CN113310581B - 一种消除红外系统杂散辐射的系统和校准方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种消除红外系统杂散辐射的系统和校准方法，其特征在于，该系统包括：黑体、反射镜、遮挡板和探测器；黑体为中空结构，黑体的内部设置有热源，黑体上设置有出口，热源发出的红外线能够通过出口辐射至反射镜，并通过反射镜反射至探测器；至少部分遮挡板设置于出口至探测器的连线上，用于对通过连线辐射至探测器的红外线进行遮挡。本方案能够消除红外系统中黑体校准所形成的杂散辐射。
Description
技术领域
本发明实施例涉及红外探测技术领域，特别涉及一种消除红外系统杂散辐射的系统和校准方法。
背景技术
红外热像仪在使用过程中，探测器接受到的数据容易受自身辐射、空气、温度等外界因素影响，产生温度漂移，因此需要对温度进行校准。通常采用黑体校准对温度进行校准，即将黑体作为标准温度源，对探测器进行校准。
然而，对于设置在红外系统内的黑体校准，在校准过程中仍会有一部分红外线未经辐射传输光路而直接被探测器接收，形成杂散辐射，从而影响探测器测温准确性。
发明内容
本发明实施例提供了一种消除红外系统杂散辐射的系统和校准方法，能够消除红外系统中黑体校准所形成的杂散辐射。
第一方面，本发明实施例提供了一种消除红外系统杂散辐射的系统，包括：包括：黑体、反射镜、遮挡板和探测器；
所述黑体为中空结构，所述黑体的内部设置有热源，所述黑体上设置有出口，所述热源发出的红外线能够通过所述出口辐射至所述反射镜，并通过所述反射镜反射至所述探测器；
至少部分所述遮挡板设置于所述出口至所述探测器的连线上，用于对通过所述连线辐射至所述探测器的红外线进行遮挡。
在一种可能的实现方式中，所述遮挡板设置于所述黑体上。
在一种可能的实现方式中，所述遮挡板的高度大于预设高度阈值；
所述预设高度阈值通过如下公式获得：
h＝(Ф/2+d)*cotθ
其中，h用于表征预设高度阈值；Ф用于表征所述出口的直径；d用于表征所述遮挡板距离所述出口边缘的距离；θ用于表征所述出口至所述探测器的连线与所述出口所在平面之间的夹角。
在一种可能的实现方式中，所述遮挡板的长度大于预设长度阈值；
所述预设长度阈值通过如下公式获得：
其中，l用于表征预设长度阈值；Ф用于表征所述出口的直径；d用于表征所述遮挡板距离所述出口边缘的距离；θ用于表征所述出口至所述探测器的连线与所述出口所在平面之间的夹角；a用于表征所述探测器接收端口的长度；h1用于表征所述探测器至所述出口所在平面的距离。
在一种可能的实现方式中，该系统还包括：壳体；
所述黑体、所述反射镜和所述探测器均设置于所述壳体内，所述遮挡板与所述壳体的内壁连接。
在一种可能的实现方式中，所述遮挡板的反射率为0-0.1。
在一种可能的实现方式中，所述遮挡板包括碳系吸波材料、铁系吸波材料和陶瓷系吸波材料中的至少一种。
在一种可能的实现方式中，该系统还包括：制冷装置；
所述制冷装置设置于所述遮挡板上；
所述制冷装置，用于降低所述遮挡板的温度。
在一种可能的实现方式中，所述制冷装置包括斯特林制冷器、循环水制冷装置。
第二方面，本发明实施例还提供了基于上述任一实施例所述的系统的一种校准方法，该方法包括：
获取探测器接收到黑体的热源发出的红外线后的探测温度；
确定所述热源的实际温度；
判断所述探测温度是否大于所述实际温度；
在所述探测温度不大于所述实际温度时，确定完成校准。
本发明实施例提供了一种消除红外系统杂散辐射的系统和校准方法，该系统包括黑体、反射镜、遮挡板和探测器，黑体为中空结构，黑体的内部设置有热源，黑体上设置有出口，热源发出的红外线能够通过出口辐射至反射镜，并通过反射镜反射至探测器，将至少部分遮挡板设置于出口至探测器的连线上，能够对通过该连线辐射至探测器的红外线进行遮挡，即对未经反射镜反射而直接被探测器接收的杂光进行遮挡，消除由该杂光形成的杂散辐射。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一实施例提供的一种消除红外系统杂散辐射的系统的示意图；
图2是本发明一实施例提供的一种遮挡板设置于黑体的示意图；
图3是本发明一实施例提供的另一种遮挡板设置于黑体的示意图；
图4是本发明一实施例提供的一种校准方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，都属于本发明保护的范围。
如前所述，设置在红外系统内的黑体热源所辐射的红外线会有部分未经反光镜反射而直接被探测器接收，其中该部分未经反光镜反射的红外线即为杂光。由于杂光使像面辐照度变得不均匀，会形成杂散辐射，使像面上物体和背景的对比度或信噪比降低，导致探测器的探测结果不准确。因此需要对该部分杂散辐射进行消除。
由于上述杂散辐射是未经反射镜反射而直接辐射至探测器所形成的，因此可以考虑通过增设遮挡板将该杂散辐射从被辐射的路径上移除。
下面描述以上构思的具体实现方式。
请参考图1，本发明实施例提供了一种消除红外系统杂散辐射的系统，该系统包括：黑体101、反射镜102、遮挡板103和探测器104；
黑体101为中空结构，黑体101的内部设置有热源，黑体上设置有出口1011，热源发出的红外线能够通过出口辐射至反射镜102，并通过反射镜102反射至探测器104；
至少部分遮挡板103设置于出口至探测器104的连线上，用于对通过连线辐射至探测器104的红外线进行遮挡。
本发明实施例中，消除红外系统杂散辐射的系统包括黑体、反射镜、遮挡板和探测器，黑体为中空结构，黑体的内部设置有热源，黑体上设置有出口，热源发出的红外线能够通过出口辐射至反射镜，并通过反射镜反射至探测器，将至少部分遮挡板设置于出口至探测器的连线上，能够对通过该连线辐射至探测器的红外线进行遮挡，即对未经反射镜反射而直接被探测器接收的杂光进行遮挡，消除由该杂光形成的杂散辐射，从而提高探测器测温的准确性。
需要说明的是，本发明实施例中的黑体为内置黑体，即设置在该消除红外系统杂散辐射的系统内的黑体。
需要说明的是，图1中所示的虚线即为热源发出的红外线通过出口辐射至反射镜，并通过反射镜反射至探测器的路径。
在一种可能的实现方式中，在图1所示一种消除红外系统杂散辐射的系统的基础上，遮挡板设置于黑体上。
在本发明实施例中，遮挡板可以设置于黑体的出口的周围，可以包括如下两种设置方式：
方式一：遮挡板设置在黑体的出口的周围，即对该黑体的出口进行围绕一周的遮拦，遮拦未经反射镜辐射至探测器的红外线。具体地，该黑体出口表面的平面示意图如图2所示。
方式二：遮挡板设置在出口至探测器的连线上，仅遮拦通过该连线直接辐射至探测器的红外线。具体地，该黑体出口表面的平面示意图如图3所示。
需要说明的是，遮挡板的设置方式包括但不限于上述两种方式。如此，将遮挡板直接设置于黑体上，能够简化对遮挡板的设计和安装操作流程。
在一种可能的实现方式中，在图1所示一种消除红外系统杂散辐射的系统的基础上，即遮挡板设置于黑体上，此时遮挡板的高度大于预设高度阈值；预设高度阈值通过如下公式获得：
h＝(Ф/2+d)*cotθ
其中，h用于表征预设高度阈值；Ф用于表征出口的直径；d用于表征遮挡板距离出口边缘的距离；θ用于表征出口至探测器的连线与出口所在平面之间的夹角。
在本发明实施例中，当遮挡板设置于黑体上时，为了保证遮挡板能够将直接辐射至探测器的杂光进行消除，需要对遮挡板的高度进行限定。
具体地，确定黑体的出口至探测器最高点的连线上与该出口所在平面之间的夹角(即θ)，即确定能够直接辐射到探测器最高点的红外线与该出口所在平面的夹角(即θ)，然后由该出口的圆心、探测器最高点以及探测器最高点在该出口所在平面的投影构成三角形，根据该夹角以及该遮挡板所在位置(即d)，通过相似三角形原理计算该遮挡板的临界高度，即预设高度阈值。如此，通过对遮挡板的高度进行限定，能够保证将直接辐射至探测器的杂光进行消除，从而提高探测器的探测准确性。
需要说明的是，遮挡板的预设高度阈值会随遮挡板所在位置而变化。因此，对于任一规格的黑体以及红外系统，均可以通过上述公式确定遮挡板的高度，从而提高了上述方法的适用性。
在一种可能的实现方式中，在图1所示一种消除红外系统杂散辐射的系统的基础上，即遮挡板设置于黑体上，此时遮挡板的长度大于预设长度阈值；预设长度阈值通过如下公式获得：
其中，l用于表征预设长度阈值；Ф用于表征出口的直径；d用于表征遮挡板距离出口边缘的距离；θ用于表征出口至探测器的连线与出口所在平面之间的夹角；a用于表征探测器接收端口的长度；h1用于表征探测器至出口所在平面的距离。
在本发明实施例中，当遮挡板设置于黑体上时，为了保证遮挡板能够将直接辐射至探测器的杂光进行消除，还需要对遮挡板的长度进行限定。
具体地，首先确定探测器接收端口的长度(即a)，以根据该长度、探测器至出口所在平面的距离(即h1)以及出口至探测器的连线与出口所在平面之间的夹角(即θ)，确定能够直接辐射至探测器的辐射范围，然后再根据该遮挡板所在位置(即d)，计算该遮挡板的临界长度，即预设长度阈值。如此，通过对遮挡板长度进行限定，能够保证将直接辐射至探测器的杂光进行消除，从而提高探测器的探测准确性。
需要说明的是，遮挡板的预设长度阈值会随遮挡板所在位置而变化。因此，对于任一规格的黑体以及红外系统，均可以通过上述公式确定遮挡板的长度，从而提高了上述方法的适用性。
在一种可能的实现方式中，在图1所示一种消除红外系统杂散辐射的系统的基础上，该系统还包括：壳体；
黑体、反射镜和探测器均设置于壳体内，遮挡板与壳体的内壁连接。
在本发明实施例中，黑体、反射镜和探测器均设置于该系统的壳体内，遮挡板与壳体的内壁相连接。具体地，考虑到壳体内的剩余可用安装空间，将该遮挡板设置于出口至探测器的连线上的壳体内的任一剩余可用安装空间上，从而在保证消除直接辐射至探测器的杂光的前提下，实现对该遮挡板的灵活设置，降低安装难度。
在一种可能的实现方式中，在图1所示一种消除红外系统杂散辐射的系统的基础上，遮挡板的反射率为0-0.1。
在本发明实施例中，为了保证遮挡板能够吸收所遮挡的杂光，同时避免经遮挡板反射产生的冗余杂光发射至反射镜而影响探测器的探测精度，因此限定遮挡板的反射率为0-0.1。
优选地，遮挡板的反射率为0。
在一种可能的实现方式中，在图1所示一种消除红外系统杂散辐射的系统的基础上，遮挡板包括碳系吸波材料、铁系吸波材料和陶瓷系吸波材料中的至少一种。
在本发明实施例中，能够吸收杂光且反射率较低的遮挡板包括但不限于碳系吸波材料、铁系吸波材料和陶瓷系吸波材料。
在一种可能的实现方式中，在图1所示一种消除红外系统杂散辐射的系统的基础上，该系统还包括：制冷装置；
制冷装置设置于遮挡板上；
制冷装置，用于降低遮挡板的温度。
在本发明实施例中，为了避免遮挡板经热源的热传导升温后辐射较高能量的红外线，形成冗余杂光，因此需要对该遮挡板的温度进行控制。具体地，通过在遮挡板上安装制冷装置，能够有效降低遮挡板的温度，避免经由遮挡板引入的冗余杂散辐射，从而保证探测器的检测精度。
在一种可能的实现方式中，在图1所示一种消除红外系统杂散辐射的系统的基础上，制冷装置包括斯特林制冷器、循环水制冷装置。
在本发明实施例中，制冷装置包括斯特林制冷器、循环水制冷装置。
可以理解的是，本发明实施例示意的结构并不构成对一种消除红外系统杂散辐射的系统的具体限定。在本发明的另一些实施例中，一种消除红外系统杂散辐射的系统可以包括比图示更多或者更少的部件，或者组合某些部件，或者拆分某些部件，或者不同的部件布置。
如图4所示，本发明实施例提供了一种校准方法，应用于一种消除红外系统杂散辐射的系统，该方法包括：
步骤401：获取探测器接收到黑体的热源发出的红外线后的探测温度；
步骤402：确定热源的实际温度；
步骤403：判断探测温度是否大于实际温度；
步骤404：在探测温度不大于实际温度时，确定完成校准。
在本发明实施例中，黑体内部设置的热源通过出口发出红外线，在该红外线经过反射镜反射至探测器后，则可以获取到探测器所探测到的热源的探测温度，由于热源为标准温度源，因而可以确定热源的实际温度，在探测温度不大于热源的实际温度时，可以确定已消除杂散辐射，完成校准。如此，可以确保探测器所获取到的探测温度不受杂散辐射影响，实现探测器精度的校准，从而保证探测器探测温度的准确性。
在本发明实施例中，通过比较探测器的探测温度与热源的实际温度，还可以实现对遮挡板的设置，当探测温度不大于实际温度时，确定该遮挡板设置合理可行。否则，还需要对遮挡板的长度、高度或位置进行调整，直至满足探测温度不大于实际温度为止。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同因素。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (4)
1.一种消除红外系统杂散辐射的系统，其特征在于，包括：黑体、反射镜、遮挡板和探测器；
所述黑体为中空结构，所述黑体的内部设置有热源，所述黑体上设置有出口，所述热源发出的红外线能够通过所述出口辐射至所述反射镜，并通过所述反射镜反射至所述探测器；
至少部分所述遮挡板设置于所述出口至所述探测器的连线上，用于对通过所述连线辐射至所述探测器的红外线进行遮挡；所述遮挡板的反射率为0-0.1；
还包括：壳体、制冷装置；
所述黑体、所述反射镜和所述探测器均设置于所述壳体内；所述遮挡板与所述壳体的内壁连接；
所述制冷装置设置于所述遮挡板上；所述制冷装置，用于降低所述遮挡板的温度。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述遮挡板包括碳系吸波材料、铁系吸波材料和陶瓷系吸波材料中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述制冷装置包括斯特林制冷器、循环水制冷装置。
4.基于权利要求1至3中任一所述的一种消除红外系统杂散辐射的系统的校准方法，其特征在于，
获取探测器接收到黑体的热源发出的红外线后的探测温度；
确定所述热源的实际温度；
判断所述探测温度是否大于所述实际温度；
在所述探测温度不大于所述实际温度时，确定完成校准。
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