一种盖革雪崩焦平面阵列的辐射亮度校准方法

技术领域

本发明涉及非线性响应探测器件标校领域，具体涉及一种盖革雪崩焦平面阵列的辐射亮度校准方法。

背景技术

APD阵列(盖革雪崩焦平面阵列器件)具有单光子探测的能力，可以在低照度下工作，可靠性高，可以抑制强光干扰，主要应用于激光雷达领域，以其高灵敏度、高距离分辨率、高成像效率成为国内外研究热点。可利用夜间自然弱光或低照度下的反射辐射，通过光电、电光转换及增强措施，实现微弱的可见光或短波红外光增强成像。在目标红外辐射特性测量中，目标经光学系统成像至APD探测器，像表现为多个像元的集合，而光子经光学系统打在APD的像元上，经时间积分得到光子计数值，可以表征目标对应区域的辐亮度值。通过APD阵列探测器的微光成像进行目标红外辐射特性测量，为红外系统提高探测、定位、分类、识别、跟踪的精度提供基础数据，在红外隐身与反隐身技术、空中目标的预警等应用中起到至关重要的作用。完成探测器件辐射特性响应的非线性校正，证明了APD阵列作为探测器件实现微光辐射线性测量与成像显示的可行性。推动了目标红外辐射特性测量系统对目标进行线性测量时APD阵列探测器的广泛应用。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明针对APD阵列的非线性响应特性，提供一种盖革雪崩焦平面阵列的辐射亮度校准方法，通过采用标准灯照射标准漫反射板等方式构建标准辐射源和两点校正法得到APD阵列的光子计数值校正曲线，实现基于APD阵列的目标辐射特性测量系统对目标辐射特性的线性测量与显示。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

采用标准灯照射标准漫反射板等方式构建标准辐射源，利用光谱辐亮度计对匹配镜组和盖革雪崩焦平面阵列器件进行辐射标定，实现基于盖革雪崩焦平面阵列器件的目标辐亮度测量系统的非线性辐射响应标定，并采用两点校正法得到光子计数值非线性校正曲线，从而完成盖革雪崩焦平面阵列器件辐射特性线性标定，实现基于APD阵列的目标辐射特性测量系统对目标辐射特性的线性测量与显示。

本发明提出了一种基于标准辐射源的盖革雪崩焦平面阵列器件辐射特性线性标定方法，可实现盖革雪崩焦平面阵列的辐射亮度校准。盖革雪崩焦平面阵列为光子计数响应具有非线性特性的APD阵列，实施步骤包括：

S1、构建标准辐射源；

S2、在暗室中相同观测条件下，用APD阵列和光谱辐亮度计同时观测标准辐射源；

S3、用光谱辐亮度计获取标准辐射源的辐射亮度值，用APD阵列获取光子计数值；

S4、基于测得的标准辐射源辐亮度值与APD光子计数值之间的关系，对比获得APD的辐亮度响应曲线，完成APD阵列器件辐射响应的非线性标定；

S5、采用两点校正法，获得APD阵列器件光子计数值非线性校正曲线，实现基于APD阵列的目标辐亮度测量系统对目标辐射特性的线性测量与显示。

实施步骤S1所述标准辐射源的构建方法包括但不限于：

S11、用标定光源照射标准漫反射板；

S12、用标定光源照射积分球。

实施步骤S2所述的相同观测条件指观测距离、观测角度等观测条件相同。

实施步骤S4所述的APD阵列器件辐射响应的非线性标定的标定精度有较多影响因素，包括：

S41、标准辐射源的影响：包括表面发射率稳定性、控温精度及其非均匀性等；

S42、光谱辐亮度计的影响：主要为辐射亮度测量的精度和稳定性；

S43、包括目标辐射测量系统的影响：测试噪声(随机噪声)、数据采集系统稳定性、数据处理模型的精度等。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：针对光子计数响应具有非线性特性的APD阵列，提出了一种标准辐射源和盖革雪崩焦平面阵列的相对辐射特性标定方法，在探测器件响应波段对基于盖革雪崩焦平面阵列的目标辐射测量系统进行辐射标定和非线性校准，能够实现目标辐射亮度线性测量和目标强度像的线性显示，证明了非线性响应APD阵列作为探测器件实现微光辐射线性测量与成像显示的可行性，推动了目标红外辐射特性测量系统中APD阵列探测器的广泛应用。

附图说明

图1为基于漫反射板与APD阵列的辐亮度标定原理示意图。

图2为实验数据及拟合曲线。

图3为校正前后数据与曲线对比图，其中紫色曲线为辐射响应拟合曲线，淡蓝色曲线为光子计数值校正曲线，绿色曲线为校正后的辐射响应曲线。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

针对探测波段不同的应用盖革雪崩焦平面阵列作为探测器件的目标辐射测量系统，本发明以下结合对采用GD5551型64×64InGaAs盖革雪崩焦平面相机的目标红外辐射测量系统在短波红外波段进行辐亮度响应线性标定的具体实施例对一种盖革雪崩焦平面阵列的辐射亮度校准方法的实现过程进行说明。

如图1所示，为基于漫反射板与APD阵列的辐亮度标定原理示意图，用标定光源照射标准漫反射板构建标准辐射源，利用光谱辐亮度计对匹配镜组和APD阵列进行辐射标定，并用两点校正法得到光子计数值非线性校正曲线，实现基于APD阵列的目标辐亮度测量系统对目标辐射特性的线性测量与显示。具体的线性校准步骤如下：

C1、用标定光源照射标准漫反射板构建标准辐射源，将漫反射标定板放置于距离探测设备1.5米以上位置，使用标准光源对漫反射板照亮。

C2、调整待校准APD阵列的位置，打开上位机采集软件开始拍摄，调整镜头光圈，得到最清晰的图像。

C3、等效曝光时间为0.05s，对漫反射板采集强度图像开始20s后，点击软件保存采集时段内的RAW文件数据，进行不少于5组数据保存。

C4、移走APD阵列与匹配镜组构成的目标辐亮度测量系统，在原位置安装光谱辐射计，同样对准标准光源照亮的漫反射板，测量辐亮度，进行不少于5次测量，并记录数据。

C5、对APD获取的强度像数据进行处理：去掉漂移异常值；对漫反射板的同一个反射率区域取均值。

C6、根据光谱辐射计测量数据，如图2所示，将APD数据(图2红色点)生成标定散点图，标定散点的趋势是非线性的，去掉异常值并进行非线性拟合，即可获取待校准APD的辐亮度非线性响应曲线。

C7、采用两点标校法，选取计数值为1时，辐亮度值为0.1W/(m

C8、将待校准APD的辐亮度响应曲线与辐亮度测量线性方程联立，获得待校准APD的辐亮度非线性校正公式。

C9、如图3所示为校正前后数据与曲线对比图，将实验数据(图3蓝色点)依据淡蓝色校正曲线进行光子计数值校正，可以看到校正后的数据(图3红色点)在校正后的绿色线性辐射响应曲线的附近，由此完成了APD阵列的辐射亮度校准。