为金属壁，金属壁是由导热性能良好的铜材料制成，并且内侧均匀涂装黑体漆；左侧金属壁的下方设有与进气管路相连的进气孔，进气管路上装有只进不出的单向阀门，右金属壁的上方设有与出气管路相连的出气孔，出气管路上装有只出不进的单向阀门，所有的安装和连接是密封的；所述气室的上金属壁上从左至右分别设有气体浓度传感器3、温度传感器4和压力传感器5安装孔，用于安装气体浓度传感器3、温度传感器4、压力传感器5。

本发明所述的黑体辐射源2选用ElectroOpticalIndustries,Inc.公司的CDS100-04黑体辐射源2，所述背景黑体位于准直光学系统6的焦平面上，用于为靶标黑体提供背景，背景黑体包含四种高宽比为7:1的不同空间频率的靶标图案；所述面型差分黑体控制器通过调节靶标黑体的温度，控制背景黑体和靶标黑体的温度差，使红外检测系统对不同空间频率的靶标图案成像。

本发明所述的实验气体选择乙烯（C₂H₄），乙烯（C₂H₄）气体浓度传感器3安装于所述气室金属壁上对应的安装孔，置于气室内，实时测量并显示乙烯气体的浓度，由于本发明以传统热成像系统的性能评价参数——最小可分辨温差（MRTD）的测试方法为基础，将测得的气体浓度数值命名为气体的最小可分辨气体浓度MRGC值，乙烯气体的浓度即为乙烯（C₂H₄）气体的最小可分辨气体浓度MRGC值；温度传感器4安装于所述气室金属壁上对应的安装孔，置于气室内，测量并显示气室内的温度值；压力传感器5安装于所述气室金属壁上对应的安装孔，置于气室内，测量并显示气室内的压力值。

准直光学系统6用于将安装在准直光学系统6的焦平面上的靶标图案模拟为无穷远目标，准直光学系统6的出瞳处发出红外平行光线，以便模拟气体泄漏红外成像检测系统对靶标图案进行无穷远成像；准直光学系统6是反射式，待评价系统置于准直光学系统6像空间辐照度均匀的位置上，使光束照射与待评价系统到准直物镜的距离无关。

本发明通过对传统黑体辐射源2进行改造，在黑体辐射源2的靶标黑体与背景黑体之间加装一个红外线成像系统1，实现包含气体特性的系统性能评价装置，改造难度低，易于实现。

本发明的一种气体泄漏红外成像检测系统的性能评价方法，其步骤为：

将评价装置及待评价气体泄漏红外成像检测系统置于32℃的恒温室内，用不吸收红外辐射的氮气作为载气对气体管路及气室进行彻底冲洗，排除气室内的气体，氮气保持与室温相同，且干燥纯净；

通过调节靶标黑体的温度，使得气体泄漏红外成像检测系统不能对空间频率为f_x的靶标成像，即图像为没有任何目标的均匀图像；

由于红外成像系统的成像与物理温度有关，当靶标黑体与背景黑体间的温差不为零时，红外检测系统对靶标图案成像；当靶标黑体与背景黑体间的温差为零时，红外检测系统对靶标图案不成像；由于靶标黑体与背景黑体间设有气室，其对靶标黑体的辐射存在衰减，调节靶标黑体的温度，控制其与背景黑体的温度差，使的标靶黑体辐射经过气室衰减后在红外成像检测系统中不成像，此时等效于靶标黑体与背景黑体间的温度差为“零”。

从进气孔向气室内缓慢充入极少量高纯度的乙烯气体，稍等片刻，待气体在气室内分布均匀后，令观察者观察检测系统能否对靶标图案成像；

气室中充入气体后造成对标靶黑体辐射的衰减增加，导致靶标黑体与背景黑体间的温差不为“零”，靶标图像可能可以在气体泄漏红外成像检测系统中成像；

若不能成像，则重复步骤，直至观察者确认能分辨（50%的概率）出该空间频率的四条带靶标为止；

在充入少量气体之后，由于标靶黑体的辐射存在微量的衰减，导致其与背景黑体之间的辐射存在差异，若此时所需评价的气体泄漏红外成像系统的灵敏度很高，则其可以对标靶图案成像，若此时所需评价的气体泄漏红外成像系统的灵敏度较低时，其无法感应出靶标黑体辐射与背景黑体辐射之间的差异，因此气体泄漏红外成像系统就无法对靶标图案成像，此时就需要重复步骤充入更多的气体，使得对靶标黑体的辐射进行更大的衰减。

分别记录气体泄漏红外成像检测系统能对靶标图案成像时，乙烯气体浓度传感器3所测得的乙烯气体的浓度数值C_x、温度传感器4所测得的温度数值T_x和压力传感器5所测得的压力数值P_x。该气体浓度数值C_x即为气体泄漏红外成像检测系统对乙烯气体的最小可分辨气体浓度MRGC值，条件是气体温度为T_x，压力为P_x，空间频率为f_x。

更换另外三种设有不同空间频率靶标图案的背景黑体，重复步骤～可以完成在其它空间频率条件下的MRGC数值测量，通过MRGC值评价气体泄漏红外成像检测系统。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种红外图像成像器检测器，其特征在于，包括红外线成像系统、黑体辐射源、气体浓度传感器、温度传感器、压力传感器、湿度传感器和准直光学系统，所述黑体辐射源包括靶标黑体和背景黑体；所述气室位于靶标黑体和背景黑体之间，气体浓度传感器、温度传感器及压力传感器位于所述气室侧壁的安装孔内，背景黑体位于准直光学系统的焦平面上；

所述红外成像系统包括红外成像光学元件、调制光束合束器、量子点折射率调制器、光学移相器、激光光源、准直透镜或抛物面反射镜、光学分束器、反射镜、干涉光束合束器和近红外光或可见光相机；

所述成像系统分为两个相对独立的光路：分别是调制-读出光路和参考光路；其中调制-读出光路上沿入射光传播方向的元件依次为：红外成像光学元件、调制光束合束器、量子点折射率调制器、光学移相器、干涉光束合束器和近红外光或可见光相机；参考光路上沿入射光传播方向的元件依次为：激光光源、准直透镜或抛物面反射镜、光学分束器和反射镜；

所述系统是通过红外成像光学元件将红外物体成像于量子点折射率调制器，在红外成像光学元件和量子点折射率调制器之间设置调制光束合束器；

由激光光源产生近红外光或可见光，通过准直透镜或抛物面反射镜准直后，经过光学分束器分为读出光和参考光；

所述读出光经过调制光束合束器与红外物体在量子点折射率调制器上的红外像重合，利用量子点折射率调制器的量子点三能级系统相位调制特性，红外像的红外光强信号被转换成为读出光的相位信号，该读出光进一步通过光学移相器产生一个附加的相位，其中n为任意整数为圆周率；

所述参考光通过反射镜、干涉光束合束器与通过光学移相器之后的读出光重合在近红外光或可见光相机上；

通过近红外光或可见光相机读取参考光和读出光的干涉光强，最终将读出光携带的相位信号还原成为红外图像的光强度信号，从而利用近红外光或可见光相机获取物体红外图像，

所述背景黑体上设有镂空区域形成空间频率为f_x的靶标图案；

所述靶标黑体的温度可控，用于与背景黑体之间形成温度差。

2.根据权利要求1所述的一种红外图像成像器检测器，其特征在于，红外成像平面、与红外成像系统相对的靶标黑体平面、及与红外窗口相对的背景黑体平面之间相互平行。

3.根据利要求1所述的一种红外图像成像器检测器，其特征在于，所述气室的四个侧壁为金属壁，内侧均匀涂装黑体漆。

4.一种基于权利要求1-3任意一项所述红外线成像器的检测方法，其特征在于，其步骤为：

将检测装置及待检测红外线成像系统置于恒温、恒湿的测试实验室内，且将待检测的红外线成像系统置于准直光学系统的出瞳处，用不吸收红外辐射的载气对气室进行冲洗，排除气室内的气体，载气的温度应保持与室温相同，且干燥纯净；

通过调节靶标黑体的温度，使得红外线成像系统不能对空间频率为f_x的靶标图案成像；

从进气孔向气室内充入待测实验气体，经过预设时间t，观察此时红外线成像系统能否对靶标图案成像；

若不能成像，则重复步骤，直至红外线成像系统能对靶标图案成像为止，此时进入步骤；

分别记录红外线成像系统能对靶标图案成像时，气体浓度传感器测得的浓度数值C_x、温度传感器测得的温度数值T_x和压力传感器测得的压力数值P_x；该气体浓度数值C_x即为红外线成像系统对该待测气体的最小可分辨气体浓度MRGC值，条件是气体温度为T_x，压力为P_x，靶标图像的空间频率为f_x,，通过MRGC值检测红外线成像系统。