红外光学系统因杂散辐射引起的最大像面温差计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种分析杂散辐射对红外光学系统所成像影响的方法，特别是涉及一 种红外光学系统因杂散辐射引起的最大像面温差的计算方法。
【背景技术】
[0002] 目前，杂散辐射系数、鬼像分析是两种评判杂散辐射对光学系统所成像影响的方 法。杂散辐射系数可以评价最终到达探测器靶面的杂散辐射量的多少，其大小为到达探测 器靶面的杂散辐射照度与到达探测器靶面的所有辐射照度的比值，比值越小，杂散辐射对 像面质量的影响越小。红外光学系统是否产生鬼像是系统设计关心的重点，鬼像是目标物 体发出的光线经机械结构或镜组的反射、折射后，在系统成像面附近生成的像。这个附加像 一般亮度较暗，但与原目标像分开，影响了成像质量。鬼像分析采取像面观察法和光线路径 追迹法。如果鬼像对成像的干扰较小，那么光学系统的成像就是合格的。
[0003] 但是，以上两种评判杂散辐射影响的方法都没有把杂散辐射与像面温度偏差联系 起来。在某些应用领域中需要知道杂散辐射与像面温度改变量之间的关系，比如目标模拟 器中的准直光学系统，设计指标中对由杂散辐射产生的背景最大温差做出了限制。杂散辐 射是对像面施加的附加辐射，会对最终的成像温度产生影响。经查新，有关论述杂散辐射与 其所产生的像面温度改变量的问题还没有在相关文献中见到。
【发明内容】
[0004] 为了克服现有的杂散辐射分析方法无法反映像面温差的不足，本发明提出了一种 红外光学系统因杂散辐射引起的最大像面温差的计算方法。
[0005] 为了实现本发明的目的，采取如下技术方案：
[0006] 一种红外光学系统因杂散辐射引起的最大像面温差的计算方法，包括以下步骤：
[0007] S1 :建立红外光学系统的杂散福射模型；
[0008] S2:将光源设置为某一温度的面源黑体，追迹光线后得到面源黑体经红外光学系 统所成的像；
[0009] S3 :用MATLAB处理S2得到的像面光照度图像，把像面合理分块为若干个小单元， 计算每一小单元上的能量大小；
[0010] S4 :根据S3的处理结果分析得到像面平均能量、最大单元能量和最小单元能量， 结合单元像面面积，计算局部辐照度偏差系数；
[0011] S5:根据红外光学系统视场对像面照度的影响，对局部辐照度偏差系数作出数值 修正；
[0012] S6:由局部辐照度偏差系数与像面偏差温度之间的关系式计算出最大偏差温度的 大小，所述局部辐照度偏差系数与像面偏差温度之间的关系为：
【主权项】
1. 一种红外光学系统因杂散辐射引起的最大像面温差的计算方法，其特征在于所述计 算方法步骤如下： 51 :建立红外光学系统的杂散辐射模型； 52 :将光源设置为某一温度的面源黑体，追迹光线后得到面源黑体经红外光学系统所 成的像； 53 :用MATLAB处理S2得到的像面光照度图像，把像面合理分块为若干个小单元，计算 每一小单元上的能量大小； 54 :根据S3的处理结果分析得到像面平均能量、最大单元能量和最小单元能量，结合 单元像面面积，计算局部辐照度偏差系数； 55 :根据红外光学系统视场对像面照度的影响，对局部辐照度偏差系数作出数值修 正； 56 :由局部辐照度偏差系数与像面偏差温度之间的关系式计算出最大偏差温度的大 小，所述局部辐照度偏差系数与像面偏差温度之间的关系为：
其中：= 为黑体辐射出射度公式； 第一辐射常数4= 3. 7418X 10 _16(Wgm2); 第二辐射常数c2= 1.4388X 10 _2(mgK); 入p为波段范围； AT为像面最大偏差温度； IY为理想像面温度； G为局部辐照度偏差系数。
2. 根据权利要求1所述的红外光学系统因杂散辐射引起的最大像面温差的计算方法， 其特征在于所述步骤S2中，光源为面光源。
3.根据权利要求1所述的红外光学系统因杂散辐射引起的最大像面温差的计算方法， 其特征在于所述S3中，把光照度图分割成为若干个小单元时，要使相邻区域单元内能量分 布接近，相邻单元相对能量改变量控制在1 %到2%之间。
4.根据权利要求1所述的红外光学系统因杂散辐射引起的最大像面温差的计算方法， 其特征在于所述步骤
S4中，局部辐照度偏差系数为： 其中：G为局部辐照度偏差系数； M_为所有局部单元的平均辐照度； Mmax为最大局部单元福照度； Mmin为最小局部单元福照度。
5.根据权利要求1所述的红外光学系统因杂散辐射引起的最大像面温差的计算方法， 其特征在于所述步骤S5中，光学系统视场与像面照度的关系为： Ee=Eccos4? ； 其中：E。为中心视场照度； 艮为边缘视场照度；w为光学系统视场大小。
6.根据权利要求1所述的红外光学系统因杂散辐射引起的最大像面温差的计算方法， 其特征在于所述步骤S6中，当光源为太阳光时，入射光为全波段，计算公式可化简为：
【专利摘要】本发明公开了一种红外光学系统因杂散辐射引起的最大像面温差计算方法，步骤如下：S1：建立红外光学系统的杂散辐射模型；S2：将光源设置为某一温度的面源黑体，追迹光线后得到面源黑体经红外光学系统所成的像；S3：处理像面光照度图像，把像面合理分块为若干个小单元，计算每一小单元上的能量大小；S4：根据处理结果分析得到像面平均能量、最大单元能量和最小单元能量，结合单元像面面积，计算局部辐照度偏差系数；S5：根据红外光学系统视场对像面照度的影响，对局部辐照度偏差系数作出数值修正；S6：由局部辐照度偏差系数与像面偏差温度之间的关系式计算出最大偏差温度的大小。本方法简单，计算量小，已经在实际项目中投入运用。
【IPC分类】G01J5-52
【公开号】CN104614080
【申请号】CN201510058240
【发明人】徐君, 王治乐, 钱育龙, 周程灏, 朱瑶, 孙婷婷
【申请人】哈尔滨工业大学
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年2月4日