CN116046169A - 点目标多通道红外光谱辐射自动定标方法 - Google Patents

点目标多通道红外光谱辐射自动定标方法 Download PDF

Info

Publication number
CN116046169A
CN116046169A CN202310332821.4A CN202310332821A CN116046169A CN 116046169 A CN116046169 A CN 116046169A CN 202310332821 A CN202310332821 A CN 202310332821A CN 116046169 A CN116046169 A CN 116046169A
Authority
CN
China
Prior art keywords
calibration
light source
infrared spectrum
target
steps
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202310332821.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN116046169B (zh
Inventor
李素钧
任栖锋
谷牧
周金梅
谭述亮
彭翔
赵旭龙
廖胜
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Optics and Electronics of CAS
Original Assignee
Institute of Optics and Electronics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Optics and Electronics of CAS filed Critical Institute of Optics and Electronics of CAS
Priority to CN202310332821.4A priority Critical patent/CN116046169B/zh
Publication of CN116046169A publication Critical patent/CN116046169A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN116046169B publication Critical patent/CN116046169B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

本发明涉及点目标多通道红外光谱辐射自动定标方法，属于红外辐射测量技术领域。本发明的方法是按照定标控制模型对定标系统进行初始化，使定标光源照射到多通道红外光谱仪，根据多通道红外光谱仪测量动态范围调整定标系统工作参数获取不同光源辐射强度下的定标数据，按照定标处理模型对定标数据进行处理，完成系统的自动定标。本发明的优势在于整个定标过程无需人为干预，有效降低对操作人员的技术要求、有效提高数据的一致性，为高精度红外光谱辐射测量奠定基础。

Description

点目标多通道红外光谱辐射自动定标方法
技术领域
本发明属于红外辐射测量技术领域，具体涉及应一种点目标多通道红外光谱辐射自动定标方法。
背景技术
红外辐射测量是指利用红外辐射测量设备对目标采用非接触的方法，将目标红外辐射信息转化为电信号，再结合辐射定标、大气修正等信息获取目标红外辐射特征的过程。随着各国军事实力的发展，红外辐射测量逐渐向宽动态范围、多谱段、高精度、复杂场景测量发展，为缺少形态特征的点目标识别带来了更加丰富的特征信息。而辐射定标是影响测量动态范围、测量精度以及复杂场景适用性的关键因素。如何在复杂测量条件下对测量设备进行宽动态范围、多谱段、高精度定标是辐射测量技术领域的重点研究方向。
目前辐射定标方法可分为近距离扩展源法、直接成像法、平行光管法等。该类方法主要是从定标系统各个组件误差抑制、光源可调动态范围、定标数据处理模型角度出发，提高宽波段FPA辐射测量设备定标的动态范围、定标精度，而未充分考虑专门针对点目标的多通道红外辐射谱仪在复杂测量条件下如何提高定标的便捷性、数据的一致性以及对操作人员技术要求强度。通过此自动定标方法可有效解决上述问题，为充分发挥红外测量设备的效能奠定基础。
发明内容
为克服传统定标方法人为因素介入过多导致定标系统、被定标系统状态在定标过程发生变化导致采集到定标数据一致性差的问题，以及对人员技术要求偏高的问题，本发明提供点目标多通道红外光谱辐射自动定标方法，通过自动化定标可以极大的减少操作强度以及对人员的技术要求，可有效提升设备测量结果的一致性。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
点目标多通道红外光谱辐射自动定标方法，包括定标数据采集、定标数据处理，包括如下步骤：
步骤1）在定标数据采集中，按照定标控制模型对定标系统进行初始化，使定标光源照射到多通道红外光谱仪，根据多通道红外光谱仪测量动态范围并选择多个定标点，依据定标点调整定标系统工作参数，获取不同光源辐射量下的定标数据；
步骤2）在定标数据处理中，在定标数据采集完成后按照定标处理模型对数据进行处理，完成系统的自动定标。
进一步地，用于测量目标为点目标的多通道红外光谱辐射定标场合。
进一步地，所述步骤1）中，定标点在多通道红外光谱仪测量动态范围区间，且覆盖测量动态范围的上端、中间、下端三部分。
进一步地，所述定标系统包含定标光源、光源移动机构、靶标、靶轮、平行光管、程控电源和定标控制处理软件。
进一步地，所述定标光源通过定标控制处理软件控制其出射辐射量，并监测其稳定性。
进一步地，所述光源移动机构通过定标控制处理软件控制其移动并使定标光源的辐射面位于靶标的通光孔处，或使定标光源的辐射面偏离靶标，并监测是否移动到位。
进一步地，所述靶轮通过定标控制处理软件控制其转动，将指定的靶标切换到平行光管的焦点处，并监测是否切换到位。
进一步地，所述程控电源通过定标控制处理软件控制其指定的通道的闭合与断开，进而控制设备的上电与断电，并监测通道的运行状态。
进一步地，所述定标控制处理软件部署在PC平台以及嵌入式平台。
进一步地，所述定标控制处理软件对多通道红外光谱仪进行控制，接收并存储多通道信号值。
进一步地，所述定标控制处理软件对定标过程进行监测，发生定标异常时则中断定标，异常排除后从中断处继续定标，无需重新开始。
进一步地，所述定标控制处理软件对定标数据进行自动处理，并生成分析报告，分析报告包含参与拟合的定标点、数据线性度、拟合误差和异常点偏差。
本发明与传统定标方法相比，优势在于：
（1）定标系统初始化、参数控制、状态监控、数据采集全部自动化，极大的减少人为干预，确保定标数据的有效性；
（2）定标数据处理自动筛选有效值，进行拟合，极大的降低对人员的技术要求，有效提升设备测量结果的一致性。
附图说明
图1是本发明实施例的定标系统布局示意图。
图2是本发明实施例的定标系统与多通道红外光谱仪光路示意图。
图3是本发明实施例的定标数据采集流程图。
图4是本发明实施例的点目标多通道红外光谱辐射自动定标方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细地描述。
本发明的点目标多通道红外光谱辐射自动定标方法包括定标数据采集和定标数据处理。在定标数据采集中，将定标系统和多通道红外光谱仪放置在光学平台上，定标系统出光口正对多通道红外光谱仪入瞳，且完全覆盖，确保多通道红外光谱仪观测的场景为平行光管出口辐射；选择合适的定标点，采集定标数据。基于所述的定标数据使用定标数据处理模型计算定标系数。
所述的点目标多通道红外光谱辐射自动定标方法，应用于测量目标为点目标的多通道红外光谱辐射定标的场合。
所述的定标数据采集中，定标光源参数、靶标开孔尺寸的选取是依据选定的定标点按照下列等式确定：
，
式中，P为选定定标点对应的辐射量，为靶标开孔面积，为定标系统焦距，为平行光管反射率，~为红外光谱仪指定通道波段，T为定标光源温度参数，为普朗克函数；
合适的定标点的选取，需要根据多通道红外光谱仪测量动态范围进行选择，覆盖测量动态范围的上端、中间、下端三部分，且不低于4个。
所述的定标数据处理中，基于定标数据处理模型，获取得到的定标数据满足下列等式的约束：
，
式中，、为第i+1、i个定标点，第j个通道的多帧信号的均值；、为第i+1、i个定标点，第j个通道接收到的辐射量；为待计算的第j个通道的增益；为待计算的第j个通道的偏置。
如图4所示，本发明实施例的点目标多通道红外光谱辐射自动定标方法，具体实施过程如下：
步骤A：将定标系统相关组件放置在光学平台上，并按图1所示布局进行排布、固定；其中，靶轮2、定标光源4、光源移动机构5通过供电线缆与程控电源7连接；靶轮2、定标光源4、光源移动机构5、程控电源7通过通信线缆与上位机连接；定标光源4固定在光源移动机构5上；靶标3固定在靶轮2上，且靶标3位于平行光管1的焦点处。平行光管1将定标光源4通过靶标3的红外辐射转换为平行光；靶轮2用于固定靶标3，且可接收上位机指令将指定靶标旋转到平行光管1的焦点处；靶标3用于现在定标光源入射到平行光管1的辐射量；定标光源4用于提供辐射量可控的标准辐射；光源移动机构5可接收上位机指令将定标光源转动指定角度实现对准靶标3或偏离靶标3；电源6为向靶轮2、定标光源4、光源移动机构5的供电线缆；程控电源7可接收上位机指令实现指定通道的上电或断电。
步骤B：调整定标系统的平行光管1的出光口与多通道红外光谱仪8入瞳相对位置，使多通道红外光谱仪8所对场景均为平行光管1的出光口辐射，且靶标3的针孔位于多通道红外光谱仪的视场中心，如图2所示。
步骤C：依据多通道红外光谱仪测量动态范围选取5个定标点，依次为测量动态范围的起始点、处、处、处、终点。
步骤D：定标控制处理软件利用定标控制模型对选取的定标点进行解析，确定每个定标点对应的定标光源参数和靶标开孔尺寸。
步骤E：定标控制处理软件利用定标控制模型根据图3所示的定标数据采集的流程在所述的定标点采集各个通道的连续100帧光谱信号数据；具体为：1）定标开始，对系统上电并对系统建立通信；2）依据定标模型设定靶标尺寸，即将指定靶标3切换到平行光管1焦点处；3）通过光源移动机构5将定标光源4偏离光路；4）依据定标模型设定光源4辐射量，并等待光源稳定；5）光源4稳定后，通过光源移动机构5将定标光源4切换光路；6）多通道红外光谱仪8闭环控制，并进行定标数据存储动作；7）判读所有定标是否采集完成，若未完成则跳转到步骤2，若完成则系统断电，定标结束。
步骤F：定标控制处理软件利用定标处理模型获取所有定标点的定标数据并滤波处理。
步骤G：定标控制处理软件利用定标处理模型按照下式计算滤波后剩余帧各个通道信号均值，其中k为帧编号，取值1……n(n≤100)，通过如下公式得到当前定标点下各个通道的信号均值；
，
其中，为第i个定标点，第j个通道的第k帧信号值。
步骤H：定标控制处理软件利用定标处理模型对定标数据进行线性回归拟合即可得到各个通道的定标系数、。
，
本发明提供了点目标多通道红外光谱辐射自动定标方法，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
本发明中涉及到的本领域公知技术未详细阐述。本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.点目标多通道红外光谱辐射自动定标方法，其特征在于：包括定标数据采集、定标数据处理，包括如下步骤：
步骤1）在定标数据采集中，按照定标控制模型对定标系统进行初始化，使定标光源照射到多通道红外光谱仪，根据多通道红外光谱仪测量动态范围并选择多个定标点，依据定标点调整定标系统工作参数，获取不同光源辐射量下的定标数据；
步骤2）在定标数据处理中，在定标数据采集完成后按照定标处理模型对数据进行处理，完成系统的自动定标。
2.根据权利要求1所述的点目标多通道红外光谱辐射自动定标方法，其特征在于：用于测量目标为点目标的多通道红外光谱辐射定标场合。
3.根据权利要求1所述的点目标多通道红外光谱辐射自动定标方法，其特征在于：所述步骤1）中，定标点在多通道红外光谱仪测量动态范围区间，且覆盖测量动态范围的上端、中间、下端三部分。
4.根据权利要求1所述的点目标多通道红外光谱辐射自动定标方法，其特征在于：所述定标系统包含定标光源、光源移动机构、靶标、靶轮、平行光管、程控电源和定标控制处理软件。
5.根据权利要求4所述的点目标多通道红外光谱辐射自动定标方法，其特征在于：所述定标光源通过定标控制处理软件控制其出射辐射量，并监测其稳定性。
6.根据权利要求5所述的点目标多通道红外光谱辐射自动定标方法，其特征在于：所述光源移动机构通过定标控制处理软件控制其移动并使定标光源的辐射面位于靶标的通光孔处，或使定标光源的辐射面偏离靶标，并监测是否移动到位。
7.根据权利要求4所述的点目标多通道红外光谱辐射自动定标方法，其特征在于：所述靶轮通过定标控制处理软件控制其转动，将指定的靶标切换到平行光管的焦点处，并监测是否切换到位。
8.根据权利要求4所述的点目标多通道红外光谱辐射自动定标方法，其特征在于：所述程控电源通过定标控制处理软件控制其指定的通道的闭合与断开，进而控制设备的上电与断电，并监测通道的运行状态。
9.根据权利要求4所述的点目标多通道红外光谱辐射自动定标方法，其特征在于：所述定标控制处理软件部署在PC平台以及嵌入式平台。
10.根据权利要求4所述的点目标多通道红外光谱辐射自动定标方法，其特征在于：所述定标控制处理软件对多通道红外光谱仪进行控制，接收并存储多通道信号值。
11.根据权利要求4所述的点目标多通道红外光谱辐射自动定标方法，其特征在于：所述定标控制处理软件对定标过程进行监测，发生定标异常时则中断定标，异常排除后从中断处继续定标，无需重新开始。
12.根据权利要求4所述的点目标多通道红外光谱辐射自动定标方法，其特征在于：所述定标控制处理软件对定标数据进行自动处理，并生成分析报告，分析报告包含参与拟合的定标点、数据线性度、拟合误差和异常点偏差。
CN202310332821.4A 2023-03-31 2023-03-31 点目标多通道红外光谱辐射自动定标方法 Active CN116046169B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310332821.4A CN116046169B (zh) 2023-03-31 2023-03-31 点目标多通道红外光谱辐射自动定标方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310332821.4A CN116046169B (zh) 2023-03-31 2023-03-31 点目标多通道红外光谱辐射自动定标方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN116046169A true CN116046169A (zh) 2023-05-02
CN116046169B CN116046169B (zh) 2023-07-21

Family

ID=86118556

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310332821.4A Active CN116046169B (zh) 2023-03-31 2023-03-31 点目标多通道红外光谱辐射自动定标方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116046169B (zh)

Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5094544A (en) * 1990-10-19 1992-03-10 Square D Company Scanning infrared thermometer with DC offset and emissivity correction
US5324937A (en) * 1993-01-21 1994-06-28 Hughes Aircraft Company Target for calibrating and testing infrared devices
JP2005291711A (ja) * 2004-03-31 2005-10-20 Nagoya Industrial Science Research Inst 放射温度計の較正方法および較正装置
US7110035B1 (en) * 1999-05-25 2006-09-19 Flir Systems Ab Device and a method for an infrared image analyzing autofocus
CN1896706A (zh) * 2005-11-29 2007-01-17 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 大口径光电系统野外现场辐射定标的方法及装置
CN102685546A (zh) * 2012-05-10 2012-09-19 北京空间机电研究所 红外谱段星上全动态范围多点辐射定标装置及定标方法
CN104280119A (zh) * 2014-09-26 2015-01-14 北京环境特性研究所 一种双列对消红外光谱仪的定标系统
CN109163609A (zh) * 2018-08-13 2019-01-08 上海机电工程研究所 射频/光学共口径复合目标模拟系统校准方法及系统
CN109297685A (zh) * 2018-11-15 2019-02-01 中国电子科技集团公司第四十研究所 一种用于大口径平行光管的光谱透过率测试装置及方法
CN110726475A (zh) * 2019-10-12 2020-01-24 浙江大华技术股份有限公司 红外测温标定方法、装置、红外热成像设备及存储装置
WO2022041356A1 (zh) * 2020-08-27 2022-03-03 烟台艾睿光电科技有限公司 红外图像的校正方法、装置、设备及制冷红外成像系统
CN114279563A (zh) * 2021-12-17 2022-04-05 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 便携式辐射标准源及其对成像光谱仪的辐射定标方法
CN115112252A (zh) * 2022-06-10 2022-09-27 中国人民解放军91550部队 适用于大口径红外光电系统的外场标定装置及方法
CN115265803A (zh) * 2022-07-27 2022-11-01 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种远距离点目标红外光谱辐射特性测量方法
CN115615560A (zh) * 2022-10-26 2023-01-17 中国科学院光电技术研究所 一种宽动态范围高精度红外辐射测量方法
CN115713635A (zh) * 2022-10-26 2023-02-24 北京空间机电研究所 一种甚高灵敏度红外对海成像数据的高精度辐射定标方法

Patent Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5094544A (en) * 1990-10-19 1992-03-10 Square D Company Scanning infrared thermometer with DC offset and emissivity correction
US5324937A (en) * 1993-01-21 1994-06-28 Hughes Aircraft Company Target for calibrating and testing infrared devices
US7110035B1 (en) * 1999-05-25 2006-09-19 Flir Systems Ab Device and a method for an infrared image analyzing autofocus
JP2005291711A (ja) * 2004-03-31 2005-10-20 Nagoya Industrial Science Research Inst 放射温度計の較正方法および較正装置
CN1896706A (zh) * 2005-11-29 2007-01-17 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 大口径光电系统野外现场辐射定标的方法及装置
CN102685546A (zh) * 2012-05-10 2012-09-19 北京空间机电研究所 红外谱段星上全动态范围多点辐射定标装置及定标方法
CN104280119A (zh) * 2014-09-26 2015-01-14 北京环境特性研究所 一种双列对消红外光谱仪的定标系统
CN109163609A (zh) * 2018-08-13 2019-01-08 上海机电工程研究所 射频/光学共口径复合目标模拟系统校准方法及系统
CN109297685A (zh) * 2018-11-15 2019-02-01 中国电子科技集团公司第四十研究所 一种用于大口径平行光管的光谱透过率测试装置及方法
CN110726475A (zh) * 2019-10-12 2020-01-24 浙江大华技术股份有限公司 红外测温标定方法、装置、红外热成像设备及存储装置
WO2022041356A1 (zh) * 2020-08-27 2022-03-03 烟台艾睿光电科技有限公司 红外图像的校正方法、装置、设备及制冷红外成像系统
CN114279563A (zh) * 2021-12-17 2022-04-05 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 便携式辐射标准源及其对成像光谱仪的辐射定标方法
CN115112252A (zh) * 2022-06-10 2022-09-27 中国人民解放军91550部队 适用于大口径红外光电系统的外场标定装置及方法
CN115265803A (zh) * 2022-07-27 2022-11-01 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种远距离点目标红外光谱辐射特性测量方法
CN115615560A (zh) * 2022-10-26 2023-01-17 中国科学院光电技术研究所 一种宽动态范围高精度红外辐射测量方法
CN115713635A (zh) * 2022-10-26 2023-02-24 北京空间机电研究所 一种甚高灵敏度红外对海成像数据的高精度辐射定标方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LUO, SD等: "Calibration of Temperature Measurement by Infrared Pyrometry in Microwave Heating of Powder Materials: an Exothermic Reaction Based Approach", 《JOURNAL OF MICROWAVE POWER AND ELECTROMAGNETIC ENERGY》, vol. 47, no. 1, pages 5 - 11 *
胡琸悦: "宽幅高分辨率红外热像仪定量化测量关键技术研究", 中国博士学位论文全文数据库 信息科技辑, no. 01 *
谷牧: "基于红外光谱的目标特征提取技术研究", 中国博士学位论文全文数据库信息科技辑, no. 08, pages 53 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN116046169B (zh) 2023-07-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105675549A (zh) 一种便携式农作物参数测量与长势智能分析装置及方法
CN103954366B (zh) 一种用于真空低温条件下的超大面源黑体校准系统
JP5593255B2 (ja) 植生制御装置、植物育成システム
CN110186566B (zh) 基于光场相机多谱测温的二维真实温度场成像方法及系统
CN101825516A (zh) 一种红外焦平面阵列器件的测试装置及其测试方法
CN103018196A (zh) 一种油菜需水信息的快速探测方法
CN206146624U (zh) 一种热红外高光谱成像仪盲元检测装置
CN105628204B (zh) 一种自动调节的高光谱成像系统及成像方法
CN105784596A (zh) 一种可用于热红外相机的多功能样品室
CN109060731B (zh) 红外光学系统光谱透过率测试装置及方法
CN110266944A (zh) 一种远程光学监控系统的标定快速聚焦方法
US20120293670A1 (en) Fast measurement of alignment data of a camera system
CN105973469B (zh) 带同步辐射矫正的无人机载高光谱图像探测仪及方法
CN116046169B (zh) 点目标多通道红外光谱辐射自动定标方法
CN110182811A (zh) 一种还原炉辅助成像系统及自动控制方法
JP2008175537A (ja) 作物情報を算出するリモートセンシングにおける検量線の作成方法
CN110927118A (zh) 植被指数测量仪、控制方法及测量方法
CN112816441B (zh) 一种设施园艺作物生长状况检测方法及装置
CN104344766B (zh) 半实物仿真红外点源/成像复合目标校准装置和校准方法
CN111458025A (zh) 一种遥感反射率转换的装置和方法
CN110031100A (zh) 一种多维度短波红外光谱成像检测装置
CN113295284B (zh) 一种基于斩光片控温的多波段光谱辐射计及校准方法
CN108896277A (zh) 一种ccd器件量子效率校准装置及方法
CN209656159U (zh) 一种基于扫描成像技术的火场温度场测量装置
CN105866589B (zh) 一种透射式单元探测器成像及电性参数测试系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant