內外定標結合的輻射特性測量方法

張濤

摘 要：提出了一種內外定標結合的輻射特性測量方法，克服了外定標時使用的面源黑體溫度范圍不足的缺點，使用面源低溫黑體對全系統低溫段進行外標定，而后使用腔型高溫黑體對部分光學系統高溫段進行內標定，而后消除雜散輻射、暗電流等影響，將線性溫度段擴展至全系統。實驗結果證明內外定標結合的方法可有效提高測量精度。

關鍵詞：紅外相機；輻射特性測量；光電經緯儀

中圖分類號：TP333.3 文獻標識碼：A 文章編號：2095-2163（2014）06-

Abstract： A method combined inner and outer calibration of radiation measurement is proposed in the paper. The disadvantage of low temperature range of area blackbody is avoided. The area blackbody is used for outer calibration in low temperature range for the full optical system and the tune blackbody is used for inner calibration in high temperature range for part of optical system. The affect of stray radiation and dark current is avoided and the linear temperature range is extended to the full system. Experiment results show that a high precision measurement is achieved with the inner and outer calibration

Key words： IR Camera； Radiation Measurement； Electric-optical Theodolite

0 引 言

近年來隨著紅外傳感器和紅外光學的發展，目標的紅外輻射特性已經成為目標特性測量的重要領域[1]。目標紅外輻射特性直接反映了目標的物理特征，獲取紅外輻射特性可以反演得到目標輻射亮度、溫度和輻射強度[2]。

例如在靶場測量領域，獲取目標紅外輻射特性有助于目標識別和目標特征獲取，對于其他特征不明顯的隱身目標，更具有重要的意義。

對于目標紅外輻射特性的獲取，一般有兩種手段，一是仿真計算，二是輻射測量實驗[3-4]。

具體來說，仿真計算是根據目標物理特征如材質、飛行速度、飛行高度等參數進行理論計算，雖不受場地環境影響，但缺乏驗證方法，只能作為一種輔助手段或提供理論分析依據。在實際使用中，只有通過輻射測量實驗才能得到目標的真實特性。

通常，可將輻射測量實驗分為三個步驟，紅外系統輻射定標，紅外輻射特性測量和紅外輻射特性反演。在紅外輻射特性測量中，大氣會對目標的輻射特性產生吸收、散射，而大氣自身的輻射又會疊加在目標輻射特性上，同時還存在地面吸收、散射、輻射等因素，所以需要對大氣透過率、程輻射進行測量以便在反演時獲得目標自身的真實輻射特性。

1 紅外輻射特性測量定標

在紅外輻射特性測量系統工作之前，首先要對測量系統的特性進行定標，確定測量系統的線性度，同時通過分析定標數據和理論分析的目標溫度，得出切換紅外傳感器積分時間和切換光學系統中性濾光片的檔位策略，由此而使得目標成像灰度值處于測量系統線性度比較理想的區域內。

1.1外定標和內定標

4 結束語

使用內外定標結合的算法，可以有效解決沒有大面陣高溫黑體無法對全系統進行全溫度范圍標定的問題，并且可以顯著提高測量精度，實驗結果表明測量精度可從5.8%提高至2.8%。同時，實驗結果還進一步證明對于高溫目標，短波紅外的測量精度更高，此結論可為設備布站、設備總體設計和任務方案制定提供有益參考及必要依據。

參考文獻：

[1] 袁軼慧，張俊舉，等.飛行彈丸表面溫度與紅外輻射特性測量研究[J].兵工學報，2010，31（8）： 1090-1094.

[2] 楊威，張建奇，等.飛行彈丸紅外輻射特性的理論計算[J].紅外與激光工程，2005，34（1）：42-45.

[3] 夏新林，艾青，等.飛機蒙皮紅外輻射的瞬態溫度場分析[J]. 紅外與毫米波學報，2007，26（3）：174-177.

[4] 劉濤，姜衛東等.彈道中段目標動態紅外輻射特性仿真計算[J].紅外與激光工程，2008，37 （6）：955-958.

[5] 韓玉閣，宣益民.大氣傳輸特性對目標與背景紅外輻射特性的影響[J].應用光學，2002，23 （6）：8-11.