CN110530529A - 红外热成像设备的检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种红外热成像设备的检测系统，其中，系统包括：目标靶、背景黑体、温度检测组件、温度调节组件和控制组件，以采集目标靶和背景黑体的当前温度；温度调节组件，以升高或降低背景黑体的当前温度；控制组件控制温度调节组件调节背景黑体的当前温度，使得在目标靶和背景黑体的当前温度差与设定目标温差一致时，供待检测红外热成像设备生成热图像，以根据热图像得到检测结果。本发明实施例的系统可以在无准直光学系统的情况下，红外热成像设备可直接对目标靶生成热图像，供检测者观察检测其综合参数，有效解决了其它红外热成像设备检测系统携行和外场使用不便、难用于原位检测、价格昂贵和精度低等难题，且结构简单，易于实现。
Description
技术领域
本发明涉及红外热成像设备技术领域，特别涉及一种红外热成像设备的检测系统。
背景技术
红外热成像设备的综合参数有NETD(noise-equivalent temperaturedifference，噪声等效温差以下简称)、MRTD(minimum resolvable temperaturedifference，最低可分辨温差) 和MDTD(minimum detectable temperature difference，最低可探测温差)。当前，国内外对这三个参数都是采用带有准直光学系统的同一个检测设备完成检测的，只是目标靶形状不同。该设备基本组成包括目标靶、背景黑体、对靶标和背景黑体的测温控温电子系统、把目标靶图像投射到被捡红外热成像设备中的准直光学系统。
然而，现有的带有准直光学系统的红外热成像设备的综合参数检测装置重量和体积大，环境条件要求高，只能在固定在专用实验室内使用，不便于携行和外场使用，更难以架设到被捡红外热成像设备附近，进行原位检测。特别是近年来红外热成像探测器件快速发展，空间分辨力越来越高，检测要求的空间频率f0也越来越高，其中，空间频率f0指单位视角内明暗或冷热条纹重复出现的周期数，单位是：周/毫弧度(cy/mrad)，从而导致光学系统焦距和体积显著增加，携行和外场使用不便，不能原位检测。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的目的在于提出一种红外热成像设备的检测系统，该系统无准直光学系统，直接以被检测红外热像设备观察目标靶的方法检测红外热成像设备综合参数，有效提高检测的适用性和实用性，有效解决了携行和外场使用不便、难用于原位检测、价格昂贵的难题，且简单易实现。
为达到上述目的，本发明提出了一种红外热成像设备的检测系统，包括：目标靶和背景黑体；温度检测组件，所述温度检测组件分别与所述目标靶和所述背景黑体相连，以采集所述目标靶和所述背景黑体的当前温度；温度调节组件，所述温度调节组件与所述背景黑体相连，以升高或降低所述背景黑体的当前温度；控制组件，所述控制组件分别与所述温度检测组件和所述温度调节组件相连，控制所述温度调节组件调节所述背景黑体的当前温度，使得在所述目标靶和所述背景黑体的当前温度差与设定的目标温差一致时，供待检测红外热成像设备生成热图像，以根据所述热图像得到检测结果。
本发明的红外热成像设备的检测系统，摒弃了准直光学系统，检测者通过观察红外热成像设备生成的目标靶和背景黑体热图像，检测红外热成像设备最低可分辨温差等综合参数等性能，有效提高检测的适用性和实用性，解决了携行和外场使用以及原位检测的难题，简单易实现。
进一步地，所述控制组件包括：控制单元，以所述目标靶和所述背景黑体的当前温度作为输入以进行PID闭环控制，直至输出的所述当前温差达到所述设定的目标温差，并保持不变。
进一步地，所述检测组件包括：设置在所述目标靶上的第一温度传感器；设置在所述背景黑体上的第二温度传感器。
进一步地，还包括：距离测量调节装置，所述距离测量调节装置分别与所述目标靶和所述待测的红外热成像设备相连，以根据所述目标靶和要求的空间频率调整所述待测的红外热成像设备与所述目标靶间的距离。
进一步地，所述温度调节组件为帕尔贴器件。
进一步地，所述系统还包括：与所述背景黑体对应设置的散热片和散热风扇，以便散热。
进一步地，所述系统还包括：与所述目标靶对应设置的辐射板，以增加所述目标靶的热容量。
进一步地，所述系统还包括：保护壳体。
进一步地，所述目标靶和所述背景黑体由导热系数大于第一预设值的材料制成，且外表均喷涂相同预设厚度且辐射率大于第二预设值的黑体漆。
本发明实施例的红外热成像设备的检测方法，可以无准直光学系统检测红外热成像设备综合参数，摒弃了准直光学系统，简化了结构、缩小了体积和重量，降低了成本，具有便携性和原位检测能力，供待检测红外热成像设备生成热图像，并由检测人员观察得到检测结果。有效提高检测的适用性和实用性，有效解决了携行和外场使用以及原位检测的难题，简单易实现。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为相关技术的带有准直光学系统的检测装置原理图(目标靶为四杆靶)；
图2为相关技术的车载型红外热成像装置综合参数检测装置；
图3为根据本发明实施例的红外热成像设备的检测系统的结构示意图；
图4为根据本发明一个实施例的红外热成像设备的检测系统的结构示意图；
图5为根据本发明实施例的检测MRTD的四杆靶示意图；
图6为根据本发明实施例的检测NETD的圆孔靶示意图；
图7为根据本发明实施例的检测MDTD的方孔靶示意图；
图8为根据本发明实施例的测温控温工作原理图；
图9为根据本发明实施例的控制系统工作原理图；
图10为根据本发明实施例的控制系统软件流程图；
图11为根据本发明实施例的温差测量与控制逻辑流程图；
图12为根据本发明实施例的目标靶和背景黑体结构图；
图13为根据本发明实施例的红外热成像设备的检测系统的工作流程图；
图14为根据本发明实施例的红外热成像设备的检测方法流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在介绍本发明提出的红外热成像设备的检测系统及方法之前，先简单介绍一下相关技术。
黑体辐射服从普朗克定律：它描述了温度为T的理想黑体辐射出射度Me(λ,T)随着波长λ变化的规律，表达式如式1所示：
式中：C1和C2分别为第一和第二辐射常数。
根据普朗克定律，任何高于绝对零度的物体都发射电磁波，处于可见光到毫米波波段的微米级电磁辐射为红外光，自然温度下目标和背景的辐射能量集中在3μm～12μm范围内，其中3μm～5μm中波波段和8μm～12μm长波波段红外辐射在大气窗口内，具有远距离传输和被探测能力。
红外热成像设备是一种把对3μm～5μm中波或8μm～12μm长波波段红外辐射能量敏感的探测器阵列器件成像到显示屏上，供人眼观察的仪器。该类设备一般由红外成像光学系统、红外阵列探测器件、处理电路、显示器和操控电路组成、
红外热成像设备类似可见光成像设备，综合量度参数是空间分辨力和温度分辨力，主要是：噪声等效温差(NETD)、最低可分辨温差(MRTD)和最低可探测温差(MDTD)。这些参数的检测都是对规定大小或空间频率的目标靶、在最小的目标靶和背景黑体温差下检测的，这三个参数的检测是由同一个检测装置完成的，只是目标靶的靶型不同。
当前国内外的红外热成像设备的综合参数检测装置，都是带有准直光学系统的。其基本组成包括背景黑体、目标靶、对目标靶和背景黑体的测温控温电子系统、把靶标图像投射被捡红外热成像设备中的准直光学系统(包括平面反射镜和离轴抛物面反射镜)。
噪声等效温差(NETD)、最低可分辨温差(MRTD)和最低可探测温差(MDTD)的检测完全采用同一套装置，只是目标靶靶标形状不同，即分别为：圆形靶、四杆靶和正方形靶，空间频率越高，靶型尺寸越小。这类装置原理如图1所示。相关技术中也有采用卡塞格林光学系统。
它们的共同特点的是都有准直光学系统。准直光学系统的焦距和要求的空间频率f0密切相关，即空间频率f0越高，要求四杆靶靶条宽度和间隔越小或焦距越大。当前，适用于空间频率f0为3～4cy/mrad的最低可分辨温差MRTD检测装置，实验室内准直光学系统焦距一般4m，装载在工程车上的车载MRTD检测装置准直光学系统焦距一般1m(装置结构如2所示)。
然而，相关技术存在如下缺陷：
以四杆靶为靶标的带有准直光学系统的检测设备为例，光学系统焦距r、空间频率f0、四杆靶每个靶条的宽度b有如公式2所示的关系：
例如：当空间频率3.0cy/mrad、焦距4000mm时，靶条宽0.67mm。
空间频率、焦距和目标靶的大小这种依存关系，使这类检测装置存在以下问题。
问题1：焦距长，重量大，不能便携和原位检测。
在检测空间频率要求不高情况下，对于4m焦距准直光学系统的四杆靶，其加工、保温和测温还可以实现，但这种检测装置尺寸重量很大，长度一般6m左右、体积15m3左右、重量300kg左右，这是当前普遍在实验室内使用的检测设备的基本参数。
为实现车载使用，一般把焦距减少为1m左右，此时，要实现空间频率3cy/mrad检测条件，靶条宽度减小为0.17mm，如此小的靶条加工、表面处理、测温和控温难度很大、控制精度也比较差，但这类车载设备体积、重量等比焦距4m焦距的实验室内设备已大幅度减小，用于方舱车运载与使用还勉强可以。
但是，近年来，随着诸如640×480和1280×960元的大面阵、小像元多元探测器件的出现，红外热成像设备空间分辨力大幅度提高，检测时要求的空间频率也显著提高，如机载吊舱的红外热成像设备MRTD的检测空间频率达到7.5cy/mrad，1m焦距的检测设备四杆靶靶条宽度减小为0.066mm，尺寸如此小的四杆靶加工十分困难，而对其精确测温控温已不可能实现。
可见，由于体积重量的限制，带有准直光学系统的红外热成像设备的检测装置，不可能作为便携式检查仪器携行到外场，对被捡红外热成像设备实施原位检测，必须把被捡设备从使用平台上拆卸下来，拿到实验室内，实施检测。这种方式不可避免的带来安装方式不真实、检测与使用环境不一致的导致的检测结果不准确和可信度不高问题。此外被捡红外热成像设备安装平台与检测仪器装置往往不在一地，两地远距离的装卸、运输和检测过程往往耗时数月，也给用户和厂家带来很大不便。
问题二：采用近似空间频率检测，影响MRTD检测的准确性。
由公式2可知，由于准直光学系统焦距是固定的，当需要采用不同空间频率条件检测时，需要变换相应靶型。而检测装置出厂时制造厂家只能配备几种典型尺寸的靶型，这样就往往导致一般情况下只能选择接近要求空间频率的典型尺寸靶进行检测。或者说，实际检测采用的空间频率与要求空间频率只能近似一致。众所周知，红外热像设备最低可分辨温差MRTD等往往对检测空间频率很敏感，尤其当空间频率较高时更为剧烈，不同空间频率的检测条件可导致检测的MRTD值有较大误差。
问题三：光学系统加工难，使用条件要求严，购置维修成本高
大口径长焦距离轴抛物面光学系统，加工难度大，安装空间尺寸也比较大，而且为满足微小四杆靶测温控温精度要求，MRTD检测装置必须置于温度和气流相当稳定的实验室内，必须置于整体式光学稳固平台上，这些都导致生产、加工、安装和维修成本增加。
综上：带有准直光学系统的红外热成像设备MRTD检测装置成本高、体积重量大，不能原位检测，一般只能配备在热成像设备科研和生产单位，由专业技术人员操作使用，不能配备到红外热成像设备用户，由热成像设备操作人员操作使用。这也大大限制检测装置的装备使用范围。而且往往采用近似空间频率检测，检测结果误差较大。
因此，为解决带有准直光学系统的红外热成像设备检测装置成本高、体积和重量大，不能原位检测，以及往往使用近似空间频率的靶型检测等的问题，本发明提出了不用准直光学系统、直接观察的靶标和背景黑体热图像的红外热成像设备综合参数检测技术。
下面参照附图描述根据本发明实施例提出的红外热成像设备的检测系统及方法，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的红外热成像设备的检测系统。
图3是本发明一个实施例的红外热成像设备的检测系统的结构示意图。
如图3所示，该红外热成像设备的检测系统10包括：目标靶100、背景黑体200、温度检测组件300、温度调节组件400和控制组件500。
其中，温度检测组件300分别与目标靶100和背景黑体200相连，以采集目标靶100和背景黑体200的当前温度。温度调节组件400与背景黑体200相连，以升高或降低背景黑体200的当前温度。控制组件500分别与温度检测组件300和温度调节组件400相连，控制温度调节组件400调节背景黑体200的当前温度，使得在目标靶100和背景黑体200 的当前温度差与设定目标温差一致时，供待检测红外热成像设备生成热图像，以根据热图像得到检测结果检测者可通过观察红外热成像设备生成的目标靶和背景黑体热图像，检测红外热成像设备最低可分辨温差MRTD等性能，检测者可通过观察红外热成像设备生成的目标靶和背景黑体热图像，检测红外热成像设备最低可分辨温差MRTD等性能。本发明实施例的系统10可以有效解决了携行和外场使用以及原位检测的难题，简单易实现。
可以理解的是，温度调节组件400可以为帕尔贴器件，本发明实施例的系统10通过镶嵌在目标靶100和背景黑体200中的精密温度传感器，温度检测组件200可测定目标靶100和背景黑体200的温度和温差，并通过贴合在背景黑体100上的帕尔贴器件按设定的温差对目标靶100和背景黑体200温差进行精确调控，使目标靶和背景黑体的温差稳定在设定量值上。
具体地，如图4所示，本发明实施例的系统10包括目标靶100、背景黑体200和测温控温电子系统，其中，测温控温电子系统包括温度检测组件300、温度调节组件400，将下面详细介绍测温控温电子系统，在此不做过多描述。控制组件500可以称为控制系统。本发明实施例的系统10省略了笨重、复杂、昂贵的准直光学系统，由被捡热像设备直接观察带有规定温差的目标靶和背景黑体所成的热图像，检测红外热成像设备的综合参数。其中，可检测红外热成像设备三个综合参数：噪声等效温差(NETD)、最低可分辨温差(MRTD)和最低可探测温差(MDTD)，背景黑体和测温控温电子系统相同，只是目标靶的靶型不同。
需要说明的是，(1)红外热成像设备，利用红外成像物镜、红外探测器、信号处理电路与显示器件，把目标和背景的3μm～5μm或8μm～12μm红外辐射能量的分布图转换为可见的热图像设备或仪器，热图像上不同灰度代表不同的温度。
(2)黑体，对入射的电磁辐射(本文指红外波段)能量吸收率为1，反射或透射率为零的物体。
(3)最低可分辨温差MRTD是综合评价红外热像设备空间分辨力和温度分辨力的综合参数，其定义为：对处于均匀背景黑体中，具有某一空间频率f0的高宽比7比1 的四个条带黑体目标(简称四杆靶)的热像图案，观察者能分辨出其中四个条带的最低温度差。称为该红外热成像设备在规定空间频率下的最低可分辨温差。检测的标准靶型如图4所示。
(4)噪声等效温差(NETD)是表征红外热成像设备温度灵敏度的重要参数，其定义是：当被成像物体所产生的信号刚好等于系统输出噪声时的温差。检测的标准靶型如图5所示。
(5)最低可探测温差(MDTD)是直观察者从红外热成像装置显示屏上刚好能分辨出目标的目标相对背景的温差。标准靶标的图案如图6所示。
具体而言，红外热成像设备有三个综合参数：噪声等效温差(NETD)、最低可分辨温差(MRTD)和最低可探测温差(MDTD)。目标靶靶型如表1所示，分别为四杆靶、圆孔靶和方孔靶，图中白条或孔为透空部分，黑色是不透空部分。靶标和背景黑体本体采用相同材质如紫铜制成，表面喷涂有同一种高辐射率黑体漆，以保证靶标和背景黑体具有相同发射系数。本发明实施例的四杆靶每条透空白条带和黑条带宽为 5mm，长为35mm，即每对靶条10mm。其中，表1为目标靶三种靶型表。
表1
进一步地，在本发明的一个实施例中，本发明实施例的系统10还包括：距离测量调节装置。其中，距离测量调节装置分别与目标靶和待测的红外热成像设备相连，根据目标靶和检测要求的空间频率调整待测红外热成像设备与目标靶间的距离。需要说明的是，本发明实施例的系统空间频率f0的设定，由被检的红外热像设备与目标靶距离决定。
具体而言，以检测最低可分辨温差MRTD的四对长宽比为7:1的透光/不透光的条带构成的四杆靶为例，在确定了四杆靶靶标尺寸b的条件下，空间频率f0的设定，仅取决于检测装置与被捡设备间距离L，如公式3所示：
或
L＝2bf0×103 (4)
如某型直升机载吊舱的红外热成像组件的最小成像距离为50m，最低可分辨温差MRTD为0.5K(f0＝7.5cy/mrad),那么把靶条宽度设计为5mm，检测距离置于75m,便可实现f0＝7.5cy/mrad的检测条件。
换言之，在固定靶条宽度的情况下，只要调整检测距离L，便可实现不同空间频率f0这一检测条件的设定。
需要说明的是，一般热成像仪器光学系统焦距都为几十毫米，而检测距离为几十米，检测距离为成像系统焦距1000倍，满足入射平行光条件；此外检测距离也满足红外热像设备最小成像距离要求，具备清晰成像条件。
进一步地，下面将对红外热成像设备的检测系统进行详细说明。
在本发明的一个实施例中，温度检测组件300包括：第一温度传感器和第二温度传感器。其中，第一温度传感器镶嵌在目标靶内；第二温度传感器镶嵌在背景黑体内。
进一步地，在本发明的一个实施例中，温度调节组件400可以为帕尔贴器件。可以理解的是，具有帕尔贴(paltier)效应的半导体器件，该效应指当有电流通过不同导体组成的回路时，除产生不可逆的焦耳热外，在不同导体的接头处随着电流方向不同分别会出现放热/吸热的现象
进一步地，在本发明的一个实施例中，系统还包括：与背景黑体对应设置的散热片和散热风扇，以便散热；与目标靶对应设置的辐射板，以增加目标靶的热容量。
具体而言，本发明实施例的最终目的是构建一个有相同辐射率与规定温差的目标靶和背景黑体。首先介绍一下测温控温基本原理，如图8所示，测温控温电子系统由镶嵌在目标靶中的温度传感器Ⅰ、镶嵌在背景黑体中的温度传感器Ⅱ、和背景黑体紧密贴合的帕尔贴控温器件、散热风扇及测温控温计算机组成，测温控温计算机包括主机、操控键盘、显示屏等。
测温控温电子系统工作原理是：系统上电后，首先操作人员通过操控键盘设定目标靶和背景黑体的温度差，确认后，计算机系统通过温度传感器Ⅰ和Ⅱ，测定目标靶和黑体背景的温度，将测得的两者的实际温度相减，形成的温度差与设定的温度差比较，以两个温度差之差值为输入形成控制指令，经功率放大，驱动帕尔贴器件调整背景黑体的温度，调整后的背景黑体温度经温度传感器Ⅱ，反馈到计算机系统，再与温度传感器Ⅰ的温度相减，用第二次测得的实际温度差与设定温度差之差值再次形成控制指令，驱动帕尔贴器件工作，直至实际温度差与设定温度差相等，并予以保持之。
测温是对目标靶和背景黑体同时进行的，但调温控温只对背景黑体进行。当设定目标靶相对背景为正温差时，可通过降低背景黑体温度实现；反之，当设定目标靶相对背景为负温差时，可通过提高背景黑体温度实现。
进一步地，在本发明的一个实施例中，控制组件500包括：控制单元。其中，控制单元以目标靶100和背景黑体200的当前温度作为输入以进行PID闭环控制，直至输出的当前温差达到设定的目标温差，并保持不变。
进一步地，在本发明的一个实施例中，控制组件进一步用于通过比例—积分—微分控制生成控制指令，并优化比例系数、积分系数和微分时间常数，以使当前温度差与设定目标温差一致。
进一步地，在本发明的一个实施例中，控制组件进一步用于按照普朗克黑体辐射定律进行温度补偿，以使不同环境温度条件下，同一表观温度差的目标靶和背景黑体具有标准温度条件下相同的辐射强度差。
具体而言，为实现外场条件下可靠工作，必须解决环境温度-40℃～50℃大范围变化，风等空气流动导致目标靶和背景黑体温度和温差变化情况下，准确测温、快速调温、精确控温、稳定保温的问题，本发明控制系统采取PID控制、温度补偿和动态补偿等技术，控制系统原理如图9所示。
1)PID控制。控制指令生成采取PID控制策略，即比例—积分—微分控制，并优化了比例系数、积分系数和微分时间常数，使系统超调小，响应快，鲁棒性好。
2)温度补偿。由于红外热成像设备综合参数如最低可分辨温差MRTD等环境温度密切相关，厂家提供的MRTD等参数一般都是在试验室内20℃±2℃条件下的测试结果，为解决同一个产品，在室外自然温度下测试结果与实验室内测试结果一致性问题，按照普朗克黑体辐射定律，进行了温度补偿，实现了不同环境温度条件下，对同一表观温度差的目标靶和背景黑体具有与标准条件下相同的辐射强度差。
3)动态补偿。针对风等不稳定气流影响，必须提高系统鲁棒性，在达到所需控制的温差情况下，不会轻易破坏平衡，能够长时间保持温差的稳定性。
其中，控制系统软件流程如图10所示，温差测量与控制逻辑如图11所示。
进一步地，在本发明的一个实施例中，目标靶100和背景黑体200由导热系数大于第一预设值的材料制成，且外表均喷涂相同预设厚度且辐射率大于第二预设值的黑体漆。
具体而言，在结构上，为了精确测温、快速调温和稳定控温，目标靶100、背景黑体200、温度检测组件300和温度调节组件400等采取了图12所示的结构。
图11中由前向后依次为保护罩、辐射板、目标靶、背景黑体、帕尔贴器件、散热片和风扇，在目标靶内镶嵌有温度传感器Ⅰ、背景黑体内镶嵌有温度传感器Ⅱ。散热片和风扇用于散除电流通过半导体器件产生的焦耳热，辐射板用于增加目标靶热容量，以提高目标靶热稳定性。
在结构上，为了精确测温、快速调温和稳定控温，本发明实施例采取了以下技术措施：
(1)目标靶和背景黑体采用导热系数高的同一种材料制成，且外表面喷涂厚度相等的同一种辐射率接近1的黑体漆。
(2)两个经过严格标定的高精度温度传感器分别紧密配合方式镶嵌在目标靶和背景黑体内，并在缝隙处填充有高导热系数材料。
(3)帕尔贴器件正面与背景黑体接触面、帕尔贴器件背面与散热片接触面，都经严格磨合，并涂有高导热材料，保证紧密接触，无缝连接，具有良好的热传导性能。
(4)目标靶和辐射体接触面也经严格磨合，并涂有高导热材料，保证紧密接触，无缝连接，具有良好的热传导性能。
(5)辐射体、目标靶与装置壳体紧密接触，良好导热，使目标靶热容量大，具有良好热稳定性。
(6)背景黑体与目标靶及装置壳体其它部分采取良好绝热措施，杜绝热传导，减少热对流和热辐射。
下面将结合图13对红外热成像设备的检测系统的工作原理进行说明。
如图13所示，本发明实施例的检测系统的工作流程包括：
步骤1：检测系统上电；
步骤2：被捡热像设备上电，并调试处于最佳成像状态；
步骤3：检测装置设定正温差；
步骤4：增减检测装置设定的正温差；
步骤5：观察热图像判定是否符合MRTD视觉判定标准，如果符合，则执行步骤6；如果不符合，则执行步骤4；
步骤6：记下MRTD+；
步骤7：设定负温差；
步骤8：增减检测装置设定的负温差；
步骤9：观察热图像判定是否，符合MRTD视觉判定标准，如果符合，则执行步骤10；如果不符合，则执行步骤8；
步骤10：记下MRTD-；
步骤11：计算1/2(|MRTD+|+MRTD-|)；
步骤12：检测系统与被捡红外热像设备断电撤收。
综上，(1)本发明实施例使用无准直光学系统检测红外热成像设备综合参数方法，摒弃了准直光学系统，简化了结构，缩小了体积和重量，降低了成本，具有便携性和原位检测能力。(2)本发明实施例采取以改变距离实现无级设置空间频率方法，通过变换一固定尺寸的目标靶与被检测设备距离，实现空间频率的随意快速设定。(3)本发明实施例采取以普朗克黑体热辐射定律为基础，对不同环境温度下同一表观温度差的目标和背景辐射强度补偿的方法，使各种自然温度条件下红外热成像设备综合参数 (如MRTD)与标准条件下的测试结果具有可比性。(4)控制系统采取比例—积分—微分(PID)控制策略，优化比例系数、积分系数和微分时间常数，使系统超调小，响应快，鲁棒性好。(5)结构上采取合理有效的导热、散热、绝热设计，解决了自然温度和有风条件下，精确测温、快速调温、稳定控温问题，实现了外场使用。
综上，本发明实施例提出的红外热成像设备的检测系统，摒弃了准直光学系统，简化了结构，缩小了体积和重量，降低了成本，具有便携性和原位检测能力；采用一种固定尺寸的目标靶，通过调整靶标与被捡红外热成像设备的距离，实现空间频率的随意的连续和无级变化，提供了检测所需各种空间频率，而且能够方便实施；以普朗克黑体热辐射定律为基础，对不同环境温度下同一表观温度差的目标靶和背景黑体辐射强度进行补偿，解决了同一被捡热像设备不同环境温度下检测参数一致性问题；采取比例—积分—微分控制策略，优化比例系数、积分系数和微分时间常数，结构上使采取科学合理有效的导热、散热、绝热设计，使系统超调小，响应快，鲁棒性好，解决了自然温度和有风条件下，精确测温、快速调温、稳定控温问题，实现了外场使用。
其次参照附图描述根据本发明实施例提出的红外热成像设备的检测方法。
图14是本发明一个实施例的红外热成像设备的检测方法的流程图。
如图14所示，该红外热成像设备的检测方法，采用如上述实施例的系统，其特征在于，方法包括以下步骤：
在步骤S1中，采集目标靶和背景黑体的当前温度。
在步骤S2中，升高或降低背景黑体的当前温度。
在步骤S3中，调节背景黑体的当前温度，使得在目标靶和背景黑体的当前温度差与设定的目标温差一致时，供待检测红外热成像设备生成热图像，以根据所述热图像得到检测结果。
需要说明的是，前述对红外热成像设备的检测系统实施例的解释说明也适用于该实施例的红外热成像设备的检测方法，此处不再赘述。
根据本发明实施例提出的红外热成像设备的检测方法，摒弃了准直光学系统，简化了结构，缩小了体积和重量，降低了成本，具有便携性和原位检测能力；采用一种固定尺寸的目标靶，通过调整靶标与被捡红外热成像设备的距离，实现空间频率的随意的连续和无级变化，提供了检测所需各种空间频率，而且能够方便实施；以普朗克黑体热辐射定律为基础，对不同环境温度下同一表观温度差的目标靶和背景黑体辐射强度进行补偿，解决了同一被捡热像设备不同环境温度下检测参数一致性问题；采取比例—积分—微分控制策略，优化比例系数、积分系数和微分时间常数，结构上使采取科学合理有效的导热、散热、绝热设计，使系统超调小，响应快，鲁棒性好，解决了自然温度和有风条件下，精确测温、快速调温、稳定控温问题，实现了外场使用。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或N个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“N个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更N个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或N个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，N个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，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模块中，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模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (9)
1.一种红外热成像设备的检测系统，其特征在于，包括：
目标靶和背景黑体；
温度检测组件，所述温度检测组件分别与所述目标靶和所述背景黑体相连，以采集所述目标靶和所述背景黑体的当前温度；
温度调节组件，所述温度调节组件与所述背景黑体相连，以升高或降低所述背景黑体的当前温度；以及
控制组件，所述控制组件分别与所述温度检测组件和所述温度调节组件相连，控制所述温度调节组件调节所述背景黑体的当前温度，使得在所述目标靶和所述背景黑体的当前温度差与设定的目标温差一致时，供待检测红外热成像设备生成热图像，以根据所述热图像得到检测结果。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制组件包括：
控制单元，以所述目标靶和所述背景黑体的当前温度作为输入以进行PID闭环控制，直至输出的所述当前温差达到所述设定的目标温差，并保持不变。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述检测组件包括：
设置在所述目标靶上的第一温度传感器；
设置在所述背景黑体上的第二温度传感器。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：
距离测量调节装置，所述距离测量调节装置分别与所述目标靶和所述待测的红外热成像设备相连，以根据所述目标靶和要求的空间频率调整所述待测的红外热成像设备与所述目标靶间的距离。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述温度调节组件为帕尔贴器件。
6.根据权利要求1或5所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：
与所述背景黑体对应设置的散热片和散热风扇，以便散热。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：
与所述目标靶对应设置的辐射板，以增加所述目标靶的热容量。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：保护壳体。
9.根据权利要求1-8任一项所述的系统，其特征在于，所述目标靶和所述背景黑体由导热系数大于第一预设值的材料制成，且外表均喷涂相同预设厚度且辐射率大于第二预设值的黑体漆。
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