[发明专利]一种热像仪辐射定标精度分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及热像仪相关技术领域，尤其涉及一种热像仪辐射定标精度分析方法。

背景技术

在红外热像仪测试中被测量的物理量是地面场景像元的辐射亮度L,而热像仪输出信号是图像灰度值DN,要把热像仪获取的信号转换成辐射亮度值,还需要辐射定标过程。热像仪辐射定标过程是辐射标准的传递过程，经过多级的传递过程最终将初级黑体辐射源标准传递至热像仪入瞳辐射亮度标准，获取热像仪探测器响应值与入瞳处辐射亮度的对应关系。而辐射标准传递过程中使用的各种仪器，测量的各种参数等均会引入一定的不确定度，从而影响辐射定标的精度。

常用的辐射定标精度分析方法是分析辐射定标中对辐射亮度产生影响的各个参量，计算各分量的相对不确定度，并求出各个不确定度的方和根，将其作为辐射定标的定标精度。在利用热像仪进行探测时，所关心的数据是通过热像仪出的辐射亮度，其准确程度直接反应了测量质量的好坏。在进行红外数据仿真时，需要利用复原辐射亮度的不确定度及概率分布形式，得到不同辐射定标精度下仿真数据，以此进行辐射定标精度对红外测量数据后期应用的影响程度分析。显然，辐射定标的精度会影响复原辐射亮度的准确程度，但由各不确定度分量方和根所求出的不确定度如何用于红外测量数据的数据质量，目前并没有相关的分析。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种热像仪辐射定标精度分析方法，用于评价红外热像仪辐射亮度测量可靠性，提高了定标精度，改善了数据质量。

本发明提供的一种热像仪辐射定标精度分析方法，其改进之处在于，所述分析方法包括如下步骤：

(1)进行红外热像仪辐射定标实验，确定辐射定标系数；

(2)分析采用标准黑体辐射源进行辐射定标过程中影响入瞳辐射亮度的不确定度来源和各项影响量的相对不确定度大小；

(3)根据各不确定度分量合成入瞳辐射亮度的相对不确定度大小及概率分布形式；分析对辐射亮度标准产生影响的各个因素所引入的不确定度分量大小，以其方和根的形式合成辐射亮度的标准差σ_i；

(4)分析辐射定标过程入瞳辐射亮度相对不确定度对定标系数的影响，计算定标系数的不确定度大小及其概率分布形式，获取红外热像仪复原辐射亮度与图像DN值之间的对应关系；

(5)得到红外热像仪测量过程中其复原辐射亮度的不确定度及概率分布；

(6)确定所述红外热像仪实际的入瞳辐射亮度。

优选的，步骤(1)进行红外热像仪辐射定标实验，确定辐射定标系数，包括：

将黑体置于所述红外热像仪前作为辐射标准，根据普朗克公式将黑体温度转化为黑体辐射亮度，公式为：

式中，W_λ为光谱辐射出射度；C₁为第一辐射常数，其值为3.7415×10⁴(W·cm^-2·μm⁴)；λ为波长；C₂为第二辐射常数，其值为1.4388×10⁴(μm·K)；T为绝对温度；W₀为辐射出射度在某一波段的积分；λ₁为积分波段波长下限；λ₂为积分波段波长上限；ε_λ为光谱发射率；e为自然底数；由于黑体的光谱发射率为常数，故：

所述黑体在红外热像仪工作波段的辐射亮度为：

L₀＝W₀/π；

将已知辐射亮度的黑体对所述红外热像仪进行照射，获取多个辐射亮度等级下所述红外热像仪的响应值，再对二者进行线性拟合，公式为：

L₀＝b×DN+a；

式中，L₀为红外热像仪实际的入瞳辐射亮度；DN为在固定亮度下图像像元的灰度值；a、b为定标系数。

较优选的，不确定度来源包括黑体辐射源准确性、红外热像仪输出信号误差引入的不确定度、红外热像仪面均匀性引起的不确定度、线性拟合引起的不确定度和定标系统杂散光引入的不确定度；其中：

分析所述黑体辐射源准确性时，不确定度大小由黑体检测报告得到，其相对不确定度为δ₁；