长波红外相机辐射定标数据修正方法与流程

本发明涉及辐射定标领域，具体地，涉及长波红外相机辐射定标数据修正方法。

背景技术：

碲镉汞(hgcdte)三元化合物是一种最理想的红外探测材料，具有无可替代的地位。由于长波碲镉汞材料的禁带宽度极窄，材料中的微量位错、缺陷、杂质以及热应力等都将对探测器的性能产生决定性的影响，导致探测器芯片暗电流、噪声增大，甚至引起器件失效，因此，相机主体内部的辐射杂光或探测器焦面温度的波动对探测器输出信号影响较大。为了获取真实有效的图像输出，不仅对碲镉汞探测器芯片的制备工艺提出了更高的要求，还需要对红外探测器进行精确辐射定标，在定标过程中对集成后的相机如何进行关键部件温度修正成为长波红外相机辐射定标技术难点之一。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种长波红外相机辐射定标数据修正方法。

根据本发明提供的一种长波红外相机辐射定标数据修正方法，包括：

步骤一，长波红外相机对变温黑体进行不同温度成像，获取辐射定标数据data1；

步骤二，通过杂散光分析，获取长波红外相机内部杂散辐射的主要来源；

步骤三，长波红外相机对变温黑体固定温度进行成像，获取成像数据data2；改变长波红外相机内部杂散辐射源的温度，获取成像数据data3；

步骤四，对成像数据data2进行处理，得到长波红外相机探测器焦面温度变化对成像数据data2的修正关系△dnd；

步骤五，对成像数据data3进行处理，得到长波红外相机等效主体温度对成像数据data3的修正关系△dns；

步骤六，利用修正关系△dnd、△dns，修正辐射定标数据data1。

优选地，所述步骤一中的对变温黑体进行不同温度成像，是在真空罐内进行的。

优选地，所述步骤一中辐射定标数据data1，去除了长波红外相机暗背景噪声。

优选地，所述暗背景噪声，在对变温黑体的不同温度成像前分别获取。

优选地，所述步骤三中的成像数据data2，成像时长至少为长波红外相机单次成像最大时长的2～3倍。

优选地，所述步骤五中的对成像数据data3进行处理，采用加权法得到长波红外相机内部杂散辐射源等效温度，采用最小二乘法得到内部杂散辐射源变温修正系数。

优选地，长波红外相机探测器焦面温度变化对成像数据data2的修正关系△dnd：

△dnd＝k2·(t-td)(1)

其中，k2为开机时焦面温度对长波红外相机输出影响的修正系数，t为长波红外相机每次开机成像时刻的探测器焦面温度，td为标称的探测器焦面温度。

优选地，长波红外相机等效主体温度对成像数据data3的修正关系△dns：

ts＝q1t1+q2t2+q3t3+q4t4+q0(2)

△dns＝k1·(t0-ts)(3)

其中，k1为等效主体变温修正系数，t0为长波红外相机主体最佳工作温度，t1、t2、t3、t4分别为长波红外相机内部不同的杂散辐射源温度，其中，根据杂散光分析结果确定内部杂散辐射源数量；t1、t2、t3、t4分别对应的各温度修正因子为q1、q2、q3、q4，修正因子常量为q0。

优选地，内部杂散辐射源为主镜、次镜、三镜、分色片，温度分别为t1、t2、t3、t4。

优选地，获取长波红外相机对变温黑体第i个温度点定标数据修正关系dnci：

dnci＝dni+△dns+△dnd-dnni(4)

dni表示长波红外相机对变温黑体第i个温度点成像的图像信号；

dnni表示第i次成像前采集的长波红外相机暗背景信号。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明提升了长波红外相机辐射响应线性度，大幅度提高了对不同温度目标的识别能力，为精准的定量化反演工作奠定基础。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为长波红外相机辐射定标数据修正流程示意图。

图2为长波红外相机真空辐射定标示意图。

图3为长波红外相机修正前、后的辐射响应线性度对比图

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明提供一种长波红外相机辐射定标数据修正方法，包括以下步骤：

步骤一，长波红外相机对变温黑体进行不同温度成像，获取辐射定标数据data1；

步骤二，通过杂散光分析，获取长波红外相机内部杂散辐射的主要来源；

步骤三，长波红外相机对变温黑体固定温度进行成像，获取成像数据data2；改变长波红外相机内部杂散辐射源的温度，获取成像数据data3；

步骤四，对成像数据data2进行处理，得到长波红外相机探测器焦面温度变化对成像数据data2的修正关系△dnd；

步骤五，对成像数据data3进行处理，得到长波红外相机等效主体温度对成像数据data3的修正关系△dns；

步骤六，利用修正关系△dnd、△dns，修正辐射定标数据data1。

进一步地，所述步骤一中的对变温黑体进行不同温度成像，是在真空罐内进行的。

进一步地，所述步骤一中辐射定标数据data1，去除了长波红外相机暗背景噪声。

进一步地，所述暗背景噪声，在对变温黑体的不同温度成像前分别获取。

进一步地，所述步骤三中的成像数据data2，成像时长至少为长波红外相机单次成像最大时长的2～3倍。

进一步地，所述步骤五中的对成像数据data3进行处理，采用加权法得到长波红外相机内部杂散辐射源等效温度，采用最小二乘法得到内部杂散辐射源变温修正系数。

下面结合附图，对本实施例进一步描述，本实施例实现辐射定标数据修正后辐射响应线性度大幅度提升。

如图2所示，为了尽量模拟卫星在轨运行环境，长波红外相机辐射定标试验应在真空罐内进行。用已标定好的均匀、稳定的变温黑体作为定标源，将变温黑体置于低温平行光管焦平面处，使黑体辐射经低温平行光管准直后进入长波红外相机入光口。

依次设置变温黑体温度为200k、210k、220k、230k、240k、250k、260k、277k、290k、300k、310k、320k、330k、340k，长波红外相机分别对不同温度点的变温黑体进行成像，第i次成像前需采集长波红外相机暗背景信号dnni，假设长波红外相机对变温黑体第i个温度点成像的图像信号为dni，则有效图像信号为dni-dnni。

假设长波红外相机单次任务最长成像25分钟，将变温黑体温度调至300k，长波红外相机对变温黑体成像70分钟，获取成像数据dn值随探测器焦面温度的变化关系。假设t为长波红外相机每次开机成像时刻的探测器焦面温度，k2为开机时焦面温度对长波红外相机输出影响的修正系数(1k温差对应的成像数据dn值变化量)，td为标称的最佳探测器焦面温度，长波红外相机探测器焦面温度变化对成像数据dn值修正关系见公式(1)。

△dnd＝k2·(t-td)(1)

对长波红外相机建模，设置材质属性，采用tracepro杂散辐射分析软件仿真，获取长波红外相机内部杂散辐射源。通过改变长波红外相机内部杂散辐射源温度，基于数值拟合，获取长波红外相机等效主体温度与长波红外相机内部杂散辐射源温度的关系，及等效主体变温修正系数k1(1k温差对应的成像数据dn值变化量)。假设长波红外相机主体最佳工作温度为t0，内部杂散辐射源为主镜、次镜、三镜、分色片，温度分别为t1、t2、t3、t4，各温度修正因子为q1、q2、q3、q4(修正因子常量为q0)，可计算出等效主体温度ts，见公式(2)，长波红外相机主体温度变化对成像数据dn值修正关系见公式(3)。

ts＝q1t1+q2t2+q3t3+q4t4+q0(2)

△dns＝k1·(t0-ts)(3)

最后，获取长波红外相机对变温黑体第i个温度点定标数据修正关系dnci。

dnci＝dni+△dns+△dnd-dnni(4)

依次对变温黑体温度为200k、210k、220k、230k、240k、250k、260k、277k、290k、300k、310k、320k、330k、340k成像的定标数据进行修正。

获取定标数据dn值与变温黑体辐亮度关系曲线，计算辐射响应线性度。如图3所示，图3(a)修正前的辐射响应线性度为0.905，图3(b)修正后的辐射响应线性度为0.998，提升了长波红外相机辐射响应线性度，大幅度提高了对不同温度目标的识别能力，为精准的定量化反演工作奠定基础。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。