一种红外光学系统的冷反射定量测试方法

技术领域

本发明涉及红外光学系统的冷反射定量测试方法，属于图像处理领域。

背景技术

在采用制冷型红外探测器的红外产品中，由于探测器光敏面的温度为80～100K，它与产品的工作温度相差很大，是相对非常强的冷辐射源。红外光学系统冷反射是指制冷型红外探测器“看到”自身的反射像，它严重影响红外光学系统的图像质量。

由于冷反射对于红外成像系统来说，属于干扰噪声，严重影响系统的图像质量，因此在光学系统设计时必须严格控制。然而光学系统设计中控制冷反射的强度往往与提高光学系统像质和满足边界要求是矛盾的，将所有镜面的冷反射都控制得很小会严重影响红外系统性能。因此在设计都会对冷反射进行设计控制。但光学镜头的加工精度往往会有些公差存在，在多套产品中，会存在一些光学镜头因加工或装配原因导致的冷反射比较严重的产品。那么，如何对冷反射现象的严重程度进行定量分析已经是在红外产品的生产加工装配中的一个关键问题。

发明内容

要解决的技术问题

为了解决现有技术中无法对制冷型红外探测器的冷反射问题进行定量测量的技术问题，本发明提出一种红外光学系统的冷反射定量测试方法。

技术方案

一种红外光学系统的冷反射定量测试方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：调节连续可调温度黑体温度到室内温度T上浮Δt度，令制冷型红外热像仪产品对黑体成像，且黑体充满红外热像仪整个视场，通过A/D转换后读出图像信号数据，计算出在该温度点时，图像信号的平均灰度数据I1；

步骤2：调节连续可调温度黑体温度到室内温度T上浮Δt*2度，令制冷型红外热像仪产品对黑体成像，且黑体充满红外热像仪整个视场，通过A/D转换后读出图像信号数据，计算出在该温度点时，图像信号的平均灰度数据I2；

步骤3：调节连续可调温度黑体温度到室内温度T下降Δt度，令制冷型红外热像仪产品对黑体成像，且黑体充满红外热像仪整个视场，通过A/D转换后读出图像信号数据，计算出在该温度点时，图像信号的平均灰度数据I3；

步骤4：调节连续可调温度黑体温度到室内温度T下降Δt*2度，令制冷型红外热像仪产品对黑体成像，且黑体充满红外热像仪整个视场，通过A/D转换后读出图像信号数据，计算出在该温度点时，图像信号的平均灰度数据I4；

步骤5：通过如下公式算出该红外热像仪产品对应室温范围内一摄氏度对应的灰度信号数据值：

I＝(I1+I2-I3-I4)/(Δt*6)

步骤6：调节连续可调温度黑体温度到室内温度T，令制冷型红外热像仪产品对黑体成像，且黑体充满红外热像仪整个视场，通过A/D转换后读出图像信号数据，计算图像信号数据中，不含冷反射成像的区域中，一定量图像像素的平均灰度值I_a；

步骤7：调节连续可调温度黑体温度到室内温度T，令制冷型红外热像仪产品对黑体成像，且黑体充满红外热像仪整个视场，通过A/D转换后读出图像信号数据，计算图像信号数据中，冷反射成像的区域中，一定量图像像素的平均灰度值I_b；

步骤8：通过如下公式计算冷反射区域在温度T下，与视场中其他区域图像的灰度响应的等效温差偏差，T_d越大，则说明冷反射程度越严重：

T_d＝(I_a-I_b)/I 。

所述的黑体可调温度范围大于5摄氏度到45摄氏度。

所述的Δt的经验值在2～6之间。

所述的步骤6和步骤7中一定量为不少于10个像素的图像区域。

有益效果

本发明提出了一种红外光学系统的冷反射定量测试方法，该方法创新性的利用红外成像系统探测器对场景信号的探测响应输出，利用可调温度的黑体，完成对红外光学系统中冷反射的定量测试，有效对光学系统中由于设计或加工误差带来的冷反射情况进行定量分析，该方法计算简单，易于工程化实现，且可以直观定量的测量出冷反射对成像的影响，完成对光学系统设计加工的评价，有很重要的工程应用意义。

附图说明

图1本发明流程图

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

该发明的具体实现程序流程见附图1，具体实施方法步骤如下：

本发明假定已具备制冷型红外热像仪产品，可调温度(可调温度范围大于5摄氏度到45摄氏度)的黑体，信号可以通过A/D转换读出图像信号数据并保存，在整个测试过程中，保持制冷型红外热像仪产品使用的校正系数不变，积分时间不变。

1)调节连续可调温度黑体温度到室内温度T上浮Δt度，Δt的经验值在2～6之间，令制冷型红外热像仪产品对黑体成像，且黑体充满红外热像仪整个视场，通过 A/D转换后读出图像信号数据，计算出在该温度点时，图像信号的平均灰度数据 I1；

2)调节连续可调温度黑体温度到室内温度T上浮Δt*2度，令制冷型红外热像仪产品对黑体成像，且黑体充满红外热像仪整个视场，通过A/D转换后读出图像信号数据，计算出在该温度点时，图像信号的平均灰度数据I2；

3)调节连续可调温度黑体温度到室内温度T下降Δt度，令制冷型红外热像仪产品对黑体成像，且黑体充满红外热像仪整个视场，通过A/D转换后读出图像信号数据，计算出在该温度点时，图像信号的平均灰度数据I3；

4)调节连续可调温度黑体温度到室内温度T下降Δt*2度，令制冷型红外热像仪产品对黑体成像，且黑体充满红外热像仪整个视场，通过A/D转换后读出图像信号数据，计算出在该温度点时，图像信号的平均灰度数据I4；

5)通过如下公式算出该红外热像仪产品对应室温范围内一摄氏度对应的灰度信号数据值：

I＝(I1+I2-I3-I4)/(Δt*6)

6)调节连续可调温度黑体温度到室内温度T，令制冷型红外热像仪产品对黑体成像，且黑体充满红外热像仪整个视场，通过A/D转换后读出图像信号数据，计算图像信号数据中，不含冷反射成像的区域中，一定量图像像素的平均灰度值I_a；

7)调节连续可调温度黑体温度到室内温度T，令制冷型红外热像仪产品对黑体成像，且黑体充满红外热像仪整个视场，通过A/D转换后读出图像信号数据，计算图像信号数据中，冷反射成像的区域中，一定量图像像素的平均灰度值I_b；

8)通过如下公式算出冷反射区域在温度T下，与视场中其他区域图像的灰度响应的等效温差偏差，T_d越大，则说明冷反射程度越严重：

T_d＝(I_a-I_b)/I

实施例：

下面以一款中波640*512制冷型红外热像仪产品的冷反射测量为例说明。本方案使用的可调温度的黑体，可调温度范围0摄氏度到70摄氏度，信号可以通过13bit A/D 转换读出图像信号数据并保存，在整个测试过程中，保持制冷型红外热像仪产品使用的校正系数不变，积分时间为12ms保持不变。

首先，调节连续可调温度黑体温度到室内温度20摄氏度上浮5度，令制冷型红外热像仪产品对黑体成像，且黑体充满红外热像仪整个视场，通过A/D转换后读出图像信号数据，计算出在该温度点时，图像信号的平均灰度数据I1＝4490；

调节连续可调温度黑体温度到室内温度20摄氏度上浮10度，令制冷型红外热像仪产品对黑体成像，且黑体充满红外热像仪整个视场，通过A/D转换后读出图像信号数据，计算出在该温度点时，图像信号的平均灰度数据I2＝4602；

调节连续可调温度黑体温度到室内温度20摄氏度下降5度，令制冷型红外热像仪产品对黑体成像，且黑体充满红外热像仪整个视场，通过A/D转换后读出图像信号数据，计算出在该温度点时，图像信号的平均灰度数据I3＝4106；

调节连续可调温度黑体温度到室内温度20摄氏度下降10度，令制冷型红外热像仪产品对黑体成像，且黑体充满红外热像仪整个视场，通过A/D转换后读出图像信号数据，计算出在该温度点时，图像信号的平均灰度数据I4＝3881；

通过公式算出该红外热像仪产品对应室温范围内一摄氏度对应的灰度信号数据值 I＝(I1+I2-I3-I4)/(Δt*6)＝1105/30＝36

调节连续可调温度黑体温度到室内温度20摄氏度，令制冷型红外热像仪产品对黑体成像，且黑体充满红外热像仪整个视场，通过A/D转换后读出图像信号数据，计算图像信号数据中，不含冷反射成像的区域中，一定量图像像素的平均灰度值I_a＝4283；

调节连续可调温度黑体温度到室内温度20摄氏度，令制冷型红外热像仪产品对黑体成像，且黑体充满红外热像仪整个视场，通过A/D转换后读出图像信号数据，计算图像信号数据中，冷反射成像的区域中，一定量图像像素的平均灰度值I_b＝4267；

通过如下公式算出冷反射区域在温度20摄氏度下，与视场中其他区域图像的灰度响应的等效温差偏差，T_d越大，则说明冷反射程度越严重： T_d＝(I_a-I_b)/I＝16/36＝0.44(摄氏度)。