CN205246220U - 面向红外成像系统性能测试的平台设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种面向红外成像系统性能测试的平台设备，包括：黑体辐射源、旋转平台、红外探测器、靶标、转盘、转盘电机；红外探测器安装于旋转平台上，旋转平台能够水平360度旋转，并能够在垂直方向上移动；多个靶标安放于转盘上，转盘电机驱动转盘转动；所述红外探测器的红外镜头、靶标和黑体辐射源的光轴一致。本实用新型提供的设备结构更加合理，使用更加便捷，能够快速调整部件之间的位置关系(例如某个部件的朝向)，从而利于人员实现红外探测系统各种性能参数的测量。此外还设置有多路扩展接口，用于外接处理器，实现自动化测试。

Description

面向红外成像系统性能测试的平台设备

技术领域

本实用新型涉及红外焦平面设备领域，具体地，涉及一种面向红外成像系统性能测试的平台设备。

背景技术

红外成像技术是将红外辐射能转换为可见光的技术，利用景物本身各部分的红外辐射的差异来获得目标图像，这使得红外探测技术能在夜间和恶劣条件下不间断工作。由于热成像系统是靠目标与背景的辐射差产生景物图像，红外成像系统是全被动式的，具有较强的抗干扰和全天候远距离观察目标的能力。随着各种新型的红外热成像系统在军民领域的广泛应用，红外热成像系统的性能测试也必须适应红外焦平面成像技术的发展，由此出现了多种红外成像系统性能预测模型，即通过上位机来模拟红外成像系统以及各种特定的复杂的成像环境，能够实现对红外探测系统进行智能化、自动化参数测试。

衡量红外热成像系统性能的参数很多，主要的噪声等效温差NETD、调制传递函数MTF、信号传递函数SiTF、最小可分辨误差MRTD，在系统设计阶段需要对这些影响系统性能的参数进行不断的测试，对这些性能参数的测试评价也是红外焦平面发展的关键基础技术之一，目前对红外成像系统性能参数测试仍存在着以下技术难题：

一、需要针对特定的器件以及特定的应用环境设计专用的硬件电路和红外系统性能测试模型，从而增加了产品设计周期和研发成本；

二、缺乏一种集成机制，用来驱动和配置红外热成像系统测温标定端的接口，便于自动化实现红外焦平面设备的测温标定工作，从而有效的增加设计灵活性、缩短研发周期。

三、严重缺乏对影响系统性能的主要参数(如，MTF、MRTD和MDTD等)进行自动化测量的集成设备，能够将这些参数的测量数据通过通信接口传送到系统的开发终端进行相应的算法开发和改进。

为了适应红外热像设备开发的发展要求，解决目前存在技术的问题，本实用新型涉及了一种结构更加合理，使用更加便捷的用于测温标定的接口驱动设备。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种面向红外成像系统性能测试的平台设备。

根据本实用新型提供的面向红外成像系统性能测试的平台设备，包括：黑体辐射源、旋转平台、红外探测器、靶标、转盘、转盘电机；红外探测器安装于旋转平台上，旋转平台能够水平360度旋转，并能够在垂直方向上移动；多个靶标安放于转盘上，转盘电机驱动转盘转动；

所述红外探测器的红外镜头、靶标和黑体辐射源的光轴一致。

优选地，所述靶标均匀分布在转盘表面上，并且所述靶标的中心均位于转盘的同一半径的圆周上；所述靶标位于红外探测器和黑体辐射源之间，且靶标、红外探测器以及黑体辐射源的中心处于同一个平面。

优选地，所述靶标包括：四杆系列靶标、半圆系列靶标、三角系列靶标。

优选地，所述转盘能够在水平和垂直方向上移动，靶标的中心通过定位销和红外探测器发出的激光定位至所述红外探测器红外镜头的光轴上。

优选地，黑体辐射源上设有红外传感器，所述黑体辐射源以红外探测器为圆心呈扇形均匀分布，所述红外探测器安装于旋转平台中心，并通过定位销和红外探测器发出的激光对准黑体辐射源，使得黑体辐射源与红外探测器红外镜头的光轴准直。

优选地，所述红外探测器包括包含一组光轴一致的红外镜头组。

优选地，所述黑体辐射源、旋转平台、红外探测器以及转盘电机上设置外部扩展接口能够与I/O接口适配器匹配连接。

与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：

1、本实用新型提供的面向红外成像系统性能测试的平台设备，通过应用本实用新型，即以本实用新型的结构为基础的系统，为红外焦平面设备开展各种性能测试以及测温标定提供了一种通用型硬件驱动和接口配置，能够自动化的实现红外焦平面设备用于各种特定工作环境的测温标定。

2、本实用新型提供的面向红外成像系统性能测试的平台设备结构更加合理，使用更加便捷，能够快速调整部件之间的位置关系(例如某个部件的朝向)，从而利于人员实现红外探测系统各种性能参数的测量。

3、本实用新型提供的面向红外探测系统性能测试的平台设备具备多路扩展接口，通过应用本实用新型，即以本实用新型的结构为基础的系统，可以外接处理器，实现自动化测试，并且还设置有软件加载接口，实现在参数测试过程中内嵌的软件实现在线调节辐射黑体的温度、靶标的选择。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本实用新型提供的面向红外成像系统性能测试的平台设备结构示意图；

图2为利用本实用新型提供的面向红外成像系统性能测试的平台设备可以实现的一种自动化红外成像系统性能测试驱动平台示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

根据本发明提供的面向红外成像系统性能测试的平台设备，包括：黑体辐射源、旋转平台、红外探测器、靶标、转盘、转盘电机；所述黑体辐射源、旋转平台、红外探测器以及转盘电机分别设有外部扩展接口；红外探测器安装于旋转平台上，旋转平台能够沿水平方向360度旋转，并能够在垂直方向上移动；多个靶标安放于转盘上，转盘电机驱动转盘转动。

所述红外探测器的红外镜头、靶标和黑体辐射源的光轴一致。

所述靶标均匀分布在转盘表面上，并且所述靶标的中心均位于转盘的同一个同心圆上；所述靶标位于红外探测器和黑体辐射源之间，且靶标、红外探测器以及黑体辐射源的中心处于同一个平面。

所述靶标包括：四杆系列靶标、半圆系列靶标、三角系列靶标。

所述转盘能够在水平和垂直方向上移动，靶标的中心通过定位销和激光定位至红外探测器红外镜头光轴上。

黑体辐射源上设有红外传感器，所述黑体辐射源以红外探测器为圆心呈扇形均匀分布，所述红外探测器安装于旋转平台中心，并通过定位销和红外探测器发出的激光对准黑体辐射源，使得黑体辐射源与红外探测器红外镜头的光轴准直。

更进一步地，在测温标定时，需要通过红外探测器来对每个黑体进行步进扫描(不是连续的)，实验之前先通过定位销和红外探测器上发出的红外激光来实现每个黑体辐射源与红外探测器红外镜头的光轴准直。这里的对准是指当红外探测器转一个设定的角度时，红外镜头对应到第一个黑体辐射源，这时红外镜头和该黑体辐射源中心需要成功对准，即红外镜头和黑体辐射源光轴一致；红外探测器再转一个相同的角度，对应到第二个黑体，也能成功实现对准，如此下去，即每个黑体都与红外镜头光轴一致。

所述红外探测器对黑体辐射源进行步进扫描时，通过定位销和激光来对准黑体辐射源，实现黑体辐射源与红外探测器红外镜头的光轴准直。

所述红外探测器包括：信号通信接口，并且包含一组光轴一致的红外镜头组。

所述黑体辐射源、旋转平台、红外探测器以及转盘电机上设置外部扩展接口能够与I/O接口适配器匹配连接。

利用本实用新型提供的面向红外成像系统性能测试的平台设备可以实现一种自动化红外成像系统性能测试驱动平台，所述自动化红外成像系统性能测试驱动平台包括：黑体辐射源、红外探测器、旋转平台、靶标、转盘、转盘电机、设备电控装置，所述设备电控装置分别与黑体辐射源、旋转平台、红外探测器和转盘电机电连接；所述设备电控装置，包括电源电路、A/D转换电路、温控电路、电机控制电路、旋转平台控制电路、I/O接口适配器；所述I/O接口适配器分别与A/D转换电路、温控电路、电机控制电路、旋转平台控制电路、电源电路相连，电源电路分别与A/D转换电路、温控电路、电机控制电路、旋转平台控制电路电连接。

所述黑体辐射源，温度可以通过设备电控装置实现在线控制，所述黑体辐射源的扩展接口为信号通信接口，通过该通信接口与设备电控装置的相对应的通信接口相连。

所述红外探测器也包括信号通信接口，并连接至设备电控装置的信号通信接口面板。所述红外探测器安装于旋转平台中心，红外探测器和黑体辐射源中心处于同一个平面，对黑体辐射源进行步进扫描时，通过定位销和激光来对准黑体辐射源，即实现每个黑体辐射源中心都处在红外探测器红外镜头的光轴上。

所述旋转平台，用于安装红外探测器，可以水平方向360度旋转和垂直方向移动，能够实现红外探测器的探头朝向的改变，并且具有信号通信接口，通过该接口与设备电控装置的相对应的通信接口相连。

所述转盘电机，用于驱动安装靶标的转盘，与设备电控装置进行电连接。

所述转盘，通过转盘电机来驱动，可以在水平和垂直方向移动；

所述靶标，安装在转盘的周向上均布，并沿转盘径向朝向转盘外侧，并提供了不同形状的系列靶标；靶标处于红外探测器和黑体辐射源之间，并且三者中心处于同一个平面。靶标安装时通过定位销或者激光来实现靶标中心处于红外探测器红外镜头光轴上。

所述设备电控装置包括控制面板，在控制面板上设置有如下多项装置：

温度控制面板，温度控制面板连接在黑体辐射源的温控电路回路中；通过其控制面板上的温度设置按键设置黑土辐射源的温度；

旋转平台控制面板，旋转平台控制面板连接在旋转平台的电控回路中；通过控制面板控制红外探测器自动对准目标黑体辐射源的光路；

电机控制面板，电机控制面板连接在转盘电机的电控回路中；通过所述电机控制控制面板实现自动选择需要的靶标；

信号通信接口面板，信号通信接口面板包括数据采集口、信号通信口，连接至I/O接口适配器。

所述I/O接口适配器，包括多组扩展接口，所述多组扩展接口至少包含一组单片机或微处理器的安装接口。

所述温控电路用于在线设定黑体温度，包括黑体辐射源电连接口，连接至I/O接口适配器。

所述电机控制电路，用于在线驱动转盘电机，包括转盘电机电连接口，连接至I/O接口适配器。

所述旋转平台控制电路，用于在线控制旋转平台，包括旋转平台电连接口，连接至I/O接口适配器。

所述A/D转换电路，用于对红外探测器采集到的数据进行AD转换，包括红外探测器电连接接口，连接至I/O接口适配器。

利用上述的自动化的驱动平台，可以实现一种面向红外成像系统性能测试的接口驱动系统，所述系统包括：黑体辐射源、红外探测器、旋转平台、靶标、转盘、转盘电机、设备电控装置、温度控制模块、靶标控制模块、标定模块、I/O接口配置模块(I/O接口)、可编程时序硬件(时序电路)、嵌入式控制硬件及通信接口硬件。

具体地，所述通信接口硬件模块包括的通信接口有：485/232接口、SPI接口、CAN接口、1394接口以及GigE接口，用于联接上位机软件和嵌入式控制硬件，建立软件控制命令和设备状态信息在线的通信，并将参数测试的数据输出送到上位机软件。

所述嵌入式控制硬件模块，作为整个驱动系统的核心模块，包括：ARM体系结构处理器、POWERPC体系结构处理器、X86体系结构处理器、SPARC体系结构处理器或MIPS体系结构处理器中的任一种，用于驱动和配置设备电控装置、可编程时序硬件模块及可编程A/D模块来实现预定的工作模式，进行同步控制，并将性能参数的测量数据传通过高速通信接口模块传输至上位机分析处理。

所述黑体温度控制模块依次通过I/O接口、温度控制电路后与辐射黑体源相连，并且具有扩展接口，所述扩展接口为单片机或微处理器的安装接口。

所述靶标控制模块依次通过I/O接口、电机控制电路后与实验靶标相连，并且具有扩展接口，所述扩展接口为单片机或微处理器的安装接口。

所述标定模块依次通过I/O接口、旋转平台控制电路后与旋转平台相连，并且具有扩展接口，所述扩展接口为单片机或微处理器的安装接口。

所述可编程时序硬件模块用于产生焦平面器件工作所需的控制时序，并通过I/O接口配置模块连接设备电控装置将有效的控制时序送给红外探测器FPA。

所述I/O接口配置模块，用于根据具体应用需要对各个功能模块的I/O特性进行调理和匹配。

应用上述的面向红外成像系统性能测试的接口驱动系统可以实现：

1)红外成像系统的性能参数测量

在实时方案之前，我们需要调整好实验平台，利用定位销和红外激光来保证红外探测器红外镜头光路穿过靶标中心和黑体辐射源中心，即保持三者光轴一致。上位机软件通过通信接口硬件，例如，GigE接口，将控制命令发送到嵌入式控制硬件模块；通过嵌入式控制硬件将生成与上位机参数设置对应的配置命令和配置数据，控制各个模块的同步关系；

首先将红外探测器安装于旋转平台中心，并与设备电控装置连接好，在上位机软件中对红外探测器参数进行设置。例如设置帧频率为50Hz，分辨率为320×240，数据字长为14bit。通过上位机发送指令来驱动靶标控制模块，靶标控制模块配置好后会将相应的控制信号通过I/O接口配置模块以及设备电控装置的电机控制电路送至转盘电机，通过电控装置的电机控制面板来选择所需的实验靶标，并且控制电机水平方向和垂直方向的运动并通过定位销来实现红外探测器和靶标的光轴一致。

对于靶标的控制完成后，通过上位机发送温控指令驱动温度控制模块产生所需的控制信号，控制信号通过I/O接口送入温度控制电路来升高黑体温度，调节红外探测器的焦距使得靶标清晰成像。再通过上位机发送温控指令驱动温度控制模块来降低黑体温度，直到靶标即将不能被分辩时，使目标黑体和背景产生稳定的正温差ΔT₊；再继续降低黑体温度，使黑体温度小于背景温度时靶标图案能够被清晰分辨出，使目标黑体和背景产生稳定的负温差ΔT_-。嵌入式控制硬件将相应的测量数据通过嵌入式模块以及通信接口传送至上位机，通过上位机软件可以很方便的完成相关参数的设置和的测量。

2)红外探测系统的测温标定

进行红外探测系统温度标定时，将红外探测器FPA安装于旋转平台中间，多个黑体辐射源以红外探测器为圆心呈扇形均匀分布与实验平台，每个黑体都设定好温度而且是均匀分布的、从左至右温度逐步增加。在上位机软件中具有对旋转平台旋转的控制按钮，每点击一下按钮就可以发出一个控制信号，该控制信号控制旋转平台旋转的角度，该角度即相邻两个黑体与红外探测器的夹角。红外探测器具有红外激光，每个黑体都有传感器，当旋转平台水平旋转设定的角度后，还需要控制旋转平台的垂直方向的运动，当红外激光对准了黑体辐射源的光轴后黑体会有一个反馈确认信号，该反馈信号通过红外探测器的通信接口送入可编程A/D模块，后送入嵌入式控制硬件模块，嵌入式硬件模块进行信号反馈处理并将数据通过通信接口传送至上位机，上位机收到反馈信号后就可以进行下一个黑体的光路对准工作，直至对准所有黑体辐射源。

黑体辐射源对准后，通过上位机先发送指令来驱动黑体温度控制模块来设定好各个黑体的温度。每个黑体的温度都设置好而且稳定后，会有一个反馈信号传送至上位机，上位机接收到该温度反馈信号后就可以发送指令来驱动旋转平台旋转一个角度(先可以发送一个复位命令让旋转平台处在原始位置)，当红外探测器对准一个黑体辐射源时，就会产生对应的信号，该信号的强度对应着相应的温度，标定模块进行一些列标定工作。红外探测器采集到的信号通过设备电控装置的可编程A/D电路送入嵌入式控制硬件模块，嵌入式硬件模块进行测温、标定、显示控制等工作，并将数据通过通信接口传送至上位机，在上位机可以很方便的进行测温标定操作。

当用户在使用中，发现需要修改设备的相关驱动参数，可以方便的修改上位机软件中对应的参数设置，软件将修改参数控制命令发送到通信接口硬件模块，通信接口硬件模块进而将修改参数命令发送到嵌入式控制硬件模块，嵌入式控制硬件模块将生成修改后的参数配置命令和配置数据，进而以一定的同步关系写入对应的受控模块，完成在线调节硬件驱动的配置。

以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。

Claims (7)

1.一种面向红外成像系统性能测试的平台设备，其特征在于，包括：黑体辐射源、旋转平台、红外探测器、靶标、转盘、转盘电机；红外探测器安装于旋转平台上，旋转平台能够水平360度旋转，并能够在垂直方向上移动；多个靶标安放于转盘上，转盘电机驱动转盘转动；

所述红外探测器的红外镜头、靶标和黑体辐射源的光轴一致。

2.根据权利要求1所述的面向红外成像系统性能测试的平台设备，其特征在于，所述靶标均匀分布在转盘表面上，并且所述靶标的中心均位于转盘的同一半径的圆周上；所述靶标位于红外探测器和黑体辐射源之间，且靶标、红外探测器以及黑体辐射源的中心处于同一个平面。

3.根据权利要求1所述的面向红外成像系统性能测试的平台设备，其特征在于，所述靶标包括：四杆系列靶标、半圆系列靶标、三角系列靶标。

4.根据权利要求1所述的面向红外成像系统性能测试的平台设备，其特征在于，所述转盘能够在水平和垂直方向上移动，靶标的中心通过定位销和红外探测器发出的激光定位至所述红外探测器红外镜头的光轴上。

5.根据权利要求1所述的面向红外成像系统性能测试的平台设备，其特征在于，黑体辐射源上设有红外传感器，所述黑体辐射源以红外探测器为圆心呈扇形均匀分布，所述红外探测器安装于旋转平台中心，并通过定位销和红外探测器发出的激光对准黑体辐射源，使得黑体辐射源与红外探测器红外镜头的光轴准直。

6.根据权利要求1所述的面向红外成像系统性能测试的平台设备，其特征在于，所述红外探测器包括包含一组光轴一致的红外镜头组。

7.根据权利要求1所述的面向红外成像系统性能测试的平台设备，其特征在于，所述黑体辐射源、旋转平台、红外探测器以及转盘电机上设置外部扩展接口能够与I/O接口适配器匹配连接。