不同視場(chǎng)地基紅外成像設(shè)備定標(biāo)方法及時(shí)機(jī)分析

鄒前進(jìn)，張恒偉，王 東，劉小虎，田壯壯

不同視場(chǎng)地基紅外成像設(shè)備定標(biāo)方法及時(shí)機(jī)分析

鄒前進(jìn)，張恒偉，王 東，劉小虎，田壯壯

（63891部隊(duì)，河南 洛陽 471003）

目標(biāo)紅外輻射特性可用于目標(biāo)特征識(shí)別，如何有效獲取目標(biāo)紅外輻射特性，對(duì)目標(biāo)預(yù)警、偵察及隱身效果評(píng)估等意義重大。針對(duì)當(dāng)前外場(chǎng)實(shí)裝地基紅外成像設(shè)備定標(biāo)參數(shù)獲取難題，對(duì)近距離擴(kuò)展面源定標(biāo)法、平行光管定標(biāo)法、遠(yuǎn)距離擴(kuò)展面源定標(biāo)法等3種方法進(jìn)行了分析，采用上述3種方法對(duì)不同視場(chǎng)外場(chǎng)紅外成像設(shè)備進(jìn)行了定標(biāo)實(shí)驗(yàn)研究，獲得了不同方法下響應(yīng)參數(shù)。針對(duì)遠(yuǎn)距離擴(kuò)展面源定標(biāo)法定標(biāo)結(jié)果隨距離變化情況，設(shè)計(jì)了不同調(diào)焦?fàn)顟B(tài)和工作時(shí)長下制冷熱像儀定標(biāo)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示紅外成像設(shè)備的離焦?fàn)顟B(tài)、工作時(shí)長對(duì)制冷型紅外成像設(shè)備響應(yīng)參數(shù)影響較小。外場(chǎng)定標(biāo)誤差主要來源于環(huán)境雜散輻射、大氣透過率及路徑輻射計(jì)算。外場(chǎng)條件下應(yīng)采用近距離直接擴(kuò)展點(diǎn)源定標(biāo)方法對(duì)地基紅外成像設(shè)備不同航次擇機(jī)定標(biāo)；同時(shí)擴(kuò)展面源定標(biāo)法定標(biāo)距離一般不超過10m，響應(yīng)參數(shù)誤差此時(shí)相對(duì)近距離定標(biāo)約5%左右。

地基紅外成像設(shè)備；響應(yīng)參數(shù)；離焦；工作時(shí)長

0 引言

紅外輻射特性是目標(biāo)自身固有特征之一，掌握目標(biāo)紅外輻射特性可支撐目標(biāo)的特征識(shí)別，最終實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離目標(biāo)識(shí)別，從而在實(shí)戰(zhàn)中占據(jù)有利態(tài)勢(shì)[1-3]。在信息化需求下，紅外輻射數(shù)據(jù)可以結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)庫技術(shù)，建立典型目標(biāo)及背景的紅外輻射特性數(shù)據(jù)庫，并對(duì)典型目標(biāo)的紅外輻射規(guī)律性進(jìn)行分析，可用于目標(biāo)預(yù)警、目標(biāo)偵察識(shí)別及目標(biāo)隱身效果評(píng)估等領(lǐng)域，并提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[1-4]，因此對(duì)多種條件下的目標(biāo)紅外輻射特性測(cè)試需求巨大，需盡可能利用外場(chǎng)條件進(jìn)行目標(biāo)紅外輻射特性測(cè)試；在一些試驗(yàn)或訓(xùn)練中無法使用專用紅外輻射特性測(cè)量設(shè)備。外場(chǎng)紅外成像設(shè)備一般不是專用的紅外輻射特性測(cè)量設(shè)備，因此何時(shí)及采用何種方法對(duì)其進(jìn)行定標(biāo)，是當(dāng)前結(jié)合外場(chǎng)紅外成像設(shè)備實(shí)裝目標(biāo)輻射特性測(cè)試面臨的難題。

利用實(shí)際外場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行目標(biāo)紅外輻射測(cè)量的精度不但與設(shè)備自身性能相關(guān)，還與外場(chǎng)環(huán)境、輻射定標(biāo)方法、定標(biāo)時(shí)機(jī)等因素有關(guān)。地基紅外成像設(shè)備在對(duì)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)前或后，需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行定標(biāo)以確定其響應(yīng)參數(shù)，但常面臨以下問題：外場(chǎng)設(shè)備探測(cè)距離較遠(yuǎn)，定標(biāo)時(shí)對(duì)黑體非理想成像，產(chǎn)生離焦模糊；受限于設(shè)備結(jié)構(gòu)，設(shè)備升高或旋轉(zhuǎn)式工作等因素，定標(biāo)時(shí)很難完全貼近設(shè)備光學(xué)系統(tǒng)；實(shí)際使用時(shí)，定標(biāo)時(shí)機(jī)較少。但紅外成像設(shè)備響應(yīng)參數(shù)定標(biāo)方法對(duì)提高紅外輻射測(cè)量精度十分重要，本文將研究不同定標(biāo)方法和定標(biāo)時(shí)間下設(shè)備響應(yīng)參數(shù)變化，為紅外成像設(shè)備的外場(chǎng)應(yīng)用提供支撐[5-8]。

本文分別采用近距離擴(kuò)展面源定標(biāo)法、遠(yuǎn)距離擴(kuò)展面源法和平行光管定標(biāo)法對(duì)地基紅外成像設(shè)備響應(yīng)參數(shù)進(jìn)行了測(cè)試，并通過分析和試驗(yàn)驗(yàn)證了近距離擴(kuò)展面源定標(biāo)法、遠(yuǎn)距離擴(kuò)展面源法在外場(chǎng)適用性及地基紅外成像設(shè)備最佳定標(biāo)時(shí)機(jī)。

1 定標(biāo)方法分析及響應(yīng)參數(shù)測(cè)試

1.1 定標(biāo)方法分析

紅外成像設(shè)備的成像過程為：目標(biāo)/背景紅外輻射經(jīng)大氣以及光學(xué)系統(tǒng)傳輸后，會(huì)聚到紅外探測(cè)器，其探測(cè)器輸出的數(shù)字圖像灰度與到達(dá)探測(cè)器的輻射亮度存在線性關(guān)系。輻射定標(biāo)目的是獲取設(shè)備響應(yīng)參數(shù)，一般包括響應(yīng)率和響應(yīng)偏置等，從而獲得目標(biāo)輻射與圖像灰度之間定量關(guān)系[7-9]。

1.1.1 近距離擴(kuò)展面源定標(biāo)法

近距離擴(kuò)展面源定標(biāo)法是當(dāng)前地基紅外成像設(shè)備較為常見的定標(biāo)方法之一。一般是利用發(fā)射率高，均勻性好的大面源黑體作為定標(biāo)源，通常將面源黑體緊貼紅外成像設(shè)備的入瞳，一般用于可將面源黑體緊貼紅外成像設(shè)備的情況，定標(biāo)原理如圖1所示。

圖1 近距離擴(kuò)展面源定標(biāo)法

分別設(shè)置黑體為兩個(gè)或多個(gè)溫度，計(jì)算不同溫度下黑體輻射量與其圖像灰度關(guān)系，可以獲得紅外成像設(shè)備響應(yīng)參數(shù)，計(jì)算公式如下式(1)所示[8,10]，可以看出紅外成像設(shè)備圖像灰度與到達(dá)探測(cè)器的紅外輻射通量存在線性關(guān)系。

式中：為黑體圖像灰度；為探測(cè)器線性增益；為量子轉(zhuǎn)化效率；int為積分時(shí)間；為普朗克常量；為光速；為探測(cè)器接收到的輻射通量；為波段內(nèi)的響應(yīng)偏置，包括暗電流、系統(tǒng)的雜散輻射以及反射周圍環(huán)境輻射等因素引起的偏置。

到達(dá)紅外探測(cè)器的紅外輻射通量一般由下式計(jì)算：

式中：opt為光學(xué)系統(tǒng)透過率；為探測(cè)器面積；為光學(xué)系統(tǒng)入瞳的口徑；為光學(xué)系統(tǒng)的焦距；e為黑體輻射亮度；為入射光線與探測(cè)器法線之間夾角。

對(duì)于用于遠(yuǎn)距離測(cè)試的地基紅外成像設(shè)備，視場(chǎng)角多為幾度，較?。碿os≈1），不同探測(cè)器輻射通量可看作與入射方向無關(guān)定量，即單個(gè)像元所接受到的輻射通量與入射的輻射亮度e成線性關(guān)系。因此紅外成像設(shè)備圖像灰度與到達(dá)探測(cè)器的紅外輻射亮度近似存在線性關(guān)系，如式(3)所示。紅外圖像灰度值與黑體不同溫度下輻射量值聯(lián)立獲得方程組，利用MATLAB等軟件對(duì)上述方程組擬合分析可得到紅外成像設(shè)備波段響應(yīng)參數(shù)。

＝e＋(3)

式中：為紅外成像設(shè)備波段響應(yīng)率。

1.1.2 遠(yuǎn)距離擴(kuò)展面源法

遠(yuǎn)距離擴(kuò)展面源法是將面源黑體放置在距離紅外成像設(shè)備入瞳一定距離處，獲得紅外成像設(shè)備響應(yīng)參數(shù)，一般用于紅外成像設(shè)備較高或周掃式紅外成像設(shè)備等外場(chǎng)定標(biāo)情況。由于外場(chǎng)地基紅外成像設(shè)備測(cè)試對(duì)象多為遠(yuǎn)距離目標(biāo)，一般不具備調(diào)焦功能；同時(shí)黑體面積有限，不能放置太遠(yuǎn)，僅限于幾十米以內(nèi)，設(shè)備成非清晰像，定標(biāo)的原理如圖2所示。

圖2 遠(yuǎn)距離擴(kuò)展面源定標(biāo)法

當(dāng)定標(biāo)用黑體輻射面積無窮大時(shí)，遠(yuǎn)距離擴(kuò)展面源定標(biāo)法單個(gè)像元的輻射通量與近距離擴(kuò)展面源定標(biāo)法一致；但受限于黑體面積及非理想成像影響，需要考慮光學(xué)系統(tǒng)對(duì)黑體的彌散；考慮本文定標(biāo)距離約幾十米內(nèi)一般可不考慮大氣傳輸影響[10]，并考慮大氣傳輸計(jì)算精度多在15%～20%[11-13]，因此在不考慮路徑輻射情況下，各像元的輻射通量為近距離擴(kuò)展面源定標(biāo)法輻射通量與路徑透過率及彌散因子的乘積，一般無法直接計(jì)算獲得。

1.1.3 平行光管定標(biāo)法

另外一種較為常見的定標(biāo)方法是平行光管定標(biāo)法。一般將黑體置于大口徑平行光管的像面處，實(shí)現(xiàn)對(duì)黑體均勻擴(kuò)束，可實(shí)現(xiàn)對(duì)紅外成像設(shè)備定標(biāo)，一般用于室內(nèi)定標(biāo)情況。與近距離擴(kuò)展源定標(biāo)不同，該方法在本質(zhì)上是對(duì)黑體出射光實(shí)現(xiàn)理想成像。平行光管定標(biāo)對(duì)紅外成像設(shè)備定標(biāo)的原理如圖3所示。

圖3 平行光管定標(biāo)法

由于平行光管模擬的是無窮遠(yuǎn)目標(biāo)，與上述標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展源輻射定標(biāo)法類似，則探測(cè)器各個(gè)像元上的輻射通量如下式所示。

式中：opt為平行光管透過率；col為平行光管焦距，一般遠(yuǎn)大于成像設(shè)備的焦距。

由于大口徑平行光管焦距一般遠(yuǎn)大于紅外成像設(shè)備焦距，因此單個(gè)像元所接受到的輻射通量與入射的輻射亮度也成線性關(guān)系；理論上，修正光學(xué)系統(tǒng)透過率后兩種定標(biāo)結(jié)果一致。

1.2 紅外成像設(shè)備響應(yīng)參數(shù)測(cè)試

對(duì)地基紅外成像設(shè)備響應(yīng)參數(shù)進(jìn)行了測(cè)試，波段范圍3.7～4.8mm，光學(xué)系統(tǒng)為透射式，制冷方式為斯特林制冷，探測(cè)器規(guī)模為640×512，圖像幀頻為50Hz。測(cè)試中定標(biāo)黑體為以色列CI的SR800黑體，輻射面大小約為178mm×178mm，輻射面發(fā)射率為0.97±0.01，使用溫度范圍0℃～90℃，溫度精度為±0.02℃（@＜100℃）。分別將溫度設(shè)定為5℃～40℃（間隔5℃），結(jié)合普朗克公式和黑體表面發(fā)射率可以獲得不同溫度下黑體輻射亮度。定標(biāo)數(shù)據(jù)處理過程如下：取不同溫度對(duì)應(yīng)圖像中心的部分區(qū)域的灰度平均；利用普朗克公式計(jì)算不同溫度對(duì)應(yīng)的輻射亮度；對(duì)數(shù)據(jù)剔除異常點(diǎn)后，結(jié)合式(3)進(jìn)行擬合分析，得到地基紅外成像設(shè)備響應(yīng)參數(shù)。

1）近距離擴(kuò)展面源定標(biāo)法結(jié)果

近距離定標(biāo)結(jié)果如圖4所示，設(shè)備大視場(chǎng)響應(yīng)參數(shù)值約為1056，值約為21002。設(shè)備小視場(chǎng)響應(yīng)參數(shù)值約為780，值約為24540，對(duì)灰度異常點(diǎn)增加點(diǎn)剔除后響應(yīng)參數(shù)值約為704，值約為25345；分析圖像發(fā)現(xiàn)，由于黑體輻射面積無法完全覆蓋紅外成像設(shè)備入瞳，受限于設(shè)備結(jié)構(gòu)，黑體無法完全貼合光學(xué)系統(tǒng)，操作等晃動(dòng)導(dǎo)致出現(xiàn)高溫點(diǎn)數(shù)據(jù)偏大。

圖4 近距離擴(kuò)展面源定標(biāo)法定標(biāo)結(jié)果

2）遠(yuǎn)距離擴(kuò)展面源定標(biāo)法定標(biāo)結(jié)果

紅外成像設(shè)備遠(yuǎn)距離擴(kuò)展面源定標(biāo)結(jié)果如圖5所示。設(shè)備大視場(chǎng)10m、20m、40m、60m響應(yīng)參數(shù)約為：998、976、940、920；響應(yīng)參數(shù)約為21774、21954、22214、22464。小視場(chǎng)響應(yīng)參數(shù)約為687、673、658、646；響應(yīng)參數(shù)為25493、25569、25682、25802。

圖5 遠(yuǎn)距離擴(kuò)展面源定標(biāo)法定標(biāo)結(jié)果

3）平行光管定標(biāo)法結(jié)果

平行光管焦距約為3m，出口直徑約為400mm，全波段透過率約為0.95。結(jié)合公式(3)和(4)，修正平行光管透過率后，定標(biāo)結(jié)果如圖6所示。設(shè)備大視場(chǎng)響應(yīng)參數(shù)值約為1044，值約為26834；小視場(chǎng)響應(yīng)參數(shù)值約為695，值約為25392。

圖6 平行光管定標(biāo)結(jié)果

2 定標(biāo)結(jié)果分析及驗(yàn)證

根據(jù)定標(biāo)方法分析可知，當(dāng)設(shè)備探測(cè)目標(biāo)距離較遠(yuǎn)，本身對(duì)定標(biāo)黑體非理想成像，產(chǎn)生離焦模糊；同時(shí)由于遠(yuǎn)距離情況下黑體未充滿視場(chǎng)，特別是本文中當(dāng)定標(biāo)距離大于40m后成像像素規(guī)模小于6×6，背景輻射以雜散輻射的形式進(jìn)入視場(chǎng)，將影響最終定標(biāo)結(jié)果[11-12]。在不考慮其他影響因素的條件下，分析紅外成像設(shè)備下離焦對(duì)最終響應(yīng)參數(shù)的影響。由圖2及牛頓成像公式可得離焦量引起的彌散斑如下式所示：

式中：為彌散斑半徑；為紅外成像設(shè)備口徑；為離焦量；為紅外成像設(shè)備焦距；為黑體到達(dá)紅外成像設(shè)備距離。

理論上彌散斑內(nèi)呈二維高斯分布，如下式所示：

式中：，為成像像素位置。

因此黑體可看作呈高斯分布無數(shù)點(diǎn)光源的集合。即模糊圖像的每一個(gè)像素點(diǎn)為清晰圖像的每一個(gè)像素點(diǎn)與點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)做卷積。假設(shè)黑體成像于圖像中心處，設(shè)背景25℃為均勻，目標(biāo)溫度為40℃。對(duì)5m和10m定標(biāo)距離下黑體成像輻射進(jìn)行了計(jì)算，如圖7所示?？芍S著距離的增加，成像面積減小，目標(biāo)的彌散程度也減?。荒繕?biāo)彌散主要影響的是圖像的邊緣部分。如定標(biāo)時(shí)距離控制在5～10m內(nèi)，雖然彌散程度較大，但是黑體在探測(cè)器上的成像為面目標(biāo)大于30×30個(gè)像素，定標(biāo)選取黑體圖像中心3×3區(qū)域灰度平均，非清晰成像的彌散并不影響黑體本身到達(dá)探測(cè)器像面的紅外輻射，因此紅外成像設(shè)備的遠(yuǎn)距離響應(yīng)參數(shù)變化主要來自于環(huán)境輻射雜散。

圖7 5m and 10m離焦仿真結(jié)果示意圖

為驗(yàn)證上述分析結(jié)果，設(shè)計(jì)了可調(diào)焦紅外熱像儀定標(biāo)試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)時(shí)首先使得熱像儀對(duì)無窮遠(yuǎn)目標(biāo)成像，定標(biāo)獲得熱像儀最大離焦?fàn)顟B(tài)下響應(yīng)參數(shù)；手動(dòng)調(diào)整熱像儀離焦量，在不同調(diào)焦圈數(shù)情況下定標(biāo)獲得不同離焦?fàn)顟B(tài)下響應(yīng)參數(shù)；調(diào)節(jié)光學(xué)系統(tǒng)確保面源黑體清晰成像，獲得清晰成像下響應(yīng)參數(shù)。

熱像儀型號(hào)為ImageIR 8300，波段為3.7～4.8mm，光學(xué)系統(tǒng)為透射式，探測(cè)器為斯特林制冷，探測(cè)器規(guī)模為640×512，焦平面大小約為9.6mm×7.68mm，實(shí)驗(yàn)積分時(shí)間為1.65ms。定標(biāo)黑體與上文一致，定標(biāo)距離設(shè)置為5m和10m，黑體溫度設(shè)置在10℃～40℃范圍內(nèi)，以10℃為間隔，系統(tǒng)調(diào)焦情況由聚焦于無窮遠(yuǎn)到黑體成清晰像，每個(gè)定標(biāo)距離獲取4種調(diào)焦?fàn)顟B(tài)，總共獲取32組數(shù)據(jù)，每組數(shù)據(jù)中含有100幀紅外圖像。5m和10m不同定標(biāo)距離下不同調(diào)焦?fàn)顟B(tài)的響應(yīng)參數(shù)如表1所示。

表1 定標(biāo)距離為5m和10m時(shí)響應(yīng)參數(shù)結(jié)果

10m距離下不同離焦?fàn)顟B(tài)下熱像儀實(shí)測(cè)紅外圖像如圖8所示。

圖8 10m定標(biāo)距離不同離焦?fàn)顟B(tài)的紅外圖像

由表1可以看出遠(yuǎn)距離擴(kuò)展面源定標(biāo)方法下，不同的調(diào)焦?fàn)顟B(tài)對(duì)響應(yīng)參數(shù)影響不大，響應(yīng)參數(shù)誤差小于1%。說明一定距離擴(kuò)展面源定標(biāo)下，不同的離焦?fàn)顟B(tài)對(duì)響應(yīng)參數(shù)影響不大，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論分析是一致的。

同時(shí)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了該熱像儀自身輻射對(duì)響應(yīng)參數(shù)的影響。設(shè)置紅外熱像儀成像于無窮遠(yuǎn)，熱像儀的工作時(shí)長為開機(jī)后為10min、40min、80min、110min；面源黑體溫度設(shè)置在10℃～40℃范圍內(nèi)，以10℃為間隔，采用直接擴(kuò)展源定標(biāo)方法，獲取紅外熱像儀不同時(shí)間下響應(yīng)參數(shù)。試驗(yàn)共獲取了16組數(shù)據(jù)，每組數(shù)據(jù)中含有100幀紅外圖像，紅外熱像儀響應(yīng)參數(shù)隨時(shí)間變化見圖9。

圖9 不同時(shí)長下響應(yīng)參數(shù)變化示意圖

在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境溫度變化較小的條件下，制冷型紅外熱像儀的定標(biāo)響應(yīng)參數(shù)隨工作時(shí)間變化小于0.2%。因此，定標(biāo)誤差主要受限于環(huán)境雜散輻射、不同距離下大氣透過率及路徑輻射的精確計(jì)算，應(yīng)盡量避免。

綜上，紅外成像設(shè)備的響應(yīng)參數(shù)與設(shè)備所處環(huán)境溫度、光學(xué)系統(tǒng)溫度、面源黑體、定標(biāo)方法和背景輻射等存在一定關(guān)系。在利用外場(chǎng)紅外成像設(shè)備進(jìn)行目標(biāo)特性測(cè)試時(shí)，一般盡可能對(duì)每個(gè)航次均進(jìn)行定標(biāo)。對(duì)同一航次紅外成像設(shè)備進(jìn)行定標(biāo)時(shí)，環(huán)境溫度基本不變，設(shè)備光學(xué)系統(tǒng)溫度、探測(cè)器溫度等基本一致，單航次定標(biāo)結(jié)果主要與背景輻射有關(guān)，應(yīng)盡量降低背景輻射影響。

考慮實(shí)際情況在外場(chǎng)應(yīng)盡可能采用近距離直接擴(kuò)展點(diǎn)源定標(biāo)方法對(duì)地基紅外成像設(shè)備進(jìn)行定標(biāo)；同時(shí)建議考慮高于環(huán)境溫度段進(jìn)行定標(biāo)，以減少背景輻射在最終到達(dá)紅外探測(cè)器輻射比例，提高定標(biāo)精度。受限于地基紅外成像設(shè)備結(jié)構(gòu)，無法利用直接擴(kuò)展點(diǎn)源方法時(shí)，可采用遠(yuǎn)距離擴(kuò)展面源定標(biāo)法，需要輻射面較大的面源黑體，距離一般不應(yīng)超過10m，此時(shí)響應(yīng)率誤差較近距離定標(biāo)一般可控制在5%以內(nèi)。對(duì)于平行光管定標(biāo)法，其數(shù)據(jù)穩(wěn)定，一致性好，但當(dāng)前國內(nèi)無可在外場(chǎng)使用的定標(biāo)用平行光管，平行光管定標(biāo)結(jié)果可作為外場(chǎng)定標(biāo)結(jié)果的參考值。

3 結(jié)論

對(duì)不同視場(chǎng)地基紅外成像設(shè)備定標(biāo)方法進(jìn)行了試驗(yàn)研究和分析。試驗(yàn)表明：在外場(chǎng)盡可能使用近距離擴(kuò)展面源定標(biāo)法獲取設(shè)備響應(yīng)參數(shù)；對(duì)于制冷型紅外成像設(shè)備，在同一航次采用測(cè)量前還是測(cè)量后定標(biāo)差異較小，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況確定。當(dāng)受限于外場(chǎng)設(shè)備結(jié)構(gòu)，升降式或周掃式等紅外成像設(shè)備不適用近距離擴(kuò)展面源定標(biāo)法時(shí)，可在成像像素規(guī)模大于30×30時(shí)，采用遠(yuǎn)距離擴(kuò)展面源定標(biāo)法，定標(biāo)距離盡可能靠近成像設(shè)備，并盡量采用高溫段對(duì)設(shè)備進(jìn)行定標(biāo)；紅外成像設(shè)備在赴外前應(yīng)進(jìn)行不同溫度下室內(nèi)平行光管定標(biāo)，以獲得設(shè)備在不同溫度的響應(yīng)參數(shù)參考值，“內(nèi)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室定標(biāo)＋外場(chǎng)復(fù)核”的方法開展可有效提高紅外成像設(shè)備定標(biāo)響應(yīng)參數(shù)可信度，為外場(chǎng)條件目標(biāo)紅外輻射特性測(cè)試提供支撐。研究結(jié)果外場(chǎng)地基紅外成像設(shè)備目標(biāo)紅外輻射特性測(cè)試、定標(biāo)應(yīng)用及技術(shù)改造，以及相關(guān)紅外目標(biāo)特性測(cè)量系統(tǒng)定標(biāo)設(shè)備研制具有一定參考意義。

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Analysis of Calibration Method and Occasion of Ground-based Infrared Imaging Equipments with Different FOVs

ZOU Qianjin，ZHANG Hengwei，WANG Dong，LIU Xiaohu，TIAN Zhuangzhuang

(No. 63891 Troops of PLA, Luoyang 471003, China)

We can use the infrared radiation characteristics of a target for target recognition. Data on infrared radiation characteristics obtained by out-field infrared imaging equipment is significant in evaluating early warning, reconnaissance, and stealth effects. It is difficult to obtain the response coefficients of out-field infrared imaging equipment. We introduced and compared radiometric calibration methods using a collimator and an extended-area blackbody. We conducted experiments using different calibration methods and then provided response coefficients of the out-field infrared imaging equipment. The long-distance radiometric calibration results showed different response coefficients at different distances. An infrared imaging system conducted calibration experiments with different working times and fusions. The radiometric out-of-focus calibration results showed that diffusion is not the main factor influencing calibration. Calibration experiments for different working times also showed that the response coefficients remained unchanged. The factors affecting the radiometric calibration of the out-field infrared imaging equipment are environmental radiation, path radiation, and path transmission. Short-distance radiometric calibration using an extended-area blackbody is necessary to obtain the response coefficients of the out-field infrared imaging equipment. If the radiometric calibration distance is less than 10 m, the error between the short- and long-distance radiometric calibrations is approximately 5%. This research helps out-field radiometric calibration of ground-based infrared imaging equipment and designs a radiometric calibration–measuring system.

ground-based infrared imaging equipment, response coefficient, diffusion, working time

P422

A

1001-8891(2023)11-1236-06

2022-06-10；

2022-07-20.

鄒前進(jìn)（1982-），男，碩士，高級(jí)工程師，從事光電對(duì)抗方面研究。E-mail：zouqianjin1982@163.com。