CN106768365A - 一种热成像镜头轴外响应的检测装置及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热成像镜头轴外响应的检测装置及检测方法，属于光学镜头技术领域；装置包括按序排列的红外光源、透光通孔、准直扩束镜、标准衰减片、红外探测器以及控制装置；方法包括将各部件调整为中心同高且同轴；将热成像镜头和红外探测器之间调整至并计为第一能量值；去除标准衰减片；将红外探测器旋转至一预设位置，以使透光通孔在红外探测器上形成的像移出至红外探测器的边缘；测量得到红外探测器内数值最高的能量并计为第二能量值；处理得到热成像镜头的轴外响应值。上述技术方案的有益效果是：实现热成像镜头的轴外响应测试，提高轴外响应的测量精度，并且测量装置搭建简单、测量速度较快。
Description
技术领域
本发明涉及光学镜头技术领域，尤其涉及一种热成像镜头轴外响应的检测装置及检测方法。
背景技术
随着非制冷探测器技术的成熟，长波红外非制冷光学系统得到越来越广泛的应用。一般的热成像镜头的成像质量除了由调制传递函数(Modulation Transfer Function，MTF)等设计指标决定之外，还有一项重要的决定因素就是杂光辐射。
所谓杂光辐射，是指在光学系统中，除了目标光线外，扩散于探测器表面的其他非目标光线能量以及经过非正常光路到达探测器的目标光线能量。杂光辐射会导致像面上的辐照度不均匀，像面上的物体和背景的对比度和信噪比降低，从而造成热成像系统的灵敏度下降。而轴外响应是杂光辐射中的一种，其主要指目标光线之外经过非正常光路到达探测器的目标光线能量。
在可见光领域，镜头的轴外响应的检测手段和抑制方法较多也较为成熟。但是在热成像镜头的轴外响应的检测方面却缺乏成熟的检测方法和检测装置。
发明内容
根据现有技术中存在的上述问题，现提供一种热成像镜头轴外响应的检测装置及检测方法的技术方案，旨在实现热成像镜头的轴外响应测试，提高轴外响应的测量精度。
上述技术方案具体包括：
一种热成像镜头轴外响应的检测装置，其中，包括按序排列的红外光源、透光通孔、准直扩束镜、标准衰减片、红外探测器以及控制装置；
所述准直扩束镜设置在一第一调整架上；
所述红外探测器固定设置在一第二调整架上，所述第二调整架固定设置在一位置控制器上；
所述控制装置分别连接所述红外探测器和所述位置控制器；
所述控制装置用于控制所述红外探测器成像，并将所述红外探测器的成像图像显示在所述控制装置的显示屏上；以及
所述控制装置还用于控制所述位置控制器的旋转位置，从而通过所述位置控制器和所述第二调整架控制所述红外探测器的旋转位置；
所述检测装置具有一可调整的第一工作状态，于所述第一工作状态下：
将所述热成像镜头设置在所述标准衰减片与所述红外探测器之间，并将所述热成像镜头与所述红外探测器连接；
所述红外光源、所述透光通孔、所述准直扩束镜、所述标准衰减片、所述热成像镜头和所述红外探测器的中心同高且同轴；
所述热成像镜头和所述红外探测器之间成一相对位置，以使所述红外探测器对所述透光通孔成清晰像；
于所述第一工作状态下，所述控制装置还用于测量所述透光通孔的中心位置的能量，并计为第一能量值；
所述检测装置还具有一可调整的第二工作状态，于所述第二工作状态下：
将所述热成像镜头设置在所述标准衰减片与所述红外探测器之间，并将所述热成像镜头与所述红外探测器连接；
所述红外光源、所述透光通孔、所述准直扩束镜、所述热成像镜头和所述红外探测器的中心同高且同轴，所述标准衰减片被移去；
所述控制装置控制所述位置控制器，以将所述红外探测器旋转至一预设位置，于所述预设位置上，所述透光通孔在所述红外探测器上形成的像移出至所述红外探测器的边缘；
于所述第二工作状态下，所述控制装置还用于测量所述红外探测器内数值最高的能量，并计为第二能量值；
所述控制装置依照所述第一能量值、所述第二能量值以及所述标准衰减片的衰减率处理得到所述热成像镜头的轴外响应值。
优选的，该检测装置，其中，所述控制装置依照下述公式处理得到所述轴外响应值：
其中，
F表示所述轴外响应值；
a表示所述标准衰减片的衰减率；
E0表示所述第一能量值；
E1表示所述第二能量值。
优选的，该检测装置，其中，所述第一调整架为四维可调的调整架。
优选的，该检测装置，其中，所述第二调整架为三维可调的调整架。
优选的，该检测装置，其中，所述标准衰减片为中性衰减片。
优选的，该检测装置，其中，所述红外探测器为凝视焦平面探测器。
优选的，该检测装置，其中，所述红外探测器为工作波段为8-12μm的长波非制冷探测器。
一种热成像镜头轴外响应的检测方法，其中提供一检测装置，包括按序排列的红外光源、透光通孔、准直扩束镜、标准衰减片、热成像镜头、红外探测器以及控制装置；
所述准直扩束镜设置在一第一调整架上；
所述热成像镜头与所述红外探测器连接，所述红外探测器固定设置在一第二调整架上，所述第二调整架固定设置在一位置控制器上；
所述控制装置分别连接所述红外探测器和所述位置控制器；
所述控制装置用于控制所述红外探测器成像，并将所述红外探测器的成像图像显示在所述控制装置的显示屏上；以及
所述控制装置还用于控制所述位置控制器的旋转位置，从而通过所述位置控制器和所述第二调整架控制所述红外探测器的旋转位置；
所述透光通孔为一圆形孔；
所述检测方法包括：
步骤S1，将所述热成像镜头设置在所述标准衰减片与所述红外探测器之间，并将所述热成像镜头与所述红外探测器连接；
步骤S2，将所述红外光源、所述透光通孔、所述准直扩束镜、所述标准衰减片、所述热成像镜头和所述红外探测器调整为中心同高且同轴；
步骤S3，将所述热成像镜头和所述红外探测器之间调整至形成一相对位置，以使红外探测器对透光通孔成清晰像；
步骤S4，测量得到所述透光通孔的中心位置的能量，并计为第一能量值；
步骤S5，去除所述标准衰减片；
步骤S6，通过所述控制装置控制所述位置控制器的方式将所述红外探测器旋转至一预设位置，以使所述透光通孔在所述红外探测器上形成的像移出至所述红外探测器的边缘；
步骤S7，测量得到所述红外探测器内数值最高的能量，并计为第二能量值；
步骤S8，根据所述第一能量值、所述第二能量值和所述标准衰减片的衰减率处理得到所述热成像镜头的轴外响应值。
优选的，该检测方法，其中，所述步骤S8中，依照下述公式处理得到所述轴外响应值：
其中，
F表示所述轴外响应值；
a表示所述标准衰减片的衰减率；
E0表示所述第一能量值；
E1表示所述第二能量值。
上述技术方案的有益效果是：
1)提供一种热成像镜头轴外响应的检测装置，能够实现热成像镜头的轴外响应测试，提高轴外响应的测量精度，并且测量装置搭建简单、测量速度较快。
2)提供一种热成像镜头轴外响应的检测方法，能够支持上述检测装置正常运行。
附图说明
图1是本发明的较佳的实施例中，一种热成像镜头轴外响应的检测装置的结构示意图；
图2是本发明的较佳的实施例中，一种热成像镜头轴外响应的检测方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
本发明的较佳的实施例中，基于现有技术中存在的上述问题，现提供一种热成像镜头轴外响应的检测装置的技术方案。该检测装置的具体结构如图1所示，包括：
按序排列的红外光源1、透光通孔2、准直扩束镜3、标准衰减片4、红外探测器6以及控制装置8；
上述准直扩束镜3设置在一第一调整架(图中未示出)上；
上述红外探测器6固定设置在一第二调整架(图中未示出)上，该第二调整架固定设置在一位置控制器7上；
上述控制装置8分别连接红外探测器6和位置控制器7；
则上述实施例中，上述控制装置8用于控制红外探测器6成像，并将红外探测器6的成像图像显示在控制装置8的显示屏上；以及
上述控制装置8还用于控制位置控制器7的旋转位置，从而通过位置控制器7和第二调整架控制红外探测器6的旋转位置。
则上述实施例中，上述检测装置具有一可调整的第一工作状态，于第一工作状态下：
1)将热成像镜头5设置在标准衰减片4和红外探测器6之间，并且连接红外探测器6；
2)上述红外光源1、透光通孔2、准直扩束镜3、标准衰减片4、热成像镜头5和红外探测器6的中心同高且同轴；
3)上述热成像镜头5和红外探测器6之间成一相对位置，以使红外探测器6对透光通孔2成清晰像；
上述实施例中，上述热成像镜头5为现有的热成像镜头，其结构和组成方式在此不再赘述。
上述热成像镜头5可以作为被测对象与上述检测装置进行区分，只在对热成像镜头进行轴外响应检测的过程将该热成像镜头与检测装置组合使用。图1中示出的是检测装置的工作状态(即检测状态)，因此在图1中热成像镜头5已经被设置在分光镜4和全反射镜头6之间。
上述实施例中，上述红外光源1可以为一高温的面源黑体，该黑体的温度最高不超过1000℃。采用高温黑体作为红外光源1能够利用黑体的温度稳定性保证检测装置的检测稳定性。
上述实施例中，上述准直扩束镜3可以为一红外望远镜头，采用红外望远镜头作为准直扩束镜3能够降低整个检测装置的制造成本。
则于上述第一工作状态下，上述控制装置8还用于测量透光通孔2的中心位置的能量，并计为第一能量值。具体地，上述控制装置8为一控制计算机，其可以通过测量软件来对透光通孔2的中心位置的能量进行测量。采用计算机内部的测量软件对透光通孔2的中心位置进行测量的测量方式为现有技术，在此不再赘述。
上述透光通孔2的形状可以为圆形，也可以为椭圆形或者其他能够透光的形状，在此不再赘述。
上述第一工作状态具体如图1所示。
上述实施例中，检测装置还具有一可调整的第二工作状态，于该第二工作状态下：
1)上述红外光源1、透光通孔2、准直扩束镜3、热成像镜头5和红外探测器6的中心同高且同轴，且上述标准衰减片4被移去；
2)上述控制装置8控制位置控制器7，以将红外探测器6旋转至一预设位置，于该预设位置上，透光通孔2在红外探测器6上形成的像移出至红外探测器6的边缘；
于该第二工作状态下，控制装置8还用于测量红外探测器6内数值最高的能量，并计为第二能量值。与上文中类似地，控制装置8采用测量软件测量的方式获得上述第二能量值。
上述第二工作状态并未在图中示出。
则上述实施例中，上述控制装置8依照第一能量值、第二能量值以及标准衰减片4的衰减率处理得到热成像镜头5的轴外响应值。
具体地，上述实施例中，上述检测装置的第一工作状态可以如图1中所示。在将上述检测装置调整到第一工作状态时，控制装置可以通过测量软件测量到上述透光通孔2的中心位置的能量值并计为第一能量值。
随后，将检测装置调整为第二工作状态，具体为在第一工作状态的基础上拿掉标准衰减片4，并通过控制装置8控制位置控制器7，以旋转红外探测器6，直至红外探测器6上形成的像移出至红外探测器6的边缘为止(此时红外探测器6所处的位置即为上述预设位置)。在该第二工作状态下，控制装置8同样通过测量软件测量到上述红外探测器6中内数值最高的能量并计为第二能量值。
最后，上述控制装置根据上述第一能量值、第二能量值以及标准衰减片4的衰减率计算得到上述热成像镜头5的轴外响应值。
本发明的较佳的实施例中，上述第一调整架为上下左右前后俯仰偏转四维可调的调整架。
本发明的较佳的实施例中，上述第二调整架为上下左右前后三维精密可调的调整架。
本发明的较佳的实施例中，上述位置控制器7为旋转角度可任意设定的位置控制器。换言之，控制装置8可以通过将位置控制器7旋转至任意角度来实现对红外探测器6的旋转控制。
本发明的较佳的实施例中，上述红外光源1为最高温度为1000℃的高温黑体。
本发明的较佳的实施例中，上述准直扩束镜3为红外望远镜头。
本发明的较佳的实施例中，上述标准衰减片4的工作波段为8-12μm，其透过率为0.1％。进一步地，上述标准衰减片4为一中性衰减片。
本发明的较佳的实施例中，上述热成像镜头5的工作波段同样为8-12μm。
本发明的较佳的实施例中，上述红外探测器6为凝视焦平面探测器，进一步地为工作在8-12μm的长波非制冷探测器。
本发明的较佳的实施例中，在放入上述热成像镜头5之前，将红外光源1的高温黑体温度设定为900℃。
本发明的较佳的实施例中，上述控制装置8根据下述公式最终处理得到热成像镜头5的轴外响应值：
其中，
F表示轴外响应值；
a表示标准衰减片4的衰减率；
E0表示第一能量值；
E1表示第二能量值。
本发明的较佳的实施例中，基于上文中所述的检测装置，在图2中给出整个检测装置的检测方法，具体如下：
步骤S1，将热成像镜头设置在标准衰减片与红外探测器之间，并将热成像镜头与红外探测器连接；
步骤S2，将红外光源、透光通孔、准直扩束镜、标准衰减片、热成像镜头和红外探测器调整为中心同高且同轴；
步骤S3，将热成像镜头和红外探测器之间调整至形成一相对位置，以使红外探测器对透光通孔成清晰像；
步骤S4，测量得到透光通孔的中心位置的能量，并计为第一能量值；
步骤S5，去除标准衰减片；
步骤S6，通过控制装置控制位置控制器的方式将红外探测器旋转至一预设位置，以使透光通孔在红外探测器上形成的像移出至红外探测器的边缘；
步骤S7，测量得到红外探测器内数值最高的能量，并计为第二能量值；
步骤S8，根据第一能量值、第二能量值和标准衰减片的衰减率处理得到热成像镜头的轴外响应值。
进一步地，本发明的较佳的实施例中，上述步骤S8中，依照上文中所述的公式(1)处理得到热成像镜头的轴外响应值。
上述实施例中，上述检测装置的其他结构和设置均参照上文中所述，在此不再赘述。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种热成像镜头轴外响应的检测装置，其特征在于，包括按序排列的红外光源、透光通孔、准直扩束镜、标准衰减片、红外探测器以及控制装置；
所述准直扩束镜设置在一第一调整架上；
所述红外探测器固定设置在一第二调整架上，所述第二调整架固定设置在一位置控制器上；
所述控制装置分别连接所述红外探测器和所述位置控制器；
所述控制装置用于控制所述红外探测器成像，并将所述红外探测器的成像图像显示在所述控制装置的显示屏上；以及
所述控制装置还用于控制所述位置控制器的旋转位置，从而通过所述位置控制器和所述第二调整架控制所述红外探测器的旋转位置；
所述检测装置具有一可调整的第一工作状态，于所述第一工作状态下：
将所述热成像镜头设置在所述标准衰减片与所述红外探测器之间，并将所述热成像镜头与所述红外探测器连接；
所述红外光源、所述透光通孔、所述准直扩束镜、所述标准衰减片、所述热成像镜头和所述红外探测器的中心同高且同轴；
所述热成像镜头和所述红外探测器之间成一相对位置，以使所述红外探测器对所述透光通孔成清晰像；
于所述第一工作状态下，所述控制装置还用于测量所述透光通孔的中心位置的能量，并计为第一能量值；
所述检测装置还具有一可调整的第二工作状态，于所述第二工作状态下：
将所述热成像镜头设置在所述标准衰减片与所述红外探测器之间，并将所述热成像镜头与所述红外探测器连接；
所述红外光源、所述透光通孔、所述准直扩束镜、所述热成像镜头和所述红外探测器的中心同高且同轴，所述标准衰减片被移去；
所述控制装置控制所述位置控制器，以将所述红外探测器旋转至一预设位置，于所述预设位置上，所述透光通孔在所述红外探测器上形成的像移出至所述红外探测器的边缘；
于所述第二工作状态下，所述控制装置还用于测量所述红外探测器内数值最高的能量，并计为第二能量值；
所述控制装置依照所述第一能量值、所述第二能量值以及所述标准衰减片的衰减率处理得到所述热成像镜头的轴外响应值。
2.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述控制装置依照下述公式处理得到所述轴外响应值：
其中，
F表示所述轴外响应值；
a表示所述标准衰减片的衰减率；
E0表示所述第一能量值；
E1表示所述第二能量值。
3.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述第一调整架为四维可调的调整架。
4.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述第二调整架为三维可调的调整架。
5.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述标准衰减片为中性衰减片。
6.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述红外探测器为凝视焦平面探测器。
7.如权利要求6所述的检测装置，其特征在于，所述红外探测器为工作波段为8-12μm的长波非制冷探测器。
8.一种热成像镜头轴外响应的检测方法，其特征在于提供一检测装置，包括按序排列的红外光源、透光通孔、准直扩束镜、标准衰减片、热成像镜头、红外探测器以及控制装置；
所述准直扩束镜设置在一第一调整架上；
所述热成像镜头与所述红外探测器连接，所述红外探测器固定设置在一第二调整架上，所述第二调整架固定设置在一位置控制器上；
所述控制装置分别连接所述红外探测器和所述位置控制器；
所述控制装置用于控制所述红外探测器成像，并将所述红外探测器的成像图像显示在所述控制装置的显示屏上；以及
所述控制装置还用于控制所述位置控制器的旋转位置，从而通过所述位置控制器和所述第二调整架控制所述红外探测器的旋转位置；
所述透光通孔为一圆形孔；
所述检测方法包括：
步骤S1，将所述热成像镜头设置在所述标准衰减片与所述红外探测器之间，并将所述热成像镜头与所述红外探测器连接；
步骤S2，将所述红外光源、所述透光通孔、所述准直扩束镜、所述标准衰减片、所述热成像镜头和所述红外探测器调整为中心同高且同轴；
步骤S3，将所述热成像镜头和所述红外探测器之间调整至形成一相对位置，以使红外探测器对透光通孔成清晰像；
步骤S4，测量得到所述透光通孔的中心位置的能量，并计为第一能量值；
步骤S5，去除所述标准衰减片；
步骤S6，通过所述控制装置控制所述位置控制器的方式将所述红外探测器旋转至一预设位置，以使所述透光通孔在所述红外探测器上形成的像移出至所述红外探测器的边缘；
步骤S7，测量得到所述红外探测器内数值最高的能量，并计为第二能量值；
步骤S8，根据所述第一能量值、所述第二能量值和所述标准衰减片的衰减率处理得到所述热成像镜头的轴外响应值。
9.如权利要求8所述的检测方法，其特征在于，所述步骤S8中，依照下述公式处理得到所述轴外响应值：
其中，
F表示所述轴外响应值；
a表示所述标准衰减片的衰减率；
E0表示所述第一能量值；
E1表示所述第二能量值。
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2017
- 2017-01-06 CN CN201710010979.4A patent/CN106768365B/zh active Active
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