技术领域
[0001] 本
发明涉及红外探测器定标技术领域，尤其涉及一种非制冷红外焦平面探测器自适应定标方法。
背景技术
[0002] 红外测温技术由于具有测温范围宽、不改变被测物体
温度场分布及能远距离非
接触测温等优点，获得了广泛的应用，并成为红外探测器重点应用领域之一。
[0003] 目前，由于非制冷红外焦平面探测器响应存在较严重的非均匀性，同时非制冷探测器输出易受到
环境温度和
机芯温度的影响，并长时间工作后容易发生温度漂移等，严重影响了非制冷探测器在测温领域的推广应用。如果采用合适的定标方法，可以减少非均匀性、环境温度等因素对红外探测器的影响，从而提高非制冷探测器的测温
精度；但现有非制冷红外探测器的定标方法中，对探测器长时间工作后产生的温度漂移采用的单点补偿方式，存在自适应性差的
缺陷，因此会产生较大误差。
[0004] 因此，针对以上不足，需要提供一种针对非制冷探测器的新的定标方法，以能够实时补偿探测器预定标曲线而完成自适应定标，改善探测器定标精度。
发明内容
[0005] 本发明要解决的技术问题在于，针对
现有技术中非制冷红外探测器的定标方法自适应性差，定标精度低的缺陷，提供一种非制冷红外焦平面探测器自适应定标方法。
[0006] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种非制冷红外焦平面探测器自适应定标方法，包括：基于不同目标温度的标准
黑体辐射源，在不同环境温度下通过非制冷红外焦平面探测器采集标准黑体辐射源图像，并根据标准黑体辐射源图像计算获得定标曲线；
[0007] 采集非制冷红外焦平面探测器的当前环境温度，并根据所述定标曲线计算当前视场内最高目标温度；使进入当前视场的金属挡片达到所述最高目标温度，再通过非制冷红外焦平面探测器采集金属挡片图像；
[0008] 根据标准黑体辐射源图像与金属挡片图像计算获得校正参数，再根据校正参数对所述定标曲线进行校正，完成定标。
[0009] 在根据本发明所述的非制冷红外焦平面探测器自适应定标方法中，所述通过非制冷红外焦平面探测器采集标准黑体辐射源图像的方法包括：将标准黑体辐射源和非制冷红外焦平面探测器放置于环境箱内；并使标准黑体辐射源的辐射面充满非制冷红外焦平面探测器的视场；
[0010] 依次改变环境箱的环境温度，并在每一个环境温度下，依次采集标准黑体辐射源在多个目标温度下的标准黑体辐射源图像。
[0011] 在根据本发明所述的非制冷红外焦平面探测器自适应定标方法中，依次改变环境箱的环境温度的方法包括：
[0012] 使环境温度在5-50℃范围内，以5℃为间隔依次改变。
[0013] 在根据本发明所述的非制冷红外焦平面探测器自适应定标方法中，标准黑体辐射源的目标温度的
选定方法包括：
[0014] 使标准黑体辐射源的目标温度在0-150℃范围内，以10℃为间隔依次改变。
[0015] 在根据本发明所述的非制冷红外焦平面探测器自适应定标方法中，所述根据标准黑体辐射源图像计算获得定标曲线的方法包括：
[0016] 采用5次多项式进行定标曲线拟合：
[0017] Ct(T)＝At0+At1xt+At2xt2+At3xt3+At4xt4+At5xt5，
[0018] 式中Ct(T)表示环境温度为t时的标准黑体辐射源目标温度值，xt表示环境温度为t时采集的标准黑体辐射源图像平均灰度值；At0表示初始系数，At1表示一号系数，At2表示二号系数，At3表示三号系数，At4表示四号系数，At5表示五号系数；
[0019] 通过不同环境温度及不同目标温度下采集的标准黑体辐射源图像平均灰度值，计算获得多项式系数At0至At5。
[0020] 在根据本发明所述的非制冷红外焦平面探测器自适应定标方法中，所述金属挡片上设置加热
薄膜和温度
传感器，加热薄膜在温控单元的控制下对金属挡片进行加热，温度传感器用于采集金属挡片的温度并传递给温控单元；所述金属挡片通过步进
电机控制移动。
[0021] 在根据本发明所述的非制冷红外焦平面探测器自适应定标方法中，所述计算获得校正参数的方法包括：
[0022] 根据所述当前环境温度选择对应的标准黑体辐射源图像，计算标准黑体辐射源图像平均灰度值Vl：
[0023]
[0024] 式中m为标准黑体辐射源图像的
水平像元总数，n为标准黑体辐射源图像的竖直像元总数，xij(φl)为标准黑体辐射源图像中第(i，j)像元响应输出灰度值，φl为非制冷红外焦平面探测器接收的标准黑体辐射强度；
[0025] 再计算当前环境温度下金属挡片图像平均灰度值Vh：
[0026]
[0027] 式中xij(φh)为金属挡片图像中第(i，j)像元响应输出灰度值，φh为非制冷红外焦平面探测器接收的金属挡片辐射强度。
[0028] 在根据本发明所述的非制冷红外焦平面探测器自适应定标方法中，所述计算获得校正参数的方法还包括：
[0029] 所述校正参数包括增益校正参数Gij和偏置校正参数Oij:
[0030]
[0031] Oij＝Vl-Gij·xij(φl)。
[0032] 在根据本发明所述的非制冷红外焦平面探测器自适应定标方法中，根据增益校正参数Gij和偏置校正参数Oij获得标准黑体辐射源或金属挡片校正后的灰度响应值x′ij(φ)：
[0033] x′ij(φ)＝Gij·xij(φ)+Oij，
[0034] 式中xij(φ)表示xij(φl)或xij(φh)。
[0035] 在根据本发明所述的非制冷红外焦平面探测器自适应定标方法中，将校正后的灰度响应值x′ij(φ)代入到定标曲线中，完成定标；
[0036] 所述定标曲线在使用过程中每隔五分钟进行一次校正，或目标温度变化每超过20℃时进行一次校正。
[0037] 实施本发明的非制冷红外焦平面探测器自适应定标方法，具有以下有益效果：本发明通过非制冷红外焦平面探测器采集可控温金属挡片图像数据与标准黑体辐射源图像数据，再采用两点校正方法获得校正参数，并对定标曲线进行校正。它在环境及场景发生较大变化时，仍能保证较高的定标精度，从而可使定标后的非制冷红外焦平面探测器具备定量测温能
力。
[0038] 本发明方法通过改变金属挡片温度自适应测量温度范围，通过金属挡片图像与标准黑体辐射源图像对探测器响应做两点校正运算，再针对测量温度范围进行校正，从而实时补偿定标曲线完成自适应定标，有效改善了探测器定标精度。
附图说明
[0039] 图1为根据本发明的非制冷红外焦平面探测器自适应定标方法的示例性
流程图；
[0040] 图2为根据本发明的通过非制冷红外焦平面探测器采集标准黑体辐射源图像的示例性装置图；
[0041] 图3为根据本发明的金属挡片与其它组件的连接结构示意图。
具体实施方式
[0042] 为使本发明
实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0043] 具体实施方式一、本发明提供了一种非制冷红外焦平面探测器自适应定标方法，结合图1所示，包括：
[0044] 基于不同目标温度的标准黑体辐射源，在不同环境温度下通过非制冷红外焦平面探测器采集标准黑体辐射源图像，并根据标准黑体辐射源图像计算获得定标曲线；
[0045] 采集非制冷红外焦平面探测器的当前环境温度，并根据所述定标曲线计算当前视场内最高目标温度；使进入当前视场的金属挡片达到所述最高目标温度，再通过非制冷红外焦平面探测器采集金属挡片图像；使金属挡片达到由定标曲线确定的所述最高目标温度，可以达到针对该场景下目标进行校正的效果，校正参数恰好可
覆盖目标温度范围，有助于提高测量精度和成像效果。
[0046] 根据标准黑体辐射源图像与金属挡片图像计算获得校正参数，再根据校正参数对所述定标曲线进行校正，完成定标。
[0047] 本实施方式中，首先对非制冷红外焦平面探测器进行预定标处理：获取非制冷红外焦平面探测器在不同环境温度下的辐射温度与探测器输出对应关系的拟合曲线。所述标准黑体辐射源图像包括在不同环境温度下，使标准黑体辐射源自身在多个设定的目标温度下，通过探测器所成图像。对图像和所述定标曲线预先进行保存。所述定标曲线可以采用多项式拟合的方式获得。设定多个环境温度，可计算获得不同环境温度下探测器的定标曲线。
[0048] 然后根据非制冷红外焦平面探测器所处环境的当前环境温度，确定当前视场内最高目标温度，使金属挡片达到最高目标温度并稳定后，送入非制冷红外焦平面探测器的视场，并完全充满探测器视场，然后采集并保存金属挡片图像。
[0049] 作为示例，所述金属挡片表面经过
氧化发黑处理，以提高表面发射率。
[0050] 作为示例，所述金属挡片的表面发射率高于0.95。
[0051] 所述金属挡片作为均匀参考源用于非制冷红外焦平面探测器的标定。它通过驱动机构驱动进入或移出非制冷红外焦平面探测器视场。
[0052] 在每一个设定的环境温度下，获得的多个目标温度的标准黑体辐射源图像，可用于计算获得设定的环境温度下标准黑体辐射源的定标曲线。
[0053] 进一步，结合图2所示，所述通过非制冷红外焦平面探测器采集标准黑体辐射源图像的方法包括：
[0054] 将标准黑体辐射源220和非制冷红外焦平面探测器230放置于环境箱210内；并使标准黑体辐射源220的辐射面充满非制冷红外焦平面探测器230的视场；
[0055] 依次改变环境箱210的环境温度，并在每一个环境温度下，依次采集标准黑体辐射源220在多个目标温度下的标准黑体辐射源图像。
[0056] 所述非制冷红外焦平面探测器230包括镜头231、探测器本体232和处理
电路233。
[0057] 采集非制冷红外焦平面探测器的当前环境温度后，调用已预存的定标曲线，根据定标曲线确定金属挡片的设置温度。
[0058] 所述标准黑体辐射源220需要靠近镜头231摆放，并使标准黑体辐射源220充满非制冷红外焦平面探测器230的整个视场。
[0059] 在实际使用中，通过环境箱电源调整环境箱210温度；待黑体温度和环境温度均稳定后，采集标准黑体辐射源图像。改变环境温度和黑体温度，即获得不同环境温度下不同目标温度黑体图像数据。
[0060] 作为示例，可采集不同设定环境温度下，目标温度为25℃时，标准黑体辐射源图像，并保存；保存的数据可在后续计算校正参数时使用。
[0061] 作为示例，依次改变环境箱的环境温度的方法包括：
[0062] 使环境温度在5-50℃范围内，以5℃为间隔依次改变。若温度间隔设定太小会导致数据量增大，而温度间隔太大又会影响定标精度。作为示例，标准黑体辐射源的目标温度的选定方法包括：
[0063] 使标准黑体辐射源的目标温度在0-150℃范围内，以10℃为间隔依次改变。与环境温度的间隔选定同理，温度间隔太小导致数据量增大，计算量增加，而温度间隔太大又会影响定标精度。
[0064] 进一步，所述根据标准黑体辐射源图像计算获得定标曲线的方法包括：
[0065] 采用5次多项式进行定标曲线拟合：
[0066] Ct(T)＝At0+At1xt+At2xt2+At3xt3+At4xt4+At5xt5，
[0067] 式中Ct(T)表示环境温度为t时的标准黑体辐射源目标温度值，xt表示环境温度为t时采集的标准黑体辐射源图像平均灰度值；At0表示初始系数，At1表示一号系数，At2表示二号系数，At3表示三号系数，At4表示四号系数，At5表示五号系数；
[0068] 通过某一环境温度及不同目标温度下采集的标准黑体辐射源图像平均灰度值xt(T1)、xt(T2)、xt(T3)……，计算获得多项式系数At0至At5，进而获得所述某一环境温度的定标曲线。其中T1、T2、T3……代表不同目标温度。
[0069] 改变环境温度t，重复上述拟合过程，可计算获得不同环境温度下对应的定标曲线。
[0070] 结合图2所示，上述获得定标曲线的拟合过程可通过个人计算机240实现，并同时存储不同的定标曲线。
[0071] 作为示例，所述定标曲线可以采用MatlAB
软件进行拟合计算获得。
[0072] 作为示例，对定标曲线的拟合可以采用分段拟合的方式，以提高拟合精度。
[0073] 进一步，结合图3所示，所述金属挡片320上设置加热薄膜330和温度传感器340，加热薄膜330在温控单元350的控制下对金属挡片320进行加热，温度传感器340用于采集金属挡片320的温度并传递给温控单元350；所述金属挡片320通过步进电机310控制移动。
[0074] 本实施方式中，金属挡片320在步进电机310的控制下进行动作；加热薄膜330紧贴金属挡片320放置，对金属挡片320加热；温度传感器340紧贴金属挡片320放置，采集金属挡片320的温度信息；温控单元350与加热薄膜330和温度传感器340电连接，用于在获取金属挡片320的温度信息后，控制加热薄膜330的加热功率。
[0075] 当根据所述定标曲线计算获得当前视场内最高目标温度后，可将最高目标温度传送给温控单元350，温控单元350再控制金属挡片320达到最高目标温度，待所述金属挡片320温度稳定后，再由步进电机310驱动，进入非制冷红外焦平面探测器230视场。
[0076] 进一步，所述计算获得校正参数的方法包括：
[0077] 根据所述当前环境温度选择对应的标准黑体辐射源图像，计算标准黑体辐射源图像平均灰度值Vl：
[0078]
[0079] 式中m为标准黑体辐射源图像的水平像元总数，n为标准黑体辐射源图像的竖直像元总数，xij(φl)为标准黑体辐射源图像中第(i，j)像元响应输出灰度值，φl为非制冷红外焦平面探测器接收的标准黑体辐射强度；
[0080] 平均灰度值Vl表示一幅图像中所有像元灰度值的平均值，其公式表示所有像元(
像素)灰度值的总和除以所有的像元数量，求出的平均值。
[0081] 再计算当前环境温度下金属挡片图像平均灰度值Vh：
[0082]
[0083] 式中xij(φh)为金属挡片图像中第(i，j)像元响应输出灰度值，φh为非制冷红外焦平面探测器接收的金属挡片辐射强度；金属挡片图像平均灰度值Vh的含义与平均灰度值Vl的含义相类似。
[0084] 再进一步，所述计算获得校正参数的方法还包括：
[0085] 所述校正参数包括增益校正参数Gij和偏置校正参数Oij:
[0086]
[0087] Oij＝Vl-Gij·xij(φl)。
[0088] 再进一步，根据增益校正参数Gij和偏置校正参数Oij获得标准黑体辐射源或金属挡片校正后的灰度响应值x′ij(φ)：
[0089] x′ij(φ)＝Gij·xij(φ)+Oij，
[0090] 式中xij(φ)表示xij(φl)或xij(φh)。
[0091] 灰度响应值x′ij(φ)的意义为：在原有标定曲线校正的
基础上，再进行一次两点校正，得到最终响应值。
[0092] 再进一步，将校正后的灰度响应值x′ij(φ)代入到定标曲线中，完成定标；即用灰度响应值x′ij(φ)替换定标曲线中的xt完成定标。
[0093] 所述定标曲线在使用过程中每隔五分钟进行一次校正，或目标温度变化每超过20℃时进行一次校正。
[0094] 本发明可用于非制冷红外焦平面探测器的在线校正，可设置每隔数分钟或目标温度有较大变化时重新进行校正过程，以更新校正参数，确保定标的可靠性。
[0095] 本发明的校正过程可通过预先编写的程序自动控制完成。
[0096] 综上所述，本发明能够自适应地实时补偿定标曲线，从而有效改善了探测器定标精度。
[0097] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行
修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
