CN113720805A - 一种外场光电探测***镜头灰尘污渍辐射透过率检测方法 - Google Patents

一种外场光电探测***镜头灰尘污渍辐射透过率检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种外场光电探测***镜头灰尘污渍辐射透过率检测方法。为保证光电探测***目标辐射数据的一致性，需检测镜头上的灰尘污渍对探测***辐射透过率的影响量。本发明将晴天天空背景光作为外场光电探测***的短时间内稳定面辐射源，将光电探测***固定对准远离太阳的某一方向，探测***在灰尘污渍去除前后分别进行数据采集，比较探测***在相同天空区域的辐射差异，从而精确计算镜头灰尘污渍对探测***辐射透过率影响。该测试方法将晴空背景作为短期辐射稳定光源，外场使用条件要求较低，使用设备较为简单，有效地提高了光学***外场辐射检测的效率及其适用性。

Description

一种外场光电探测***镜头灰尘污渍辐射透过率检测方法
技术领域
本发明涉及外场光学辐射测量技术领域，特别是涉及一种外场光电探测***镜头灰尘污渍辐射透过率检测方法。
背景技术
在外场光学辐射测量技术领域，光电探测***状态的长期一致性是保证整个测量周期数据准确性的关键。光学仪器在运输、装调以及外场长时间使用过程中，光电探测***镜头会附着一定量的灰尘、污渍及沙土等，这必会影响***在外场使用中的目标探测及反演，为保证光电探测***测量数据的一致性与准确性，需检测镜头上的灰尘污渍对探测***辐射透过率的影响量。
目前辐射检测方法主要采用稳定面光源***进行光学辐射测量，主要包括积分球***和标准灯-漫反射板***以及太阳-漫反射板等光源，例如，基于LED的光谱分布可调的光源***(专利CN100590350C)。虽然这些测量方法及手段较为成熟，但其对待被测量的光电探测***的口径、视场等指标的较高要求，均对光学***野外测量具有较大限制，难以满足野外辐射检测的便捷性和实时性的要求，限制了光学***辐射检测的效率。因此，基于外场光学***状态辐射一致性检测的需求，需研究一种具有较强适用性，操作简单，测量精度高等特点的方法。
发明内容
为了克服现有的技术对外场光学辐射测量***在辐射一致性检测方面的不足，本发明提供了一种利用晴空背景光对外场光电探测***镜头灰尘污渍进行快速高精度的辐射透过率检测方法。
本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：
本发明的一种外场光电探测***镜头灰尘污渍辐射透过率检测方法，所采用的天空背景辐射测量装置包括：机械固定装置，待测光电探测***以及计算机控制***，待测光电探测***工作波段覆盖350nm～1100nm，待测光电探测***视场小于5度，其特征在于，包括以下步骤：
步骤Ⅰ：选取光电探测***白天测试时间、测试位置、光轴指向方向及天空选择区域，天空背景区域应为无云、无风及晴空，观测区域周围无遮挡，利用机械固定装置将光电探测***指向远离太阳的某一天空区域，光电探测***光轴指向方向应为背对太阳一侧，在光电探测***天空辐射测量时，探测***光轴指向与太阳之间的夹角应大于40度，光轴指向与太阳方位角间的夹角应大于90度，太阳天顶角应小于80度；
步骤Ⅱ：根据步骤Ⅰ中光电探测***指向位置，在灰尘污渍去除前，光电探测***进行暗背景测量，然后光电探测***对天空固定区域连续数据采集，每隔2分钟中采集1次，共采集5次，并记录数据相应的采集时刻，其光电探测***的响应值C(λ,Ti)为：
C(λ,Ti)＝C信(λ,Ti)-C暗(λ,Ti) (1)
其中，Ti是第i次观测的时刻，λ是观测波长，C信(λ,Ti)是光电探测***测量的信号码值，C暗(λ,Ti)是光电探测***测量的暗背景码值；
步骤Ⅲ：在步骤Ⅱ光电探测***数据采集后，立即将镜头灰尘污渍去除，使其镜头干净，干燥，镜头灰尘污渍去除时间间隔应控制在1分钟以内，然后光电探测***对相同的天空区域进行数据采集，每隔2分钟中采集1次，共采集5次，并记录相应的数据采集时间，在完成以上测试内容后，进行光电探测***暗背景测量，镜头灰尘污渍擦除前后相邻两次测试时间间隔ΔT为：
ΔT＝T1 后-T5 前 (2)
其中，T5 前是擦除镜头灰尘污渍前第5次测量时刻，T1 后是擦除镜头灰尘污渍后第1次测量时刻；
步骤Ⅳ：根据步骤Ⅱ和步骤Ⅲ测量数据，获得镜头灰尘污渍去除前后10分钟内天空背景辐射变化量，计算天空背景时间辐射变化率，建立光电探测***响应Ci(λ,T)与时间Ti之间线性响应关系：
Figure BDA0003210541220000031
Figure BDA0003210541220000032
其中，i表示第i次天空背景光测量，
Figure BDA0003210541220000033
表示擦除镜头污渍前Ti 前时刻测量响应值，
Figure BDA0003210541220000034
表示擦除镜头污渍后Ti 后时刻测量响应值，a前(λ)和a后(λ)分别是擦除镜头污渍前后时间辐射变化率，擦除镜头前后平均时间辐射变化率a(λ)为：
Figure BDA0003210541220000035
步骤Ⅴ：根据步骤Ⅳ计算结果，计算光电探测***在相同天空区域上，灰尘污渍去除前后ΔT时间内天空背景光的相对辐射变化量Γ(λ,ΔT)为：
Γ(λ,ΔT)＝a(λ)ΔT (6)
步骤Ⅵ：根据步骤Ⅴ获取的镜头灰尘污渍去除前后天空背景光的相对辐射变化量Γ(λ,ΔT)，精确计算镜头灰尘污渍对外场光电探测***辐射影响，即灰尘污渍对光学***的光谱透过率影响量
Figure BDA0003210541220000036
为：
Figure BDA0003210541220000037
其中，T1 后是镜头灰尘污渍去除后第1次测量时刻，T5 前是镜头灰尘污渍去除前第5次测量时刻。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：天空背景辐射作为地球自然光源，它是由地球周围的大气对太阳光、地面反射光散射和折射的综合结果，将晴天背景天空光作为短期辐射稳定面光源，通过对外场光电探测***镜头去除灰尘污渍前后辐射测量，来解决外场长期辐射测量中灰尘污渍影响数据一致性及准确性问题。该检测方法的外场使用条件和使用设备较为简单，适合各种口径大小的光学设备，可以对光电探测***进行简单快速有效的高精度测量，有效地提高了辐射透过率检测的效率及其适用性。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。
图1为本发明中光电探测***天空背景辐射测量***。
图2为本发明中光电探测***天空背景辐射测量方法。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对照附图并结合实施例，对本发明作进一步说明。
本发明了一种外场光电探测***镜头灰尘污渍辐射透过率检测方法。本发明的方法中，如图1所示，所采用的天空背景辐射测量装置包括：机械固定装置，待测光电探测***以及计算机控制***，待测光电探测***工作波段覆盖350nm～1100nm，待测光电探测***视场小于5度，具体实施需要以下6个步骤。
步骤Ⅰ：选取光电探测***白天测试时间、测试地点以及天空观测区域。光电探测***天空辐射观测时间为中午12:00左右，观测区域周围无遮挡，利用机械固定装置将光电探测***指向远离太阳的某一天空区域，此时天空背景区域无云、无风及晴空，如图2所示，天空观测区域对应的天顶角β1约20度，方位角α1约12度，太阳的天顶角β2约51度，方位角α2约192度，相对于地面观测点，天空观测区域与太阳之间的夹角约为60度，天空观测区域与太阳方位角之间的的夹角α2-α1约180度。
步骤Ⅱ：根据步骤Ⅰ中光电探测***指向位置，在灰尘污渍去除前，光电探测***进行暗背景测量，采集50帧，然后光电探测***对天空固定区域连续数据采集，每隔2分钟中采集1次，每次采集50帧，共采集5次，并记录数据相应的采集时刻，其光电探测***的响应值C(λ,Ti)为：
C(λ,Ti)＝C信(λ,Ti)-C暗(λ,Ti) (1)
其中，Ti是第i次观测的时刻，λ是观测波长，C信(λ,Ti)是光电探测***测量多帧数据的信号码值平均值，C暗(λ,Ti)是光电探测***测量的暗背景码值。
步骤Ⅲ：在步骤Ⅱ光电探测***数据采集后，立即将镜头灰尘污渍去除，使其镜头干净，干燥，镜头灰尘污渍去除时间间隔控制在1分钟以内，然后光电探测***对相同的天空区域进行数据采集，每隔2分钟中采集1次，每次采集50帧，共采集5次，并记录相应的数据采集时间，在完成以上测试内容后，进行光电探测***暗背景测量，采集50帧，镜头灰尘污渍擦除前后相邻两次测试时间间隔ΔT为：
ΔT＝T1 后-T5 前 (2)
其中，T5 前是擦除镜头灰尘污渍前第5次测量时刻，T1 后是擦除镜头灰尘污渍后第1次测量时刻。
步骤Ⅳ：根据步骤Ⅰ和步骤Ⅱ测量数据，获得镜头灰尘污渍去除前后10分钟内天空背景辐射变化量，计算天空背景时间辐射变化率，建立光电探测***响应Ci(λ,T)与时间Ti之间线性响应关系：
Figure BDA0003210541220000051
Figure BDA0003210541220000052
其中，i表示第i次天空背景光测量，
Figure BDA0003210541220000053
表示擦除镜头污渍前Ti 前时刻测量响应值，
Figure BDA0003210541220000054
表示擦除镜头污渍后Ti 后时刻测量响应值，a前(λ)和a后(λ)分别是擦除镜头污渍前后时间辐射变化率，擦除镜头前后平均时间辐射变化率a(λ)为：
Figure BDA0003210541220000061
步骤Ⅴ：根据步骤Ⅳ计算结果，计算光电探测***在相同天空区域上，灰尘污渍去除前后ΔT时间内天空背景光的相对辐射变化量Γ(λ,ΔT)为：
Γ(λ,ΔT)＝a(λ)ΔT (6)
步骤Ⅵ：根据步骤Ⅴ获取的镜头灰尘污渍去除前后天空背景光的相对辐射变化量Γ(λ,ΔT)，精确计算镜头灰尘污渍对外场光电探测***辐射影响，即灰尘污渍对光学***的光谱透过率影响量
Figure BDA0003210541220000062
为：
Figure BDA0003210541220000063
其中，T1 后是镜头灰尘污渍去除后第1次测量时刻，T5 前是镜头灰尘污渍去除前第5次测量时刻。
显然，上述实施例仅为了清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (1)

1.一种外场光电探测***镜头灰尘污渍辐射透过率检测方法，所述的检测方法采用的天空背景辐射测量装置包括：机械固定装置，待测光电探测***以及计算机控制***，待测光电探测***工作波段覆盖350nm～1100nm，待测光电探测***视场小于5度，其特征在于，所述的检测方法包括以下步骤：
步骤Ⅰ：选取光电探测***白天测试时间、测试位置、光轴指向方向及天空选择区域，天空背景区域应为无云、无风及晴空，观测区域周围无遮挡，利用机械固定装置将光电探测***指向远离太阳的某一天空区域，光电探测***光轴指向方向应为背对太阳一侧，在光电探测***天空辐射测量时，探测***光轴指向与太阳之间的夹角应大于40度，光轴指向与太阳方位角间的夹角应大于90度，太阳天顶角应小于80度；
步骤Ⅱ：根据步骤Ⅰ中光电探测***指向位置，在灰尘污渍去除前，光电探测***进行暗背景测量，然后光电探测***对天空固定区域连续数据采集，每隔2分钟采集1次，共采集5次，并记录数据相应的采集时刻，其光电探测***的响应值C(λ,Ti)为：
C(λ,Ti)＝C信(λ,Ti)-C暗(λ,Ti) (1)
其中，Ti是第i次观测的时刻，λ是观测波长，C信(λ,Ti)是光电探测***测量的信号码值，C暗(λ,Ti)是光电探测***测量的暗背景码值；
步骤Ⅲ：在步骤Ⅱ光电探测***数据采集后，立即将镜头灰尘污渍去除，使其镜头干净，干燥，镜头灰尘污渍去除时间间隔应控制在1分钟内，然后光电探测***对相同天空区域进行数据采集，每隔2分钟采集1次，共采集5次，并记录相应的数据采集时间，完成以上测试内容后，进行光电探测***暗背景测量，镜头灰尘污渍擦除前后相邻两次测试时间间隔ΔT为：
ΔT＝T1 后-T5 前 (2)
其中，T5 前是擦除镜头灰尘污渍前第5次测量时刻，T1 后是擦除镜头灰尘污渍后第1次测量时刻；
步骤Ⅳ：根据步骤Ⅱ和步骤Ⅲ测量数据，获得镜头灰尘污渍去除前后10分钟内天空背景辐射变化量，计算天空背景时间辐射变化率，建立光电探测***响应Ci(λ,T)与时间Ti之间线性响应关系：
Figure FDA0003210541210000021
Figure FDA0003210541210000022
其中，i表示第i次天空背景光测量，
Figure FDA0003210541210000023
表示擦除镜头污渍前Ti 前时刻测量响应值，
Figure FDA0003210541210000024
表示擦除镜头污渍后Ti 后时刻测量响应值，a前(λ)和a后(λ)分别是擦除镜头污渍前后时间辐射变化率，擦除镜头前后平均时间辐射变化率a(λ)为：
Figure FDA0003210541210000025
步骤Ⅴ：根据步骤Ⅳ计算结果，计算光电探测***在相同天空区域上，灰尘污渍去除前后ΔT时间内天空背景光的相对辐射变化量Γ(λ,ΔT)为：
Γ(λ,ΔT)＝a(λ)ΔT (6)
步骤Ⅵ：根据步骤Ⅴ获取的镜头灰尘污渍去除前后天空背景光的相对辐射变化量Γ(λ,ΔT)，精确计算镜头灰尘污渍对外场光电探测***辐射影响，即灰尘污渍对光学***的光谱透过率影响量
Figure FDA0003210541210000026
为：
Figure FDA0003210541210000027
其中，T1 后是镜头灰尘污渍去除后第1次测量时刻，T5 前是镜头灰尘污渍去除前第5次测量时刻。
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