CN105466562A - 结合非均匀性定标和温度定标的热像仪标定装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种结合非均匀性定标和温度定标的热像仪标定装置及方法，包括黑体、光学系统、红外探测器、图像处理板、十字滑台、监视器和PC机；图像处理板包括存储模块、校正模块和图像处理模块，红外探测器安放在十字滑台上，光学系统设置在红外探测器探测面前方，在光学系统前方设有黑体，红外探测器分别连接到存储模块和图像处理模块，存储模块分别与PC机和校正模块连接，校正模块与图像处理模块连接，图像处理模块再与监视器连接。本发明将光学系统引入的非均匀性因素充分考虑在内，带着红外光学镜头进行定标，同时将两点校正融入温度定标，充分利用所测数据，实现多点校正，从而大大提高了非均匀性校正的效果，使得红外图像效果更佳明显和清晰。

Description

结合非均匀性定标和温度定标的热像仪标定装置及方法

技术领域

本发明属于红外热成像技术，特别是一种结合非均匀性定标和温度定标的热像仪标定装置及方法。

背景技术

对于可见光而言的光学系统，杂散光主要来自外部的非成像光，而对于红外光学系统而言，杂散光主要来自内部的反射和表面热辐射，这些都会通过光学系统到达探测器的像面，从而引入不必要的噪声。同时光学元件介质的吸收和在界面的反射都引起了能量的损失，使成像光的能量变得微弱。

实际中的光学系统与理论上的光学系统还是有很大差异的，光学系统存在像差和衍射。一个点发出的光线经透镜会聚往往不会会聚于一个点，而是形成一个弥散斑，这是综合各种像差的结果，并且完全消除像差是不可能的。衍射则不同于像差，在系统通光口径确定后是无法控制的。即使无任何像差，理想像点也不是一个几何点，而是一个弥散斑。

以往在进行黑体定标时，通常是不带光学镜头的，这虽然有利于在校正时更准确地标定每个像元点的值，但是也忽略了实际测量中是要通过光学系统来测量的，因此光学系统引入的问题往往被忽略。

非均匀性定标和温度定标若是分开进行，既增加了一倍的工作量，而且也不能保证两次是在相同环境下进行定标，这加大了误差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结合非均匀性定标和温度定标的热像仪标定装置及方法，将光学系统引入的非均匀性因素充分考虑在内，带着红外光学镜头进行定标，同时将两点校正融入温度定标，充分利用所测数据，实现多点校正，从而大大提高了非均匀性校正的效果，使得红外图像效果更佳明显和清晰。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种结合非均匀性定标和温度定标的热像仪标定装置，包括黑体、光学系统、红外探测器、图像处理板、十字滑台、监视器和PC机；图像处理板包括存储模块、校正模块和图像处理模块，红外探测器安放在十字滑台上，光学系统设置在红外探测器探测面前方，在光学系统前方设有黑体，红外探测器分别连接到存储模块和图像处理模块，存储模块分别与PC机和校正模块连接，校正模块与图像处理模块连接，图像处理模块再与监视器连接。

黑体辐射的光线进入光学系统，光学系统将红外线会聚在红外探测器上，红外探测器将响应值分别送入存储模块和图像处理模块；存储模块中的数据可供PC机随时调用，同时存储的数据送入校正模块，计算校正后的数据送入图像处理模块，图像处理模块中将红外探测器送入的数据一路进行测温处理，另一路结合校正过的数据进行多点校正、中值滤波、直方图均衡处理；最终两路数据全部输出显示。

上述光学系统采用红外光学镜头。

一种结合非均匀性定标和温度定标的热像仪标定方法，方法步骤如下：

步骤1、调节黑体到N温度值，其中N为系统测温量程的最低值，等待黑体升温稳定。

步骤2、将红外光学镜头正对黑体，红外探测器置于十字滑台上并放于红外光学镜头正后方，调整红外光学镜头焦距，通过监视器观察，使其在红外探测器上形成一个大小合适的圆斑。

步骤3、通过调节十字滑台，使红外探测器能在横向和纵向移动。

步骤4、存储模块与PC机相连，通过PC机查看存储的各个像元点的响应值，根据响应值，选取最大响应值区域中一个内切矩形区域，并将其中每个像元点的响应值记录下来。

步骤5、对照监视器，横向微移红外探测器，使其光斑能与上个光斑有重合区域，即选出的矩形方框与上一个方框有相同的像元点即可；当横向移动使光斑移出红外探测器时纵向移动红外探测器，使其在纵向微移动，使其选出的矩形方框可以与上面选出的方框有相同的像元点；这样来回移动红外探测器，就可以将整个红外探测器上所有的探测元响应值全部记录下来。

步骤6、升高黑体温度到(N+n)，其中10<＝n<＝20，重复步骤5的操作，记录下所有探测元的响应值。

步骤7、重复步骤6直到黑体温度达到红外探测器测量范围的最高值。

步骤8、存储的数据送入校正模块进行多点校正前的参数计算，将校正后的参数数据送入图像处理模块，图像处理模块中将红外探测器送入的数据一路进行测温处理，另一路结合校正过的数据进行多点校正、中值滤波、直方图均衡处理；最终将数据输出到监视器。

上述步骤2中，调整光学系统焦距，得到一个占红外探测器面积为S的圆斑，S的取值范围为1/20红外探测器面积<S<1/10红外探测器面积，即为大小合适的圆斑。

上述步骤5中重合区域的选定，通过监视器可以看出光斑的移动情况，再结合PC机得到的响应值，使此次选出的矩形区域中包含了上次矩形中包含的像元，以致不存在遗漏像元且随时发现前端出现的问题。

本发明与现有技术相比，其显著优点：(1)由于加入了光学系统，从而减弱光学系统引入的非均匀性影响因素，使非均匀性校正达到更好的效果；(2)将非均匀性校正和温度定标同时进行，实现了多点校正，使得非均匀性校正效果更加明显。

附图说明

图1是本发明的结合非均匀性定标和温度定标的热像仪标定装置的结构示意图。

图2是图像处理板的结构示意图。

图3是本发明的红外探测器像面横向移动的示意图。

图4是本发明的红外探测器像面纵向移动的示意图。

图5是本发明的多点定标校正示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

结合图1，本发明的结合非均匀性定标和温度定标的热像仪标定装置，包括黑体、光学系统、红外探测器、图像处理板、PC机、十字滑台(西格玛TSD-1202SH)和监视器。黑体设定好温度后，待其温度稳定，光学系统和固定于十字滑台的红外探测器依次放于其后，调整好光学系统的焦距使其在红外探测器上形成一个大小合适的圆斑，图像处理板存储焦平面每个像元点的响应值并进行图像处理和测温等操作，PC机读取存储的响应值。监视器观察红外热图像，辅助更准确操控十字滑台。

结合图2，图像处理板由存储模块、校正模块和图像处理模块三部分组成。存储模块存储的数据供PC机读取，并由校正模块计算校正参数，再送入图像处理模块供多点校正调用其参数，红外探测器送入的数据一路给存储模块，一路送入图像处理模块供其进行多点校正、中值滤波和直方图均衡等图像处理，同时也进行测温计算。

结合图3，经红外镜头会聚后所成的小圆斑如图中A和B所示，调节十字滑台使圆斑位于A处。能将探测器左上角的探测元都包含在内。选取了包含左上角探测元的内切矩形，如A所示。调节十字滑台，结合监视器的热图像和PC机读出的响应值使圆斑横向移动一小距离到达B处，B中取内切矩形使得和A中矩形包含有相同的探测元，读取响应值。这有利于及时发现前端光路和黑体在前后两个位置处是否发生变化。如此横向移动直到横向的探测元都到达过。

结合图4，当横向移动到如图C处时，圆C包含了右上角所有探测元时，调节位置调控器使其纵向移动一小距离，到达位置D处，使得圆D中的内切矩形和C处的内切矩形包含有相同的探测元，读取响应值。接着如图2中所述横向移动探测器，如此往复直到整个阵列上的探测元都被照射过。

结合图5，实际中，红外焦平面探测器的响应值并非是线性的，只是在温度变化不大的范围内可认为是线性。两点校正是在实际运用中比较普遍的方法，但是运用在测量范围比较大的设备上，非均匀校正效果就不是很明显了，所以引入多点校正是非常合适的。如图中将一条弯曲的响应曲线分成(n-1)段，每一段内的温度变化范围在10到20度之间，变化范围较小便可认为是线性的，然后在每一段内实行两点校正。正因为近似线性，且每一小段都需要测量两次温度，在这每一小段内建立响应值与温度的线性对应关系作为这一范围内的温度标定值，达到温度定标与多点校正同时完成。

本发明加入了光学系统，从而减弱光学系统引入的非均匀性影响因素，使非均匀性校正达到更好的效果。且将非均匀性校正和温度定标同时进行，实现了多点校正，使得非均匀性校正效果更加明显。

Claims (5)

1.一种结合非均匀性定标和温度定标的热像仪标定装置，其特征在于：包括黑体、光学系统、红外探测器、图像处理板、十字滑台、监视器和PC机；图像处理板包括存储模块、校正模块和图像处理模块，红外探测器安放在十字滑台上，光学系统设置在红外探测器探测面前方，在光学系统前方设有黑体，红外探测器分别连接到存储模块和图像处理模块，存储模块分别与PC机和校正模块连接，校正模块与图像处理模块连接，图像处理模块再与监视器连接；

黑体辐射的光线进入光学系统，光学系统将红外线会聚在红外探测器上，红外探测器将响应值分别送入存储模块和图像处理模块；存储模块中的数据可供PC机随时调用，同时存储的数据送入校正模块，计算校正后的数据送入图像处理模块，图像处理模块中将红外探测器送入的数据一路进行测温处理，另一路结合校正过的数据进行多点校正、中值滤波、直方图均衡处理；最终两路数据全部输出显示。

2.根据权利要求1所述的结合非均匀性定标和温度定标的热像仪标定装置，其特征在于：上述光学系统采用红外光学镜头。

3.一种结合非均匀性定标和温度定标的热像仪标定方法，其特征在于，方法步骤如下：

步骤1、调节黑体到N温度值，其中N为系统测温量程的最低值，等待黑体升温稳定；

步骤2、将红外光学镜头正对黑体，红外探测器置于十字滑台上并放于红外光学镜头正后方，调整红外光学镜头焦距，通过监视器观察，使其在红外探测器上形成一个大小合适的圆斑；

步骤3、通过调节十字滑台，使红外探测器能在横向和纵向移动；

步骤4、存储模块与PC机相连，通过PC机查看存储的各个像元点的响应值，根据响应值，选取最大响应值区域中一个内切矩形区域，并将其中每个像元点的响应值记录下来；

步骤5、对照监视器，横向微移红外探测器，使其光斑能与上个光斑有重合区域，即选出的矩形方框与上一个方框有相同的像元点即可；当横向移动使光斑移出红外探测器时纵向移动红外探测器，使其在纵向微移动，使其选出的矩形方框可以与上面选出的方框有相同的像元点；这样来回移动红外探测器，就可以将整个红外探测器上所有的探测元响应值全部记录下来；

步骤6、升高黑体温度到(N+n)，其中10<＝n<＝20，重复步骤5的操作，记录下所有探测元的响应值；

步骤7、重复步骤6直到黑体温度达到红外探测器测量范围的最高值；

步骤8、存储的数据送入校正模块进行多点校正前的参数计算，将校正后的参数数据送入图像处理模块，图像处理模块中将红外探测器送入的数据一路进行测温处理，另一路结合校正过的数据进行多点校正、中值滤波、直方图均衡处理；最终将数据输出到监视器。

4.根据权利要求3所述的结合非均匀性定标和温度定标的热像仪标定方法，其特征在于：上述步骤2中，调整光学系统焦距，得到一个占红外探测器面积为S的圆斑，S的取值范围为1/20红外探测器面积<S<1/10红外探测器面积，即为大小合适的圆斑。

5.根据权利要求3所述的结合非均匀性定标和温度定标的热像仪标定方法，其特征在于，上述步骤5中重合区域的选定，通过监视器可以看出光斑的移动情况，再结合PC机得到的响应值，使此次选出的矩形区域中包含了上次矩形中包含的像元，以致不存在遗漏像元且随时发现前端出现的问题。