CN107817053B - 一种大口径红外辐射测量系统定标方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的大口径红外辐射测量系统定标方法及装置，主要是利用高温腔式黑体结合小平行光管，采集定标数据同时采集背景数据，然后不断地控制调节黑体的温度，采集所有温度点的定标数据和背景数据，利用相对应温度下的背景数据修正该温度的定标数据，将修正后的定标数据进行线性拟合，从而获得红外辐射特性测量系统的定标方程，根据红外辐射测量系统的光学参数，将小口径得到的定标方程，折算到满口径的定标方程，从而实现对整个光学系统的辐射定标。利用小平行光管结合高温腔式黑体在外场条件下实现大口径红外测量系统定标，提高定标机动性、降低定标成本，简化定标的操作流程，为大口径红外辐射测量系统提供一种快速、便捷的定标方法。
Description
技术领域
本发明涉及地基红外辐射特性测量技术领域，尤其涉及一种大口径红外辐射测量系统定标方法及装置。
背景技术
红外辐射特性测量是利用地基红外辐射测量系统获得飞行目标的有效图像，分析红外图像定量地反演测量目标的辐射特性或者辐射温度的过程。红外辐射特性测量为准确地获得目标地红外特性信息，需要在红外辐射测量前后对红外辐射测量系统自身的特性进行定标，因此，定标是红外辐射特性测量的重要组成和步骤。
通常情况下，在红外辐射测量任务的前后，都需要对红外辐射测量系统进行定标。现存针对大口径红外辐射测量系统的定标方法主要包括面源黑体定标法和平行光管定标法。尽管两种定标法都具有很高的定标精度，但都存在难以适应外场条件下定标要求的问题：对于面源黑体定标法来说，在定标时，要求面源黑体的有效尺寸覆盖红外辐射特性测量系统的入瞳面积。随着红外辐射测量系统的口径越来越大，所要求面源尺寸也逐渐增加，这样不仅增加定标成本，而且大面源黑体很难做到高温且保证整个辐射面的均匀性，因此定标的动态范围受到极大的限制；对于平行光管定标法来说，同样要求平行光管的入瞳面积大于辐射测量系统的入瞳面积。使用大尺寸的平行光管定标，使得光管的加工装调难度增加，而且不利于外场快速定标的实现。中国专利CN104296882A，公开的大口径、宽动态红外辐射定标方法虽然通过内定标解决了外场定标机动性的问题，但是仍然需要大面源黑体进行修正，定标成本仍然较高。
发明内容
本发明提供的大口径红外辐射测量系统定标方法及装置，克服现有定标技术在外场条件下操作不便、成本昂贵和环境适应差等问题，本发明旨在利用小平行光管结合高温腔式黑体实现大口径红外测量系统在外场条件下，提高定标机动性、降低定标成本，简化定标的操作流程，为大口径红外辐射测量系统提供一种快速、便捷的定标方法。
第一方面，一种大口径红外辐射测量系统定标方法，定标装置包括高温腔式黑体、用于安装所述高温腔式黑体的旋转控制台、小口径反射式平行光管、大口径红外光学系统以及红外探测器，所述方法包括：
将所述大口径红外光学系统开机并通过电控系统调整所述大口径红外光学系统至预设位置；
对所述高温腔式黑体通电并设置所述高温腔式黑体的预设温度；
调整所述高温腔式黑体和所述小口径反射式平行光管与所述大口径红外光学系统对准；
调整所述小口径反射式平行光管对准所述大口径红外光学系统的入瞳；
调整所述旋转控制台转动预设角度并利用红外探测器辐射测量系统在不同积分时间下采集第一背景图像数据；
调整所述旋转控制台逆向转动预设角度并调节所述高温腔式黑体达到所述预设温度，并利用红外探测器在不同积分时间下采集红外图像；
再次调整所述旋转控制台转动至预设角度并利用红外探测器辐射测量系统在不同积分时间下采集第二背景图像数据；
对所述第一背景图像数据和所述第二背景图像数据在相应积分时间下进行均匀化处理得到均匀化背景图像数据，将所述均匀化背景图像数据进行修正作为定标数据；
将所述定标数据进行修正折算为满口径定标数据，以完成所述大口径红外辐射测量系统的定标。
可选地，所述将所述均匀化背景图像数据进行修正作为定标数据，包括：
将所述红外图像扣除所述均匀化背景图像数据后作为定标数据。
可选地，所述预设位置为水平位置，所述将所述大口径红外光学系统开机并通过电控系统调整所述大口径红外光学系统至预设位置，包括：
将所述大口径红外光学系统开机并通过电控系统调整所述大口径红外光学系统至水平位置。
可选地，所述预设角度为90度，所述调整所述旋转控制台转动预设角度并在不同积分时间下采集第一背景图像数据，包括：
调整所述旋转控制台转动90度并利用红外探测器在不同积分时间下采集第一背景图像数据。
可选地，所述预设角度为90度，所述再次调整所述旋转控制台转动至预设角度并在不同积分时间下采集第二背景图像数据，包括：
再次调整所述旋转控制台转动至90度并利用红外探测器在不同积分时间下采集第二背景图像数据。
可选地，所述将所述定标数据进行修正折算为满口径定标数据，包括：
折算所述小口径反射式平行光管的定标数据至满口径定标数据。
第二方面，一种大口径红外辐射测量系统定标装置，定标装置包括高温腔式黑体、用于安装所述高温腔式黑体的旋转控制台、小口径反射式平行光管、大口径红外光学系统以及红外探测器，应用如上述的大口径红外辐射测量系统定标方法。
本发明提供的大口径红外辐射测量系统定标方法及装置，主要是利用高温腔式黑体结合小平行光管，采集定标数据同时采集背景数据，然后不断地控制调节黑体的温度，采集所有温度点的定标数据和背景数据，利用相对应温度下的背景数据修正该温度的定标数据，将修正的定标数据进行线性拟合，从而获得红外辐射特性测量系统的定标方程，根据红外辐射测量系统的光学参数，将小口径得到的定标方程，折算到满口径的定标方程，从而实现对整个光学系统的辐射定标，克服现有定标技术在外场条件下操作不便、成本昂贵和环境适应差等问题，在利用小平行光管结合高温腔式黑体在外场条件下实现大口径红外测量系统定标，提高定标机动性、降低定标成本，简化定标的操作流程，为大口径红外辐射测量系统提供一种快速、便捷的定标方法。
附图说明
图1是本发明实施例中提供的大口径红外辐射测量系统定标方法的流程图；
图2是本发明实施例中提供的大口径红外辐射测量系统定标装置的结构示意图。
其中：1、高温腔式黑体，2、黑体红外光，3、背景红外光，4、小口径反射式平行光管，5、控制转台，6、主反射镜，7、分色镜组，8、第二反射镜，9、第一场镜，10、第一像面，11、第二反射镜，12、第二场镜，13、调焦镜组，14、红外探测器。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
高温黑体工作温度可高至3200K，典型辐射光谱范围为200～2400nm，高温黑体的构成包括加热元件、电源和控制电路等。加热辐射腔体的元件有石墨、钨灯等类型。目前常见的加热元件是直热式石墨。腔体形式有管式、双腔体式和平板式3种。管式辐射腔体包括2个同轴石墨管，其中一个石墨管置于内管中。双腔体式黑体中的一个腔体用于控制，一个用于测量；平板式组件的石墨板以相等的距离，相对安装于腔体两测。
结合图1和2所示，本发明实施例中提供的一种大口径红外辐射测量系统定标方法，定标装置包括高温腔式黑体、用于安装所述高温腔式黑体的旋转控制台、小口径反射式平行光管、大口径红外光学系统以及红外探测器，所述方法包括：
S101、将所述大口径红外光学系统开机并通过电控系统调整所述大口径红外光学系统至预设位置；
S102、对所述高温腔式黑体通电并设置所述高温腔式黑体的预设温度；
S103、调整所述高温腔式黑体和所述小口径反射式平行光管与所述大口径红外光学系统对准；
S104、调整所述小口径反射式平行光管对准所述大口径红外光学系统的入瞳；
S105、调整所述旋转控制台转动预设角度并利用红外探测器辐射测量系统在不同积分时间下采集第一背景图像数据；
S106、调整所述旋转控制台逆向转动预设角度并调节所述高温腔式黑体达到所述预设温度，并利用红外探测器辐射测量系统在不同积分时间下采集红外图像；
S107、再次调整所述旋转控制台转动至预设角度并利用红外探测器在不同积分时间下采集第二背景图像数据；
S108、对所述第一背景图像数据和所述第二背景图像数据在相应积分时间下进行均匀化处理得到均匀化背景图像数据，将所述均匀化背景图像数据进行修正作为定标数据；
S109、将所述定标数据进行修正折算为满口径定标数据，以完成所述大口径红外辐射测量系统的定标。
这里为消除背景变化对定标精度的影响，将旋转控制台多次进行旋转，多次采集背景图片数据以便进行背景图片数据进行扣除。
在本文中，小平行光管是一个相对的概念，是指平行光管的入瞳直径小于红外辐射辐射特性测量系统的入瞳直径)对准大口径红外辐射测量系统，通过控制腔式黑体的温度T，采集不同温度Ti(i＝1,2,3···N。
可选地，所述将所述均匀化背景图像数据进行修正作为定标数据，包括：
将所述红外图像扣除所述均匀化背景图像数据后作为定标数据。
可选地，所述预设位置为水平位置，所述将所述大口径红外光学系统开机并通过电控系统调整所述大口径红外光学系统至预设位置，包括：
将所述大口径红外光学系统开机并通过电控系统调整所述大口径红外光学系统至水平位置。
可选地，所述预设角度为90度，所述调整所述旋转控制台转动预设角度并在不同积分时间下采集第一背景图像数据，包括：
调整所述旋转控制台转动90度并利用红外探测器在不同积分时间下采集第一背景图像数据。
可选地，所述预设角度为90度，所述再次调整所述旋转控制台转动至预设角度并在不同积分时间下采集第二背景图像数据，包括：
再次调整所述旋转控制台转动至90度并利用红外探测器在不同积分时间下采集第二背景图像数据。
可选地，所述将所述定标数据进行修正折算为满口径定标数据，包括：
折算所述小口径反射式平行光管的定标数据至满口径定标数据。
下面针对本发明实施例中提供的大口径红外辐射测量系统定标方法的一种实施例进行具体介绍：
步骤一：调整腔式黑体与小平行光管，使其对准红外辐射测量系统；
步骤二：通过控制转台转动90°，在不同积分时间下采集背景数据；
步骤三：再逆向旋转90°，使得腔式黑体的红外辐射能经过小平行光管进入红外辐射测量系统，同样在不同地积分时间下，采集红外辐射图像；
步骤四：再次旋转腔式黑体，采集不同积分时间下的背景数据；
步骤五：将步骤二和步骤四采集的到相应积分时间的背景数据做均匀化处理；
步骤六：将获得均匀化背景数据修正，步骤三获得定标数据；
步骤七：将修正后的定标数据，做满口径定标数据的折算处理。
步骤八：完成定标。
本发明的大口径红外辐射测量系统定标方法，在不使用外置面源黑体的基础上，实现了高温段对大口径红外辐射测量系统响应能力的标定，极大的节省了红外辐射测量系统的研制和使用成本，适合于外场条件对火箭、导弹和飞机尾焰等高温目标的红外辐射特性测量。
外场条件下，本发明基于小口径反射式平行光管实现大口径红外测量系统定标，主要是利用高温腔式黑体结合小口径反射式平行光管下的采集定标数据，采集背景数据，不断地调节黑体的温度，采集所有温度点的定标数据和背景数据，利用该温度下的背景数据修正该温度的定标数据，将修正的定标数据进行线性拟合，从而获得红外辐射特性测量系统的定标方程，根据红外辐射测量系统的光学参数，将小口径得到的定标方程，折算到满口径的定标方程，从而实现对整个红外辐射测量系统的定标。本方法的创新之处是利用小口径平行光管实现对大口径红外辐射测量系统定标。该方法相比于利用大口径平行光管定标法，增加定标的机动性，消除了大口径平行光管运输困难的问题，更加利于外场定标；相比于面源黑体定标法，利用腔式黑体结合小口径的红外平行光管，可以大大地节约了定标的成本，解决了大面源黑体难以实现高温定标，避免了大面源黑体温控难对定标造成的困难，相比大面源黑体定标，该方法定标的机动性增强。该定标方法，在满足定标精度要求的前提下，适应了为了靶场定标的新要求，具有广阔的应用前景。
结合图1所示，本发明实施例中提供一种大口径红外辐射测量系统定标装置，定标装置包括高温腔式黑体1、用于安装所述高温腔式黑体1的旋转控制台5、小口径反射式平行光管4、大口径红外光学系统以及红外探测器14，应用上述的大口径红外辐射测量系统定标方法。
具体地光路过程可以是这样的，由所述高温腔式黑体1发出的黑体红外光2镜头小口径反射式平行光管4准直后照射在主反射镜6，经过主反射镜6反射后进入分色镜组7，经过分色镜组8照射在第一反射镜8上，经过第一反射镜8反射后进入第一场镜9，经过第一场镜9后穿过第一像面10后照射在第二反射镜11上，经过第二反射镜11的反射后进入第二场镜12，穿过第二场镜12后经过调焦镜组调焦后由红外检测器接收。
本发明提供的大口径红外辐射测量系统定标装置，利用小口径平行光管实现对大口径红外辐射测量系统定标。该方法相比于利用大口径平行光管定标法，增加定标的机动性，消除了大口径平行光管运输困难的问题，更加利于外场定标
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、磁盘或光盘等。
以上对本发明所提供的一种大口径红外辐射测量系统定标方法及装置进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (5)
1.一种大口径红外辐射测量系统定标方法，其特征在于，定标装置包括高温腔式黑体、用于安装所述高温腔式黑体的旋转控制台、小口径反射式平行光管、大口径红外光学系统以及红外探测器，所述方法包括：
将所述大口径红外光学系统开机并通过电控系统调整所述大口径红外光学系统至预设位置；
对所述高温腔式黑体通电并设置所述高温腔式黑体的预设温度；
调整所述高温腔式黑体和所述小口径反射式平行光管与所述大口径红外光学系统对准；
调整所述小口径反射式平行光管对准所述大口径红外光学系统的入瞳；
调整所述旋转控制台转动预设角度并利用红外探测器在不同积分时间下采集第一背景图像数据；
调整所述旋转控制台逆向转动预设角度并调节所述高温腔式黑体达到所述预设温度，并利用红外探测器在不同积分时间下采集红外图像；
再次调整所述旋转控制台转动至预设角度并利用红外探测器在不同积分时间下采集第二背景图像数据；
对所述第一背景图像数据和所述第二背景图像数据在相应积分时间下进行均匀化处理得到均匀化背景图像数据，将所述均匀化背景图像数据进行修正作为定标数据；
将所述定标数据进行修正折算为满口径定标数据，以完成所述大口径红外辐射测量系统的定标；
其中：所述将所述均匀化背景图像数据进行修正作为定标数据，包括：
将所述红外图像扣除所述均匀化背景图像数据后作为定标数据；
所述将所述定标数据进行修正折算为满口径定标数据，包括：
折算所述小口径反射式平行光管的定标数据至满口径定标数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设位置为水平位置，所述将所述大口径红外光学系统开机并通过电控系统调整所述大口径红外光学系统至预设位置，包括：
将所述大口径红外光学系统开机并通过电控系统调整所述大口径红外光学系统至水平位置。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设角度为90度，所述调整所述旋转控制台转动预设角度并在不同积分时间下采集第一背景图像数据，包括：
调整所述旋转控制台转动90度并利用红外辐射测量系统在不同积分时间下采集第一背景图像数据。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设角度为90度，所述再次调整所述旋转控制台转动至预设角度并在不同积分时间下采集第二背景图像数据，包括：
再次调整所述旋转控制台转动至90度并利用辐射测量系统在不同积分时间下采集第二背景图像数据。
5.一种大口径红外辐射测量系统定标装置，其特征在于，定标装置包括高温腔式黑体、用于安装所述高温腔式黑体的旋转控制台、小口径反射式平行光管、大口径红外光学系统以及红外探测器，应用如权利要求1至4中任一项所述的大口径红外辐射测量系统定标方法。
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