测量系统动态范围的数学建模方法及端设备技术方案

本发明专利技术涉及光电辐射测量技术领域，尤其涉及一种测量系统动态范围的数学建模方法及终端设备，该方法包括以下步骤：一是获取数字灰度值与目标辐射出射度的关系；二是获取标定方程与积分时间的关系；三是获取动态范围与积分时间的关系；四是获取动态范围与衰减之间的关系。为提高红外辐射测量系统的动态范围建立一种数学建模方法以此来反映红外辐射测量系统积分时间和光路衰减与动态范围之间的关系，有利于调整积分时间和光路衰减强度以提高红外辐射测量系统的动态范围。辐射测量系统的动态范围。辐射测量系统的动态范围。

【技术实现步骤摘要】
测量系统动态范围的数学建模方法及端设备


[0001]本专利技术涉及光电辐射测量
，尤其涉及一种测量系统动态范围的数 学建模方法、终端设备及可读存储介质。

技术介绍

[0002]目标红外辐射特性测量现在已经广泛应用于靶场测量领域，是对目标进行 识别，获取目标特性的重要手段。在测量中温度是反映物体固有特性的重要参 数，物体的温度高于绝对零度时，由于内部热运动的存在会不断向外辐射电磁 波，其中就包括红外线，所以才能通过目标红外辐射特性反演温度，主要通过 红外探测系统的辐射定标、目标探测、目标辐射与温度反演来实现，而红外辐 射测量系统的动态范围直接影响到测量的效果，探测器的动态范围越大，表示 该系统辐射测量的辐射量的能力越强，采集测量目标的信息越为丰富，可测量 的辐射温度越高。而红外辐射特性测量系统动态范围的实质是测量的一系列的 辐射亮度的最大值与最小值的比，与采用的红外焦平面阵列包括光电转化、信 号放大、光学系统的口径以及焦距等参数息息相关。
[0003]目前，常用的红外焦平面阵列，其输出的图像一般为14位(灰度值最大值 为16384)，例如400mm口径的在线性良好的积分时间比如4.5ms下，短波红 外焦平面正常工作的单个像元饱和线性输出灰度约为13000，其最大的亮度约 为2.6W
·
sr-1
·
m-2
，其最大测量温度可达约200℃，其动态范围约为20倍；中 波红外焦平面阵列在典型的积分时间比如4.5ms下，中波红外焦平面的单像元 的饱和线性输出灰度值约为12000，其线性输出的最大辐射亮度约为 6W
·
sr-1
·
m-2
，其测量的温度为80℃，动态范围约为15倍。可以看出仅仅利 用典型的积分时间，难以覆盖被测目标的辐射量的状态，能够提供一种科学合 理的红外辐射测量系统动态范围的数学建模方法是当前所扼要解决的技术问题。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术中的不足之处，本专利技术提供了一种红外辐射测量系统动 态范围的数学建模方法、终端设备及可读存储介质，具体按照以下步骤实施：
[0005]一种测量系统动态范围的数学建模方法，具体按照以下步骤实施：
[0006]步骤1、获取数字灰度值与目标辐射出射度的关系：
[0007][0008]其中，M(T)为目标辐射出射度，T为绝对温度，ε为发射率，λ为波长；
[0009]G＝B+R
·
M(T)
[0010]其中，G为探测器数字灰度值，R为整个波段响应范围内平均响应率，B 为整个波段范围的平均响应偏置；
[0011]步骤2、获取红外辐射测量系统的标定方程与积分时间关系：
[0012]B＝t
·
B
out
+B
in
[0013]其中，B为平均响应偏置，Bout为与随积分时间呈线性变化的响应偏置， Bin为工艺设置的内部偏置，结合步骤1则：
[0014]G＝t
·
B
out
+B
in
+R
·
M(T)
[0015]G＝t
·
B
out
+B
in
+t
·
R1·
M(T)
[0016]G＝t
·
B
out
+B
in
+t
·
R2·
L(T)
[0017]其中，R1为单位时间内的对辐射源出射度M的平均响应率。L为辐射亮 度，t为积分时间，T为绝对温度；
[0018]步骤3、获取动态范围与积分时间的关系：
[0019]DR＝Lmax(T)/Lmin(T)
[0020]其中，DR为红外辐射测量系统的动态范围，Lmax(T)为红外辐射测量系统 正常所能测量的最大辐射亮度，Lmin(T)为红外辐射测量系统最小测量的辐射亮 度值，结合步骤2后用Gmax和Gmin分别代替Lmax(T)和Lmin(T)后Gmax为 最大线性输出数字灰度，Gmin为最小线性输出数字灰度，当红外辐射特性测量 系统的最大线性输出数字灰度为Gmax时，则可得出：
[0021]G
max
＝t
·
B
out
+B
in
+t
·
R2·
L
max
(T)
[0022]步骤4、获取动态范围与衰减之间的关系：
[0023]在红外辐射测量系统中设计增加衰减片则此时红外辐射测量系统的动态范 围DR为：
[0024][0025]其中，α为光学衰减片的衰减率。
[0026]所述红外辐射特性测量系统的信噪比大于1，即：
[0027]G
min
>2(t
·
B
out
+B
in
)
[0028]此时红外辐射测量系统的动态范围DR为：
[0029][0030]在红外辐射测量系统中，设计增加衰减片则此时红外辐射测量系统的动态 范围DR为：
[0031][0032]本专利技术实施例的第二方面提供了一种终端设备，包括存储器、处理器以及 存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行 所述计算机程序时实现上述所述方法。
[0033]本专利技术实施例的第三方面提供了一种可读存储介质，所述可读存储介质存 储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述所述方法。
[0034]本专利技术实施例与现有技术相比存在的有益效果是：
[0035]本技术方案中，为提高红外辐射测量系统的动态范围建立一种数学建模方 法以
此来反映红外辐射测量系统积分时间和光路衰减与动态范围之间的关系， 有利于调整积分时间和光路衰减强度以提高红外辐射测量系统的动态范围。
附图说明
[0036]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技 术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅 仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳 动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0037]图1是本专利技术实施例提供的一种测量系统动态范围的数学建模方法的流程 示意图；
[0038]图2是本专利技术实施例提供的一种测量系统动态范围的数学建模方法的实施 例中400mm口径的红外辐射特性测量系统在100％透过率的衰减片时积分时间 和衰减率的定标结果；
[0039]图3本专利技术实施例提供的一种测量系统动态范围的数学建模方法的实施例 中400mm口径的红外辐射特性测量系统在2％透过率的衰减片时积分时间和衰 减率的定标结果；
[0040]图4是本专利技术实施例提供的终端设备的硬件结构示意图。
具体实施方式<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种测量系统动态范围的数学建模方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1、获取数字灰度值与目标辐射出射度的关系：其中，M(T)为目标辐射出射度，T为绝对温度，ε为发射率，λ为波长；G＝B+R
·
M(T)其中，G为探测器数字灰度值，R为整个波段响应范围内平均响应率，B为整个波段范围的平均响应偏置；步骤2、获取红外辐射测量系统的标定方程与积分时间关系：B＝t
·
B
out
+B
in
其中，B为平均响应偏置，Bout为与随积分时间呈线性变化的响应偏置，Bin为工艺设置的内部偏置，结合步骤1则：G＝t
·
B
out
+B
in
+R
·
M(T)G＝t
·
B
out
+B
in
+t
·
R1·
M(T)G＝t
·
B
out
+B
in
+t
·
R2·
L(T)其中，R1为单位时间内的对辐射源出射度M的平均响应率。L为辐射亮度，t为积分时间，T为绝对温度，若辐射源是朗伯体则R2＝R1/π；步骤3、获取动态范围与积分时间的关系：DR＝Lmax(T)/Lmin(T)其中，DR为红外辐射测量系统的动态范围，Lmax(T)为红外辐射测量系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡立华，余毅，李周，张涛，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：