CN109932061B - 一种基于冷反射的面阵红外热像仪实时校正方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种基于冷反射的面阵红外热像仪实时校正方法，所述方法包括分别将不同温度的两个校正板置于红外热像仪内部光路中，连续采集多帧图像，以获取低温及高温下的灰度均值图像；之后通过线性拟合方式求取校正系数；最后根据校正系数进行面阵红外热像仪实时成像的校正。该方法利用冷反射现象，通过在红外热像仪内部光路中加载反射镜和标定板等相关结构实现红外热像仪两点实时校正，可以克服面阵热像仪单点校正的不足和两点校正结构难以实现的问题。

Description

一种基于冷反射的面阵红外热像仪实时校正方法
技术领域
本申请涉及红外热像仪校正技术领域，尤其涉及一种基于冷反射的面阵红外热像仪实时校正方法。
背景技术
面阵制冷红外热像仪由于采用高分辨率的焦平面阵列制冷红外探测器，已经成为红外热像仪的主流配置。但是由于焦平面阵列器件加工水平等因素，所有的红外探测器均存在器件响应不一致的非均匀性。当红外探测器装配成红外热像仪时，必须经过非均匀校正才能正常成像使用。
现有技术中，通常采用单点非均匀校正或两点非均匀校正方法对面阵制冷红外热像仪进行校正。两点非均匀校正需要采集一低一高两个温度黑体。单点非均匀校正通过对着一个均匀温度黑体，调用存储的两点非均匀性系数进行的校正。针对面阵红外热像仪，两点校正时需要两个覆盖视场的高低温黑体(或均匀辐射体)，在实际使用中，由于结构等限制，难以在红外热像仪镜头前增加高低温黑体，常常只时在实验室利用高低温黑体进行标定。单点非均匀校正是基于存储在探测器电路上内的两点非均匀系数，随着时间推移，会出现盲元增加以及非均匀性增加的状况，导致红外热像仪成像无法使用。
申请内容
本申请要解决的技术问题在于，针对现有技术中的缺陷，提供了一种基于冷反射的面阵红外热像仪实时校正方法。
本申请基于冷反射的面阵红外热像仪实时校正方法，包括如下步骤：
获取第一非均匀校正板设置在红外热像仪内部光路时红外热像仪获取的第一多帧图像；
获取第二非均匀校正板设置在红外热像仪内部光路时红外热像仪获取的第二多帧图像，其中，所述第一非均匀校正板与所述第二非均匀校正板温度不同；
根据所述第一多帧图像获取第一灰度均值图像，根据所述第二多帧图像获取第二灰度均值图像；
根据所述第一灰度均值图像与所述第二灰度均值图像，获取用于对红外热像仪实时获取的数据进行校正的校正系数。
可选的，所述第一校正板设置于红外热像仪内部光路中光斑尺寸最小的位置。
可选的，所述第二校正板设置于红外热像仪内部光路中光斑尺寸最小的位置。
可选的，所述第一校正板设置成反射率不低于0.95的反射镜。
可选的，所述第一校正板采用金、银、铝中的至少一种金属膜制成。
可选的，所述第二校正板设置成发射率不低于0.95的结构或涂覆有发射率不低于0.95的材料。
可选的，所述第二校正板内设置有主动加热机构。
可选的，所述连续采集的第一多帧图像不低于10副。
可选的，所述连续采集的第二多帧图像不低于10副。
可选的，所述第一非均匀校正板的温度低于所述第二非均匀校正板。
本发明基于冷反射的面阵红外热像仪实时校正方法解决了以往制冷红外热像仪两点非均匀校正装置难以实现以及单点非均匀校正时间推移长会出现盲元增加的问题。利用冷反射现象，通过在红外热像仪内部光路中加载反射镜和标定板等相关结构实现红外热像仪两点实时校正，可以克服面阵热像仪单点校正的不足和两点校正结构难以实现的问题。
附图说明
图1是本申请基于冷反射的面阵红外热像仪实时校正方法的一优选实施例的流程图；
图2是本申请基于冷反射的面阵红外热像仪实时校正方法的一次成像红外热像仪的校正板安装位置示意图。
图3是是本申请基于冷反射的面阵红外热像仪实时校正方法的二次成像红外热像仪的校正板安装位置示意图。
其中，1为透镜组，11为前透镜组，12为后透镜组，2为校正板，3为红外探测器。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请提供了一种基于冷反射的面阵红外热像仪实时校正方法，如图1所示，主要包括以下步骤。
步骤S1、获取第一非均匀校正板设置在红外热像仪内部光路时红外热像仪获取的第一多帧图像；
步骤S2、获取第二非均匀校正板设置在红外热像仪内部光路时红外热像仪获取的第二多帧图像，其中，所述第一非均匀校正板与所述第二非均匀校正板温度不同；可以理解的是，在获取第二非均匀校正板设置在红外热像仪内部光路时红外热像仪获取的第二多帧图像时，第一非均匀校正板并未设置在红外热像仪内部光路中。
步骤S3、根据所述第一多帧图像获取第一灰度均值图像，根据所述第二多帧图像获取第二灰度均值图像；
步骤S4、根据所述第一灰度均值图像与所述第二灰度均值图像，获取用于对红外热像仪实时获取的数据进行校正的校正系数。
当每次使用红外热像仪时，将实时获取的数据通过校正系数进行面阵红外热像仪实时成像的校正。
本实施例中，第一校正板为低温校正板，第二校正板为高温校正板，增加控制机构，可控制实现两个校正板和切入和切出光路。利用探测器控制电路发送两点校正低温采集，将低温校正板切入光路，探测器连续采集多帧图像得到低温下K帧灰度均值图像。
Figure BDA0002015464130000041
式中，
Figure BDA0002015464130000042
为定标黑体温度在低温时，测量设备焦平面位置(m,n)像元的灰度响应。
然后求在黑体温度在低温时,整个焦平面的平均值
Figure BDA0002015464130000043
Figure BDA0002015464130000044
其中，M和N分别为像元行数和列数。
同理，采集完毕后，将高温校正板切入光路，探测器连续采集多帧图像得到高温下K帧灰度均值图像。
Figure BDA0002015464130000051
然后求在黑体温度在高温时,整个焦平面的平均值
Figure BDA0002015464130000052
Figure BDA0002015464130000053
然后在步骤S4中，采用线性拟合方法计算两点标定系数斜率K(m,n)和截距B(m,n)。
Figure BDA0002015464130000054
Figure BDA0002015464130000055
最后，将系数存储到成像电路中，实时调用两点标定系数，成像时每个像元响应输出G(m,n)进行实时校正，获得校正响应G′(m,n)，实现两点标定。
G′(m,n)＝K(m,n)G(m,n)+B(m,n)
在一些可选实施方式中，所述将第一校正板置于红外热像仪内部光路中包括：将所述第一校正板置于红外热像仪内部光路中光斑尺寸最小的位置。
在一些可选实施方式中，所述将第二校正板置于红外热像仪内部光路中包括：将所述第二校正板置于红外热像仪内部光路中光斑尺寸最小的位置。
上述两个实施例中，为了减小非均匀校正板的尺寸，将两块非均匀校正板放置在光路上光斑尺寸最小的位置，对于一次成像的红外热像仪，如图2所示，光路在经过红外热像仪内的透镜组1后，在红外镜头外部具有最小光斑，此时将校正板2放置在红外探测器前端，即将校正板2安装在红外热像仪内部的最靠近红外探测器3的位置，对于二次成像红外热像仪，如图3所示，最小光斑在前透镜组11与后透镜组12之间，即最小光斑在红外热像仪内部，此时，将校正板2放置在一次像面附近。
在一些可选实施方式中，所述第一校正板设置成反射率不低于0.95的反射镜。
在一些可选实施方式中，所述第一校正板采用金、银、铝中的至少一种金属膜制成。
上述两个实施例中，第一校正板为低温校正板，低温校正板采用高反射率的反射镜。利用反射镜可将制冷探测器窗口内冷环境(约在80K左右)原路反射到探测器成像，也就是冷反射现象。通常冷反射现象是对红外系统是不利的。但是本发明通过利用高反射率反射镜产生冷反射现象实现无源的校正低温点。反射镜可采用金、银或者铝等金属膜，实现反射率≥0.95。等效低温点也可通过利用可调节温度黑体放置在红外热像仪前端等效获得。
在一些可选实施方式中，所述第二校正板设置成发射率不低于0.95的结构或涂覆有发射率不低于0.95的材料。
在一些可选实施方式中，所述第二校正板内设置有主动加热机构。
上述两个实施例中，第二校正板为高温校正板，高温校正板采用在标定板上涂覆高发射率材料，实现标定板高发射率≥0.95。如果采用标定板没有主动加热机构，辐射温度基本和热像仪内部环境温度一致。
在一些可选实施方式中，所述连续采集的第一多帧图像不低于10副。
在一些可选实施方式中，所述连续采集的第二多帧图像不低于10副。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于冷反射的面阵红外热像仪实时校正方法，其特征在于，包括：
获取第一非均匀校正板设置在红外热像仪内部光路时红外热像仪获取的第一多帧图像；
获取第二非均匀校正板设置在红外热像仪内部光路时红外热像仪获取的第二多帧图像，其中，所述第一非均匀校正板与所述第二非均匀校正板温度不同；
根据所述第一多帧图像获取第一灰度均值图像，根据所述第二多帧图像获取第二灰度均值图像；
根据所述第一灰度均值图像与所述第二灰度均值图像，获取用于对红外热像仪实时获取的数据进行校正的校正系数。
2.根据权利要求1所述的基于冷反射的面阵红外热像仪实时校正方法，其特征在于，所述第一非均匀校正板设置于红外热像仪内部光路中光斑尺寸最小的位置。
3.根据权利要求1所述的基于冷反射的面阵红外热像仪实时校正方法，其特征在于，所述第二非均匀校正板设置于红外热像仪内部光路中光斑尺寸最小的位置。
4.根据权利要求1所述的基于冷反射的面阵红外热像仪实时校正方法，其特征在于，所述第一非均匀校正板设置成反射率不低于0.95的反射镜。
5.根据权利要求4所述的基于冷反射的面阵红外热像仪实时校正方法，其特征在于，所述第一非均匀校正板采用金、银、铝中的至少一种金属膜制成。
6.根据权利要求1所述的基于冷反射的面阵红外热像仪实时校正方法，其特征在于，所述第二非均匀校正板设置成发射率不低于0.95的结构或涂覆有发射率不低于0.95的材料。
7.根据权利要求1所述的基于冷反射的面阵红外热像仪实时校正方法，其特征在于，所述第二非均匀校正板内设置有主动加热机构。
8.根据权利要求1所述的基于冷反射的面阵红外热像仪实时校正方法，其特征在于，连续采集的第一多帧图像不低于10副。
9.根据权利要求1所述的基于冷反射的面阵红外热像仪实时校正方法，其特征在于，连续采集的第二多帧图像不低于10副。
10.根据权利要求1所述的基于冷反射的面阵红外热像仪实时校正方法，其特征在于，所述第一非均匀校正板的温度低于所述第二非均匀校正板。
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