CN117723157B - 点目标红外辐射测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及点目标红外辐射测量技术领域，尤其涉及一种点目标红外辐射测量方法。包括：S1：利用中长波红外成像系统对远距离的点目标进行红外成像，分别获得中波红外图像和长波红外图像；S2：对中波红外图像和长波红外图像进行处理，获得中波红外辐射亮度和长波红外辐射亮度的计算公式；S3：对中波红外辐射亮度和长波红外辐射亮度的计算公式进行比值处理；S4：根据普朗克公式计算点目标的温度和红外辐射亮度。本发明能够在点目标的面积未知的情况下，对点目标的红外辐射亮度和温度进行有效测量，从而提高了红外辐射测量技术在靶场的适用性。
Description
技术领域
本发明涉及点目标红外辐射测量技术领域，尤其涉及一种点目标红外辐射测量方法。
背景技术
点目标的红外辐射测量技术是靶场获取点目标的辐射亮度或温度的主要方法之一，靶场获取的红外军事目标图像多为远距离的点目标，由于光学系统存在像差、光学衍射或易受大气扰动的影响，目标图像中的目标灰度仅占几个或几十个像素，且灰度弥散效应严重，因此需对目标灰度产生的影响进行修正。采用常规的单波段红外辐射测量方法需通过已知的点目标的面积等先验参数来消除点目标的图像灰度所产生的弥散的影响，否则会导致点目标的辐射测量误差很大，因此，在点目标的面积处于未知的情况下，无法对点目标的辐射亮度和温度进行有效获取，严重影响了靶场中远距离的点目标红外辐射测量的适用性。
发明内容
本发明为解决在点目标的面积处于未知的情况下，无法对点目标的辐射亮度和温度进行有效获取的问题，提供一种点目标红外辐射测量方法，能够在点目标的面积未知的情况下，对点目标的红外辐射亮度和温度进行有效测量，从而提高了红外辐射测量技术在靶场的适用性。
本发明提供的点目标红外辐射测量方法，利用标定过的中长波红外成像系统实现，具体包括如下步骤：
S1：利用中长波红外成像系统对远距离的点目标进行红外成像，分别获得中波红外图像和长波红外图像；
S2：对中波红外图像和长波红外图像进行灰度提取，获得中波红外辐射亮度和长波红外辐射亮度的计算公式：
（1）；
（2）；
其中，为点目标的红外辐射亮度，L(T b)为点目标的周围环境的红外辐射亮度，R与B分别为对中长波红外成像系统进行定标的增益系数和偏置系数，/>与L path分别为测量路径的大气透过率与程辐射，ε为点目标在成像波段的平均发射率，G t为点目标的总灰度，A d为中长波红外成像系统的探测器的像元面积，S为点目标与中长波红外成像系统的距离，A为点目标在观测方向的投影面积，f为中长波红外成像系统的焦距，下标m为中波，下标为长波；
S3：对式（1）-式（2）进行比值处理，获得下式：
（3）；
S4：根据普朗克公式，并结合式（3）通过下式计算点目标的温度和红外辐射亮度：
（4）；
（5）；
其中，[λ 1，λ 2]为中长波红外成像系统的探测器响应波段范围，T t为点目标的温度，c1为第一辐射常数，c1＝(3.7415±0.0003)×108(W·m-2·μm4)，c2为第二辐射常数，c2＝(1.4388±0.0002)×104(μm·K)。
优选地，当中长波红外成像系统对点目标进行中波红外成像时，中长波红外成像系统的探测器响应波段范围为3.7~4.8μm；当中长波红外成像系统对点目标进行长波红外成像时，中长波红外成像系统的探测器响应波段范围为7.7~9.3μm。
优选地，点目标在9*9的像素范围内。
优选地，中长波红外成像系统可替换为中波红外成像系统和长波红外成像系统，且中波红外成像系统和长波红外成像系统在同一位置对点目标进行红外成像。
与现有技术相比，本发明能够取得如下有益效果：
（1）本发明通过对中波红外图像和长波红外图像进行灰度提取，能够消除点目标成像的能量弥散效应对红外辐射测量精度的影响，提高点目标的红外辐射测量精度。
（2）本发明通过对中波红外辐射亮度和长波红外辐射亮度的计算公式进行比值处理，即可消除因点目标的面积未知对红外辐射测量精度的影响，从而提高了靶场点目标的红外辐射测量的适用性。
附图说明
图1是根据本发明实施例提供的点目标红外辐射测量方法的流程示意图；
图2是根据本发明实施例提供的中长波红外成像系统和点目标的位置关系示意图；
图3是根据本发明实施例提供的中波红外图像或长波红外图像的图像示意图。
附图标记：中长波红外成像系统1和点目标2。
具体实施方式
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
本发明提供了一种用于面积未知的点目标的红外辐射测量方法，通过已经标定过的中长波红外成像系统对点目标进行中波波段和长波波段的红外成像，并结合红外辐射测量原理模型，可以得到中波红外辐射亮度和长波红外辐射亮度的计算公式，对上述两个公式进行比值处理，即可完成面积未知的点目标的红外辐射测量，从而提高了在先验信息缺少的条件下对靶场的点目标的红外辐射测量的适用性。
图1示出了根据本发明实施例提供的点目标红外辐射测量方法的流程。
如图1所示，本发明提供的点目标2红外辐射测量方法，利用标定过的中长波红外成像系统1实现，具体包括如下步骤：
S1：利用中长波红外成像系统1对远距离的点目标2进行红外成像，分别获得中波红外图像和长波红外图像。
点目标2在9*9的像素范围内。
S2：对中波红外图像和长波红外图像进行灰度提取，获得中波红外辐射亮度和长波红外辐射亮度的计算公式：
（1）；
（2）；
其中，为点目标2的红外辐射亮度，L(T b)为点目标2的周围环境的红外辐射亮度，R与B分别为对中长波红外成像系统1进行定标的增益系数和偏置系数，/>与L path分别为测量路径的大气透过率与程辐射，ε为点目标2在成像波段的平均发射率，G t为点目标的总灰度，A d为中长波红外成像系统1的探测器的像元面积，S为点目标2与中长波红外成像系统1的距离，A为点目标2在观测方向的投影面积，f为中长波红外成像系统1的焦距，下标m为中波，下标/>为长波；
S3：对式（1）-式（2）进行比值处理，获得下式：
（3）；
S4：根据普朗克公式，并结合式（3）通过下式计算点目标2的温度和红外辐射亮度：
（4）；
（5）；
其中，[λ 1，λ 2]为中长波红外成像系统1的探测器响应波段范围，T t为点目标2的温度，c1为第一辐射常数，c1＝(3.7415±0.0003)×108(W·m-2·μm4)，c2为第二辐射常数，c2＝(1.4388±0.0002)×104(μm·K)。
当中长波红外成像系统1对点目标2进行中波红外成像时，中长波红外成像系统1的探测器响应波段范围为3.7~4.8μm；当中长波红外成像系统1对点目标2进行长波红外成像时，中长波红外成像系统1的探测器响应波段范围为7.7~9.3μm。
图2示出了根据本发明实施例提供的中长波红外成像系统1和点目标2的位置关系。
如图2所示，中长波红外成像系统1与点目标2的距离远大于点目标2的最大边长，中长波红外成像系统1可替换为中波红外成像系统和长波红外成像系统，且中波红外成像系统和长波红外成像系统在同一位置对点目标2进行红外成像。
图3是示出了据本发明实施例提供的中波红外图像或长波红外图像的图像。
如图3所示，选取包含有整个点目标2的区域A，且区域A还包含部分背景像元，区域A共包含N A个像元，总灰度值为G A，再选取包含区域A的区域B，区域B共包含N B个像元（N B＞N A），总灰度值为G B，则背景像元的灰度G b 为：
（6）；
则点目标2的总灰度为:
（7）；
其中，A d为所述中长波红外成像系统1的探测器的像元面积，S为所述点目标2与所述中长波红外成像系统1的距离，A为所述点目标2在观测方向的投影面积，f为所述中长波红外成像系统1的焦距。
应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明公开中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。
Claims (4)
1.一种点目标红外辐射测量方法，利用标定过的中长波红外成像系统实现，其特征在于，具体包括如下步骤：
S1：利用所述中长波红外成像系统对远距离的点目标进行红外成像，分别获得中波红外图像和长波红外图像；
S2：对所述中波红外图像和所述长波红外图像进行灰度提取，获得中波红外辐射亮度和长波红外辐射亮度的计算公式：
（1）；
（2）；
其中，为所述点目标的红外辐射亮度，L(T b)为所述点目标的周围环境的红外辐射亮度，R与B分别为对所述中长波红外成像系统进行定标的增益系数和偏置系数，/>与L path分别为测量路径的大气透过率与程辐射，ε为点目标在成像波段的平均发射率，G t为所述点目标的总灰度，A d为所述中长波红外成像系统的探测器的像元面积，S为所述点目标与所述中长波红外成像系统的距离，A为所述点目标在观测方向的投影面积，f为所述中长波红外成像系统的焦距，下标m为中波，下标/>为长波；
S3：对式（1）-式（2）进行比值处理，获得下式：
（3）；
S4：根据普朗克公式，并结合式（3）通过下式计算所述点目标的温度和红外辐射亮度：
（4）；
（5）；
其中，[λ 1，λ 2]为所述中长波红外成像系统的探测器响应波段范围，T t为所述点目标的温度，c1为第一辐射常数，c1＝(3.7415±0.0003)×108(W·m-2·μm4)，c2为第二辐射常数，c2＝(1.4388±0.0002)×104(μm·K)。
2.根据权利要求1所述的点目标红外辐射测量方法，其特征在于，当所述中长波红外成像系统对所述点目标进行中波红外成像时，所述中长波红外成像系统的探测器响应波段范围为3.7~4.8μm；当所述中长波红外成像系统对所述点目标进行长波红外成像时，所述中长波红外成像系统的探测器响应波段范围为7.7~9.3μm。
3.根据权利要求1所述的点目标红外辐射测量方法，其特征在于，所述点目标在9*9的像素范围内。
4.根据权利要求1所述的点目标红外辐射测量方法，其特征在于，所述中长波红外成像系统可替换为中波红外成像系统和长波红外成像系统，且所述中波红外成像系统和所述长波红外成像系统在同一位置对所述点目标进行红外成像。
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