CN107421717B - 一种红外成像仪最小可探测温差自动测试方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种红外成像仪最小可探测温差自动测试的方法及装置，所述方法先将红外成像仪的增益调整到最大，并调节为较大温差使圆孔靶标清洗成像，再降低温差使圆孔靶标成像质量下降为清晰成像的M倍，记录此时温差值；继续降低温差使圆孔靶标成像质量再次成为清晰成像的M倍，记录此时温差值；使用量温差值计算最小可探测温差；所述装置包括用于承载所有设备的光学平台，用于控制环境温度的温度控制模块，用于发出目标红外辐射的差分黑体源模块，用于使差分黑体源形成指定形状和频率的靶标轮模块，用于控制差分黑体源温度的差分黑体源温度控制器，用于控制转化红外辐射形状的平行光管，用于控制各模块的计算机。
Description
技术领域
本发明涉及红外成像仪性能参数测试技术领域，更具体地，涉及一种红外成像仪最小可探测温差自动测试方法及装置。
背景技术
最小可探测温差(MDTD)是评价红外成像***的一个重要参数，反映了***的热灵敏度特性，也反映了***的空间分辨力它的定义为：当观察着的观察时间不受限制时，在红外成像***显示屏上恰好能分辨出一定尺寸的方形或圆形目标及其所处的位置时，目标与背景之间的温差称为对应目标尺寸的最小可探测温差。
目前国际主流MDTD测量仍采用由专业人员通过人眼观察方法(主观测量方法)，该方法虽然实用性较强，但受到观察者自身相关影响，导致测量结果的不确定性较大，可靠性重复性不高。随着计算机技术的发展，国内在上世纪90年代对MDTD客观测量方法展开了研究，主要是基于神经网络算法通过计算机对红外成像仪所产生的红外图像进行特征提取并识别，但该方法依然需要建立主观测量方法结果的基础上对图像进行后续处理，因此仍受到人工带来的影响制约。
发明内容
为了解决背景技术存在的最小可探测温差测量受主观影响较大的问题，本发明提供了一种红外成像仪最小可探测温差自动测试方法及装置，所述方法及装置不需要人工对红外成像仪图像质量进行评估，保证了测试结果的客观准确性。
一种红外成像仪最小可探测温差自动测试方法，所述方法包含：
步骤1，选择空间频率为f的圆孔靶标，将红外成像仪的增益设置为最大；
步骤2，使用差分黑体源温度控制器设置较大的温差值使圆孔靶标清晰成像，所述温差为靶标背景与差分黑体源间的温差；
步骤3，逐步降低温差值，采集每次降低后的图像并计算圆孔靶标成像质量，当成像质量降为清晰成像的M倍时，记录温差值为ΔT1，其中0≤M≤1；
步骤4，继续降低温差值，采集每次降低后的图像并计算圆孔靶标成像质量，当成像质量再次为清晰成像的M倍时，记录温差值为ΔT2，其中0≤M≤1；
步骤5，根据ΔT1和ΔT2计算最小可探测温差；
步骤6，更换不同空间频率的圆孔靶标，重复上述步骤测试对应不同空间频率的最小可探测温差，并绘制被测红外成像仪的最小可探测温差曲线。
进一步的，采集当前红外图像数据I，计算图像的最大熵阈值并将图像分割为目标区域Io和背景区域Ib两部分，提取目标区域Io边界并记为c，计算c所围区域的的周长和面积并分别记为lengt(c)和Area(c)，则成像质量QI按下式计算：
其中，目标区域Io为圆孔靶标成像区域，背景区域Ib为采集图像中除去圆孔靶标成像区域以外的区域；
进一步的，所述圆孔靶标成像清晰是指当QI>0.8时，判别当前红外图像数据I为圆孔靶标的清晰红外成像，此时的圆孔靶标成像区域记为
进一步的，所述成像质量倍数M＝3/4；
进一步的，温差值每降低一次时，采集当次红外图像数据I′，计算图像的最大熵阈值并将图像分割为候选目标区域I′oc和候选背景区域I′b两部分，若候选目标区域I′oc包含N(N>0)个互不连通区域，即：I′oc＝{c′0，...，c′N}，则当前圆孔靶标成像区域
当前圆孔靶标成像区域I′O位于清晰成像区域
内的部分记为
所述
I′o位于清晰成像区域
外的部分记为
所述
则当前圆孔靶标成像质量为QI′计算如下：
其中，AI为总的成像区域；
进一步的，所述圆孔靶标成像质量QI′满足|QI′-M|＜0.01时，则成像质量满足清晰质量时的M倍；
进一步的，所述最小可探测温差的方法为
一种红外成像仪最小可探测温差自动测试装置，所述装置包含:
光学平台，所述光学平台水平稳定无振动，用于承载所有设备；
温度控制模块，所述温度控制模块用于控制测试时的环境温度；
辐射目标模块，所述辐射目标模块由差分黑体源以及圆孔靶标组成，用于产生测试所需的指定形状的红外辐射目标；
差分黑体源温度控制器，所述差分黑体源温度控制器用于设置差分黑体源温度从而控制红外辐射大小；
平行光管，所述平行光管用于将辐射目标模块产生的红外辐射转变为平行光束供红外成像仪采集；
计算机，所述计算机用于与差分黑体源温度控制器以及待测红外成像仪进行数据通信，进而设置差分黑体源温度并采集红外成像仪图像数据；所述计算机用于处理红外成像仪图像数据，得到最小可探测温差测试结果。
进一步的，所述装置包含精密转台，所述精密转台用于精确调整红外成像仪的成像距离和角度，以使红外成像仪准确采集到平行光管输出的红外辐射；所述精密转台由计算机控制；
进一步的，所述温度控制模块为可以进行温度控制的屏蔽室，所述装置的其他模块均置于所述屏蔽室中；
进一步的，辐射目标模块中圆孔靶标置于差分黑体源与平行光管之间，使差分黑体源的红外辐射穿过圆孔靶标后进入平行光管；
进一步的，所述装置除了需对圆孔靶标以及计算机处理数据模块做对应修改外，可用在噪声等效温差(NETD)、最小可分辨温差(MRTD)以及传递函数(MFT)的测量试验中。
本发明的有益效果为：本发明的技术方案，给出了一种红外成像仪最小可探测温差自动测试方法及装置，所述方法及装置在测量全过程中能自动采集红外成像仪图像数据并计算最小可探测温差，提高工作效率；不需要人工对红外成像仪图像质量进行评估，保证了最小可探测温差测量结果的准确性和客观性；同时本装置通用性高，所需装置除圆孔靶标外，可在NETD、MRTD以及MFT的相关测量试验中使用。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1为本发明具体实施方式的一种红外成像仪最小可探测温差自动测试方法的流程图；
图2为本发明具体实施方式的一种红外成像仪最小可探测温差自动测试装置的结构图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图1为本发明具体实施方式的一种红外成像仪最小可探测温差自动测试方法的流程图，所述方法包含：
步骤101，选择空间频率为f的圆孔靶标，将红外成像仪的增益设置为最大；
步骤102，使用差分黑体源温度控制器设置较大的温差值使圆孔靶标清晰成像，所述温差为靶标背景与差分黑体源间的温差；
步骤103，逐步降低温差值，采集每次降低后的图像并计算圆孔靶标成像质量，当成像质量降为清晰成像的M倍时，记录温差值为ΔT1，其中0≤M≤1；
步骤104，继续降低温差值，采集每次降低后的图像并计算圆孔靶标成像质量，当成像质量再次为清晰成像的M倍时，记录温差值为ΔT2，其中0≤M≤1；
步骤105，根据ΔT1和ΔT2计算最小可探测温差；
步骤106，更换不同空间频率的圆孔靶标，重复上述步骤测试对应不同空间频率的最小可探测温差，并绘制被测红外成像仪的最小可探测温差曲线。
进一步的，采集当前红外图像数据I，计算图像的最大熵阈值并将图像分割为目标区域Io和背景区域Ib两部分，提取目标区域Io边界并记为c，计算c所围区域的的周长和面积并分别记为lengt(c)和Area(c)，则成像质量QI按下式计算：
其中，目标区域Io为圆孔靶标成像区域，背景区域Ib为采集图像中除去圆孔靶标成像区域以外的区域；
进一步的，所述圆孔靶标成像清晰是指当QI>0.8时，判别当前红外图像数据I为圆孔靶标的清晰红外成像，此时的圆孔靶标成像区域记为
进一步的，所述成像质量倍数M＝3/4；
进一步的，温差值每降低一次时，采集当次红外图像数据I′，计算图像的最大熵阈值并将图像分割为候选目标区域I′oc和候选背景区域Ib两部分，若候选目标区域I′oc包含N(N>0)个互不连通区域，即：I′oc＝{c′0，...，c′N}，则当前圆孔靶标成像区域
当前圆孔靶标成像区域I′o位于清晰成像区域
内的部分记为
所述
I′o位于清晰成像区域
外的部分记为
所述
则当前圆孔靶标成像质量为QI′计算如下：
其中，AI为总的成像区域；
进一步的，所述圆孔靶标成像质量QI′满足|QI′-M|＜0.01时，则成像质量满足清晰质量时的M倍；
进一步的，所述最小可探测温差的方法为
图2为本发明具体实施方式的一种红外成像仪最小可探测温差自动测试装置的结构图，所述装置包括：
光学平台201，所述光学平台201水平稳定无振动，用于承载所有设备；
温度控制模块202，所述温度控制模块202用于控制测试时的环境温度；
辐射目标模块203，所述辐射目标模块203由差分黑体源以及圆孔靶标组成，用于产生测试所需的指定形状的红外辐射目标；
差分黑体源温度控制器204，所述差分黑体源温度控制器204用于设置差分黑体源温度从而控制红外辐射大小；
平行光管205，所述平行光管205用于将辐射目标模块产生的红外辐射转变为平行光束供红外成像仪采集；
计算机207，所述计算机207用于与差分黑体源温度控制器204以及待测红外成像仪进行数据通信，进而设置差分黑体源温度并采集红外成像仪图像数据；所述计算机207用于处理红外成像仪图像数据，得到最小可探测温差测试结果。
进一步的，所述装置包含精密转台206，所述精密转台206用于精确调整红外成像仪的成像距离和角度，以使红外成像仪准确采集到平行光管输出的红外辐射；所述精密转台206由计算机207控制；
进一步的，所述温度控制模块202为可以进行温度控制的屏蔽室，所述装置的其他模块均置于所述屏蔽室中；
进一步的，辐射目标模块203中圆孔靶标置于差分黑体源与平行光管205之间，使差分黑体源的红外辐射穿过圆孔靶标后进入平行光管205；
进一步的，所述装置除了需对圆孔靶标以及计算机处理数据模块做对应修改外，可用在噪声等效温差(NETD)、最小可分辨温差(MRTD)以及传递函数(MFT)的测量试验中。
Claims (11)
1.一种红外成像仪最小可探测温差自动测试方法，所述方法包含：
步骤1，选择空间频率为f的圆孔靶标，将红外成像仪的增益设置为最大；
步骤2，使用差分黑体源温度控制器设置较大的温差值使圆孔靶标清晰成像，所述温差值为靶标背景与黑体源间的温差值；
步骤3，逐步降低温差值，采集每次降低后的图像并计算圆孔靶标成像质量，当成像质量降为清晰成像的M倍时，记录温差值为ΔT1，其中0≤M≤1；
步骤4，继续降低温差值，采集每次降低后的图像并计算圆孔靶标成像质量，当成像质量再次为清晰成像的M倍时，记录温差值为ΔT2，其中0≤M≤1；
步骤5，根据ΔT1和ΔT2计算最小可探测温差；
步骤6，更换不同空间频率的圆孔靶标，重复上述步骤1-5测试对应不同空间频率的最小可探测温差，并绘制被测红外成像仪的最小可探测温差曲线；
所述温差值每降低一次时，采集当次红外图像数据I′，计算图像的最大熵阈值并将图像分割为候选目标区域I′oc和候选背景区域I′b两部分，若候选目标区域I′oc包含N且N＞0个互不连通区域，即：I′oc＝{c′0，...，c′N}，则当前圆孔靶标成像区域
当前圆孔靶标成像区域I′o位于清晰成像区域
内的部分记为
所述
I′0位于清晰成像区域
外的部分记为
所述
则当前圆孔靶标成像质量为QI′计算如下：
其中，AI为总的成像区域。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：采集当前红外图像数据I，计算图像的最大熵阈值并将图像分割为目标区域Io和背景区域Ib两部分，提取目标区域Io边界并记为c，计算c所围区域的的周长和面积并分别记为lengt(c)和Area(c)，则成像质量QI按下式计算：
其中，目标区域Io为圆孔靶标成像区域，背景区域Ib为采集图像中除去圆孔靶标成像区域以外的区域。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述圆孔靶标成像清晰是指当QI＞0.8时，判别当前红外图像数据I为圆孔靶标的清晰红外成像，此时的圆孔靶标成像区域记为
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述成像质量倍数M＝3/4。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述圆孔靶标成像质量QI′满足|QI′-M|＜0.01时，则成像质量满足清晰质量时的M倍。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述最小可探测温差的方法为
7.使用如权利要求1-6所述任意一种方法的红外成像仪最小可探测温差自动测试装置，所述装置包含:
光学平台，所述光学平台水平稳定无振动，用于承载所有设备；
温度控制模块，所述温度控制模块用于控制测试时的环境温度；
辐射目标模块，所述辐射目标模块由差分黑体源以及圆孔靶标组成，用于产生测试所需的指定形状的红外辐射目标；
差分黑体源温度控制器，所述差分黑体源温度控制器用于设置黑体源温度从而控制红外辐射大小；
平行光管，所述平行光管用于将辐射目标模块产生的红外辐射转变为平行光束供红外成像仪采集；
计算机，所述计算机用于与差分黑体源温度控制器以及待测红外成像仪进行数据通信，进而设置黑体源温度并采集红外成像仪图像数据；所述计算机用于处理红外成像仪图像数据，得到最小可探测温差测试结果。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于：所述装置包含精密转台，所述精密转台用于精确调整红外成像仪的成像距离和角度，以使红外成像仪准确采集到平行光管输出的红外辐射；所述精密转台由计算机控制。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于：所述温度控制模块为可以进行温度控制的屏蔽室，所述装置的其他模块均置于所述屏蔽室中。
10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于：辐射目标模块中圆孔靶标置于差分黑体源与平行光管之间，使差分黑体源的红外辐射穿过圆孔靶标后进入平行光管。
11.根据权利要求7所述的装置，其特征在于：所述装置对圆孔靶标以及计算机处理数据模块做对应修改后，可用在噪声等效温差(NETD)、最小可分辨温差(MRTD)以及传递函数(MFT)的测量试验中。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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