一种红外光学系统杂散辐射实验测量方法及系统与流程

1.本发明涉及计算机视觉的技术领域，尤其涉及一种红外光学系统杂散辐射实验测量方法，以及红外光学系统杂散辐射实验测量系统。


背景技术：

2.在红外光学系统中，光学元件和机械结构的杂散辐射是影响系统成像及定量测量的重要因素。杂散辐射源可能来自：主镜表面、次镜表面、次镜支撑架、分色镜表面、分色镜对面的结构表面、透镜表面、透镜支撑架表面、补偿镜表面、补偿镜对面的结构表面。目前主要依靠软件对红外光学系统的杂散辐射进行仿真计算，以指导红外光学系统的设计以及对杂散辐射进行抑制与校正。但软件仿真存在一定的误差，且对于复杂的光学系统，无法完全模拟真实的杂散辐射来源与传输情况。因此需要一种杂散辐射的实验测量方法，能够准确测量出红外光学系统的杂散辐射量值，一方面可以验证软件仿真计算结果，另一方面也可以以此进行杂散辐射校正。


技术实现要素：

3.为克服现有技术的缺陷，本发明要解决的技术问题是提供了一种红外光学系统杂散辐射实验测量方法，其能够解决利用仿真软件分析红外光学系统杂散辐射存在一定误差，且对于复杂红外光学系统，无法完全模拟真实的杂散辐射来源与传输情况的问题。
4.本发明的技术方案是：这种红外光学系统杂散辐射实验测量方法，其包括以下步骤：
5.(1)搭建红外光学系统，红外光学系统由前置光学系统和定量热像仪组成，前置光学系统将入射的平行光转为出射的平行光，定量热像仪将前置光学系统出射的平行光聚焦成像，定量热像仪是已进行了不同条件下的辐射定标，对于在红外热像仪入瞳处放置的一个辐射亮度为lb的标准面源黑体，定量热像仪显示的辐射亮度为lb；
6.(2)将另一个标准黑体辐射源置于红外光学系统的入瞳处，并确保黑体辐射源完全充满入瞳，设置标准黑体辐射源温度为-20～100℃；
7.(3)当步骤(2)中的标准黑体辐射源到达设置的温度值并保持稳定时，记录标准黑体辐射源的温度值，利用公式(8)计算标准黑体辐射源的等效辐射亮度ls，记录红外光学系统显示的实测温度值，利用公式(8)计算热像仪显示的等效辐射亮度lb[0008][0009]
其中ε是黑体的发射率，λ是波长，单位um；t是黑体的绝对温度，单位k；c是光速，单位m/s；h是普朗克常数，单位j
·
s；c1是第一辐射常数，单位w
·
um4/m2；c2是第二辐射常数，单位um
·
k；
[0010]
(4)利用公式(9)计算杂散辐射的等效辐射亮度lc[0011][0012]
其中，ae为红外光学系统入瞳面积，f为红外光学系统的焦距，τ为红外光学系统的透过率，ab为热像仪入瞳面积，fb为热像仪的焦距，τb为热像仪的透过率。
[0013]
本发明红外光学系统由前置光学系统和定量热像仪组成，前置光学系统将入射的平行光转为出射的平行光，定量热像仪将前置光学系统出射的平行光聚焦成像，定量热像仪是已进行了不同条件下的辐射定标，将另一个标准黑体辐射源置于红外光学系统的入瞳处，并确保黑体辐射源完全充满入瞳，到达设置的温度值并保持稳定时，记录标准黑体辐射源的温度值，利用公式计算标准黑体辐射源的等效辐射亮度ls，记录红外光学系统显示的实测温度值，利用公式计算热像仪显示的等效辐射亮度lb，然后计算杂散辐射的等效辐射亮度lc，因此能够解决利用仿真软件分析红外光学系统杂散辐射存在一定误差，且对于复杂红外光学系统，无法完全模拟真实的杂散辐射来源与传输情况的问题。
[0014]
还提供了一种红外光学系统杂散辐射实验测量系统，其包括：红外光学系统和标准黑体辐射源；红外光学系统由前置光学系统和定量热像仪组成，前置光学系统将入射的平行光转为出射的平行光，定量热像仪将前置光学系统出射的平行光聚焦成像，定量热像仪是已进行了不同条件下的辐射定标，对于在红外热像仪入瞳处放置的一个辐射亮度为lb的标准面源黑体，定量热像仪显示的辐射亮度为lb；将标准黑体辐射源置于红外光学系统的入瞳处，并确保黑体辐射源完全充满入瞳，设置标准黑体辐射源温度为-20～100℃。
附图说明
[0015]
图1是根据本发明的红外光学系统的光路图。
[0016]
图2是根据本发明的红外光学系统杂散辐射实验测量方法的流程图。
具体实施方式
[0017]
如图2所示，本发明的这种红外光学系统杂散辐射实验测量方法，其包括以下步骤：
[0018]
(1)搭建红外光学系统，红外光学系统由前置光学系统和定量热像仪组成，前置光学系统将入射的平行光转为出射的平行光，定量热像仪将前置光学系统出射的平行光聚焦成像，定量热像仪是已进行了不同条件下的辐射定标，对于在红外热像仪入瞳处放置的一个辐射亮度为lb的标准面源黑体，定量热像仪显示的辐射亮度为lb；
[0019]
(2)将另一个标准黑体辐射源置于红外光学系统的入瞳处，并确保黑体辐射源完全充满入瞳，设置标准黑体辐射源温度为-20～100℃；
[0020]
(3)当步骤(2)中的标准黑体辐射源到达设置的温度值并保持稳定时，记录标准黑体辐射源的温度值，利用公式(8)计算标准黑体辐射源的等效辐射亮度ls，记录红外光学系统显示的实测温度值，利用公式(8)计算热像仪显示的等效辐射亮度lb[0021]
[0022]
其中ε是黑体的发射率，λ是波长，单位um；t是黑体的绝对温度，单位k；c是光速，单位m/s；h是普朗克常数，单位j
·
s；c1是第一辐射常数，单位w
·
um4/m2；c2是第二辐射常数，单位um
·
k；
[0023]
(4)利用公式(9)计算杂散辐射的等效辐射亮度lc[0024][0025]
其中，ae为红外光学系统入瞳面积，f为红外光学系统的焦
[0026]
距，τ为红外光学系统的透过率，ab为热像仪入瞳面积，fb为热像仪的焦距，τb为热像仪的透过率。
[0027]
本发明红外光学系统由前置光学系统和定量热像仪组成，前置光学系统将入射的平行光转为出射的平行光，定量热像仪将前置光学系统出射的平行光聚焦成像，定量热像仪是已进行了不同条件下的辐射定标，将另一个标准黑体辐射源置于红外光学系统的入瞳处，并确保黑体辐射源完全充满入瞳，到达设置的温度值并保持稳定时，记录标准黑体辐射源的温度值，利用公式计算标准黑体辐射源的等效辐射亮度ls，记录红外光学系统显示的实测温度值，利用公式计算热像仪显示的等效辐射亮度lb，然后计算杂散辐射的等效辐射亮度lc，因此能够解决利用仿真软件分析红外光学系统杂散辐射存在一定误差，且对于复杂红外光学系统，无法完全模拟真实的杂散辐射来源与传输情况的问题。
[0028]
优选地，该方法还包括步骤(5)，根据红外光学系统的结构模型与实际工作条件，用仿真软件计算出杂散辐射量值；而测量出红外光学系统杂散辐射量值后，用来验证软件仿真计算结果，或者以此进行杂散辐射校正。
[0029]
还提供了一种红外光学系统杂散辐射实验测量系统，其包括：红外光学系统和标准黑体辐射源；红外光学系统由前置光学系统和定量热像仪组成，前置光学系统将入射的平行光转为出射的平行光，定量热像仪将前置光学系统出射的平行光聚焦成像，定量热像仪是已进行了不同条件下的辐射定标，对于在红外热像仪入瞳处放置的一个辐射亮度为lb的标准面源黑体，定量热像仪显示的辐射亮度为lb；将标准黑体辐射源置于红外光学系统的入瞳处，并确保黑体辐射源完全充满入瞳，设置标准黑体辐射源温度为-20～100℃。
[0030]
更进一步地，所述红外光学系统入瞳直径600mm，焦距1200mm，透过率0.7487；红外热像仪工作波段范围8μm～9μm，入瞳直径19.5mm，焦距30.8mm，透过率0.94；大面源黑体温度范围0～100℃，温度分辨率0.001℃，发射率0.92
±
0.01；标准黑体辐射源温度为20℃；杂散辐射的等效辐射亮度lc为1.4881w/sr
·
m2。
[0031]
或者，所述红外光学系统入瞳直径600mm，焦距1200mm，透过率0.7487；红外热像仪工作波段范围8μm～9μm，入瞳直径19.5mm，焦距30.8mm，透过率0.94；大面源黑体温度范围0～100℃，温度分辨率0.001℃，发射率0.92
±
0.01；标准黑体辐射源温度为40℃；杂散辐射的等效辐射亮度lc为1.4181w/sr
·
m2。
[0032]
或者，所述红外光学系统入瞳直径600mm，焦距1200mm，透过率0.7487；红外热像仪工作波段范围8μm～9μm，入瞳直径19.5mm，焦距30.8mm，透过率0.94；大面源黑体温度范围0～100℃，温度分辨率0.001℃，发射率0.92
±
0.01；标准黑体辐射源温度为60℃；杂散辐射的等效辐射亮度lc为1.3977w/sr
·
m2。
[0033]
以下更详细地说明本发明的具体实施例。
[0034]
实施例1
[0035]
第一步红外光学系统组成及参数
[0036]
红外光学系统组成如图1所示。红外光学系统由前置光学系统和定量热像仪组成。前置光学系统实现将入射的平行光转为出射的平行光，定量热像仪则实现将前置光学系统出射的平行光聚焦成像。红外光学系统杂散辐射的实验测量建立在系统中的热像仪为定量热像仪的基础上。定量热像仪的含义是已进行了不同条件下的辐射定标，即在红外热像仪入瞳处放置一个标准面源黑体，其辐射亮度为lb，则热像仪显示的辐射亮度也为lb。
[0037]
红外光学系统参数：
[0038]
入瞳直径：600mm；焦距：1200mm；透过率：0.7487。
[0039]
红外热像仪参数：
[0040]
工作波段范围：8μm～9μm；入瞳直径：19.5mm；焦距：30.8mm；透过率：0.94。
[0041]
大面源黑体参数：
[0042]
温度范围：0～100℃；温度分辨率：0.001℃；发射率：0.92
±
0.01。
[0043]
第二步黑体设置
[0044]
将标准黑体辐射源置于红外光学系统的入瞳处，并确保黑体辐射源完全充满入瞳，设置标准黑体辐射源温度为20℃。
[0045]
第三步数据采集
[0046]
记录标准黑体辐射源的温度为20℃和红外热像仪显示的温度为7.3℃。利用公式(8)可计算得到标准黑体辐射源的等效辐射亮度ls为8.0875w/sr
·
m2，热像仪显示的等效辐射亮度lb为6.4144w/sr
·
m2。
[0047]
第四步杂散辐射计算
[0048]
利用公式(9)计算杂散辐射的等效辐射亮度lc为1.4881w/sr
·
m2。
[0049]
实施例2
[0050]
第一步红外光学系统组成及参数
[0051]
红外光学系统组成如图1所示。红外光学系统由前置光学系统和定量热像仪组成。前置光学系统实现将入射的平行光转为出射的平行光，定量热像仪则实现将前置光学系统出射的平行光聚焦成像。红外光学系统杂散辐射的实验测量建立在系统中的热像仪为定量热像仪的基础上。定量热像仪的含义是已进行了不同条件下的辐射定标，即在红外热像仪入瞳处放置一个标准面源黑体，其辐射亮度为lb，则热像仪显示的辐射亮度也为lb。
[0052]
红外光学系统参数：
[0053]
入瞳直径：600mm；焦距：1200mm；透过率：0.7487。
[0054]
红外热像仪参数：
[0055]
工作波段范围：8μm～9μm；入瞳直径：19.5mm；焦距：30.8mm；透过率：0.94。
[0056]
大面源黑体参数：
[0057]
温度范围：0～100℃；温度分辨率：0.001℃；发射率：0.92
±
0.01。
[0058]
第二步黑体设置
[0059]
将标准黑体辐射源置于红外光学系统的入瞳处，并确保黑体辐射源完全充满入瞳，设置标准黑体辐射源温度为40℃。
[0060]
第三步数据采集
[0061]
记录标准黑体辐射源的温度为40℃和红外热像仪显示的温度为23.8℃。利用公式(8)可计算得到标准黑体辐射源的等效辐射亮度ls为11.7126w/sr
·
m2，热像仪显示的等效辐射亮度lb为8.9793w/sr
·
m2。
[0062]
第四步杂散辐射计算
[0063]
利用公式(9)计算杂散辐射的等效辐射亮度lc为1.4181w/sr
·
m2。
[0064]
实施例3
[0065]
第一步红外光学系统组成及参数
[0066]
红外光学系统组成如图1所示。红外光学系统由前置光学系统和定量热像仪组成。前置光学系统实现将入射的平行光转为出射的平行光，定量热像仪则实现将前置光学系统出射的平行光聚焦成像。红外光学系统杂散辐射的实验测量建立在系统中的热像仪为定量热像仪的基础上。定量热像仪的含义是已进行了不同条件下的辐射定标，即在红外热像仪入瞳处放置一个标准面源黑体，其辐射亮度为lb，则热像仪显示的辐射亮度也为lb。
[0067]
红外光学系统参数：
[0068]
入瞳直径：600mm；焦距：1200mm；透过率：0.7487。
[0069]
红外热像仪参数：
[0070]
工作波段范围：8μm～9μm；入瞳直径：19.5mm；焦距：30.8mm；透过率：0.94。
[0071]
大面源黑体参数：
[0072]
温度范围：0～100℃；温度分辨率：0.001℃；发射率：0.92
±
0.01。
[0073]
第二步黑体设置
[0074]
将标准黑体辐射源置于红外光学系统的入瞳处，并确保黑体辐射源完全充满入瞳，设置标准黑体辐射源温度为60℃。
[0075]
第三步数据采集
[0076]
记录标准黑体辐射源的温度为60℃和红外热像仪显示的温度为38.5℃。利用公式(8)可计算得到标准黑体辐射源的等效辐射亮度ls为16.2350w/sr
·
m2，热像仪显示的等效辐射亮度lb为11.7631w/sr
·
m2。
[0077]
第四步杂散辐射计算
[0078]
利用公式(9)计算杂散辐射的等效辐射亮度lc为1.3977w/sr
·
m2。
[0079]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案的保护范围。