HDR动态红外辐射源阵列靶标的制作方法

本发明涉及一种hdr动态红外辐射源阵列靶标，特别涉及一种高动态范围(hdr,high-dynamicrange)动态红外辐射源阵列靶标，适用于hdr热成像系统动态范围性能的测试；属于高动态红外成像技术领域。

背景技术：

热成像技术可根据景物温度或表面特性差异所形成的辐射差，以图像方式将景物辐射差异表现出来，具有被动成像、隐蔽性好、抗干扰能力强、可全天候工作等优点，在军事、工业、医疗、航空航天等领域有着广泛的应用。但在实际应用中，常规热成像系统视场中出现强辐射源(例如太阳、火焰等)时，场景辐射范围超过了系统响应的动态范围(约50～60db)，使得图像出现高温区域局部饱和或常温区域灰度压缩现象，致使场景目标丢失等，影响热成像系统的正常工作。为此，目前国际上发展了高动态范围(hdr,high-dynamicrange)热成像技术，使得系统的温度动态范围达到90～100db以上，可适应温差达1000℃以上的目标场景成像，具有更好的环境适应性。但是目前没有公认的对hdr热成像系统hdr动态范围性能的测试方法和仪器，其中一个核心问题是缺乏hdr动态红外辐射源靶标。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种hdr动态红外辐射源阵列靶标，该靶标用于测试现有hdr热成像系统的动态范围性能。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的。

hdr动态红外辐射源阵列靶标，包括：动态红外辐射源阵列、辐射源(模拟)驱动电路、fpga控制电路(下位机)、箱体、控制与处理计算机(上位机)。动态红外辐射源阵列、辐射源驱动电路和fpga控制电路封装在箱体内；

所述动态红外辐射源阵列分为稳态低温、动态可调谐中温和稳态高温三个区域；每个区域均设置若干个红外辐射源；

动态红外辐射源阵列的每个红外辐射源具有独立的程控驱动电路(即独立的电源)，并预先通过上位机在下位机设置温度调制规律(波形与频率)以及辐射源之间的相位差；之后在上位机的指令控制下，驱动下位机控制的辐射源(模拟)驱动电路实现对辐射单元的温度控制与调节；

所述动态可调谐中温区域中的红外辐射源数量不低于两个；

通过红外辐射功率计对辐射源特别是动态辐射源的功率进行标定。

实际测试时，将待测hdr热成像系统调焦成像于hdr动态红外辐射源阵列靶标，在上位机的同步控制下，采集待测hdr热成像系统输出的数字视频图像，通过多周期的序列图像中对应辐射源的灰度(温度)及其变化分析比较，确定高温、低温，特别是可调谐中温辐射源区域温度的再现性，实现对hdr热成像系统动态范围性能的测试评价。

有益效果

本发明可用于测试hdr热成像系统的动态范围性能。在上位机控制下，hdr动态红外辐射源阵列靶标依照设定产生动态温度输出，模拟热源目标复杂多变的环境，极大地方便了测试，使测试可在实验室环境进行。

附图说明

图1为本发明的红外辐射源阵列工作原理示意图；

图2为本发明的外观示意图；

图3为本发明的红外辐射源阵列正面结构实施示意图。

图中：1—红外辐射源，2—箱体。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例

hdr动态红外辐射源阵列靶标由动态红外辐射源阵列、辐射源程控(模拟)驱动电路、fpga控制电路(下位机)、箱体、控制与处理计算机(上位机)等部分组成，如图1所示。

箱体统一封装动态红外辐射源阵列、辐射源程控驱动电路和fpga控制电路，箱体内部电路与上位机通过rs232接口进行通信，如图2所示。

阵列靶标按照稳态高温区、稳态低温区、在一定范围内程控调谐的动态温度区进行二维辐射源阵列排布。

现采用两只低温稳态红外辐射源、六只中温动态可调谐红外辐射源和两只高温稳态红外辐射源，共计十只红外辐射源排布于箱体表面形成阵列，如图3所示。

所述低温稳态红外辐射源由半导体制冷片(tec，thermoelectriccooler)、pt100热敏电阻、外壳(光器件to-8规格封装)、窗口等部分组成。tec冷端可控温度范围-30℃～23℃(常温)，使用pt100热敏电阻进行精确测温。为防止tec冷端表面结霜，将tec完整封装到内部填充氮气的密闭外壳(光器件to-8规格封装)中，窗口为硒化锌材料，透过红外波段0.6～20μm。低温稳态红外辐射源工作时，利用热敏电阻实时测量tec冷端温度，并动态调整tec冷端温度至理想温度。

所述动态可调谐中温红外辐射源电热元件由高发射率镍铬合金(nicr)制成，动态可调谐温度范围23℃～700℃。nicr细丝由超薄金属条制成，金属条具有非常高的表面与体积比，因此基于nicr的红外辐射源具有非常短的热时间常数，加热、冷却或调节非常迅速。该辐射源可运行于调谐模式或稳态模式。

所述高温稳态红外辐射源使用ek-8620红外辐射源，可调温度范围23℃～1050℃。ek-8620稳态红外辐射源电热元件由kanthal细丝以圆柱形线圈的形式缠绕，并使用光器件to-8规格封装。ek-8620在稳定状态下工作，具有恒定的低压直流输入，使用寿命长。

采用上述三类辐射源排布成的阵列靶标温度范围-30℃～1050℃。

动态红外辐射源阵列的每个红外辐射源具有独立的程控驱动电路(即独立的电源)，并预先通过上位机在下位机设置温度调制规律(波形与频率)以及辐射源之间的相位差；之后在上位机的指令控制下，驱动下位机控制的辐射源(模拟)驱动电路实现对辐射单元的温度控制与调节。

hdr动态红外辐射源阵列靶标可工作于以下状态：

a.hdr动态红外辐射源阵列靶标工作于稳态模式：两只低温稳态红外辐射源温度分别稳定在-30℃和-10℃，两只高温稳态红外辐射源温度分别稳定在950℃和1050℃，六只中温动态红外辐射源温度在23℃～700℃之间保持一个稳定值。

b.hdr动态红外辐射源阵列靶标工作于动态模式：两只低温稳态红外辐射源温度分别稳定在-30℃和-10℃，两只高温稳态红外辐射源温度分别稳定在950℃和1050℃。预先通过上位机在fpga控制电路(下位机)设置温度变化波形为三角波，相邻三角波之间的相位差π/6。六只中温动态红外辐射源从23℃开始逐渐升温，按照设定的时间周期和控温关系周期性调制驱动辐射源，使得整个hdr动态红外辐射源阵列靶标形成在高温和低温稳态红外辐射源确定的hdr红外辐射范围下，中温动态辐射源输出具有周期性和设定相位差的六个红外辐射。这种具有周期性和设定相位差的红外辐射模拟了复杂热源环境中多个动态目标的温度变化。

实际测试时，将待测hdr热成像系统调焦成像于hdr动态红外辐射源阵列靶标，在上位机的同步控制下，采集待测hdr热成像系统输出的数字视频图像，通过多周期的序列图像中对应辐射源的灰度(温度)及其变化分析比较，确定高温、低温，特别是可调谐中温辐射源区域温度的再现性，实现对hdr热成像系统动态范围性能的测试评价。

以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。