一种利用多温度黑体的红外宽光谱数据定标方法与系统技术方案

本发明专利技术公开了一种利用多温度黑体的红外宽光谱数据定标方法与系统，属于光电信息获取与处理领域。本发明专利技术对红外宽光谱的图谱关联探测设备采集到不同温度的目标，发现系统增益随着黑体温度的变化而逐步降低，而系统偏置基本保持不变。基于此，利用超低温黑体求得的增益与偏置反演超低温目标的光谱得到超低温目标辐射亮度，低温黑体所求得的增益与偏置反演低温目标的光谱得到低温目标辐射亮度，用中温黑体所求的增益与偏置反演中温目标的光谱得到中温目标的辐射亮度，用高温黑体所求的增益与偏置用来反演高温目标的光谱得到高温目标的辐射亮度。使用不同的增益与偏置来对其反演得到真实的光谱特性(辐射亮度)，对后续识别算法的精度有明显的提升。的精度有明显的提升。的精度有明显的提升。

【技术实现步骤摘要】
一种利用多温度黑体的红外宽光谱数据定标方法与系统


[0001]本专利技术属于光电信息获取与处理领域，更具体地，涉及一种利用多温度黑体的红外宽光谱数据定标方法与系统。

技术介绍

[0002]具有不同结构、成分及含量的物体，其物理特性与化学特性不同，由此反映的光谱特性也不同。同时不同物质的原子、分子结构等不同，红外光热效应不同，其吸收特征(辐射特征)也具有不同选择特性，其对光的吸收和反射情况有很大差异。因此光谱在物质成分鉴定和区分不同物质中得到了广泛应用。这就是说，通过测量物体的红外光谱，并经过恰当的运算、估计，其相对不变性的光谱特征，可有效地区分目标和背景、目标的类别等。
[0003]张天序团队在专利CN111044153B提出一种图谱关联系统红外光谱的非线性定标方法及装置，对1.7～14um的超低温目标、常温目标、中温目标、高温目标进行获取相应的定标数据。
[0004]然而，该方法使用不同温度的黑体来定标不同温度的目标，需要提前计算出所测目标/物体的大致温度范围。此外，对于不同温度的目标，以同一种增益与偏置以反演目标的辐射亮度，不能真实的反映目标的辐射亮度，计算出的辐射亮度结果存在较大误差。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种利用多温度黑体的红外宽光谱数据定标方法与系统，旨在解决现有定标方法误差较大的问题。
[0006]为实现上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种利用多温度黑体的红外宽光谱数据定标方法，包括：
[0007]S1.获取不同环境温度下不同温度的黑体的红外宽光谱数据，每个黑体温度点下采集多张光谱数据；
[0008]S2.对存在突变的光谱进行去噪处理；
[0009]S3.利用黑体光谱数据，计算相同环境温度下不同黑体温度的系统响应增益与辐射偏置；
[0010]S4.获取目标物体被探测部位的温度，确定目标物体的类型为超低温、低温、中温或者高温；其中，温度属于[
‑
20℃,0℃)时，为超低温；温度属于[0℃,30℃)时，为低温；温度属于[30℃,500℃)时，为中温；温度属于[500℃,1000℃)时，为高温；
[0011]S5.利用对应温度范围的黑体计算出的增益与偏置反演对应类型的目标光谱，得到目标辐射亮度。
[0012]优选地，步骤S2具体如下：
[0013]S21.根据DN值的数值确定存在突变的特征波段；
[0014]S22.对特征波段处进行去噪，去噪公式如下：
[0015][0016]其中，λ为待去噪特征波段，DN
λ
为特征波段λ处的数字信号值，ε为正整数。
[0017]优选地，步骤S3中，系统响应增益的计算公式如下：
[0018][0019]其中，λ为波长，T为热力学温度，单位为开尔文，k(λ)为目标波长为λ处测谱系统响应增益，DN
H
、S
H
分别为温度较高的黑体的数字信号值和辐射亮度；DN
L
、S
L
分别为温度较低的黑体的数字信号值和辐射亮度。
[0020]优选地，步骤S3中，系统辐射偏置的计算公式如下：
[0021][0022]其中，λ为波长，T为热力学温度，单位为开尔文，b(λ)为目标波长为λ处测谱系统辐射偏置，DN
H
、S
H
分别为温度较高的黑体的数字信号值和辐射亮度；DN
L
、S
L
分别为温度较低的黑体的数字信号值和辐射亮度。
[0023]优选地，步骤S5具体如下：
[0024]对于超低温目标，分别计算﹣20℃黑体与﹣10℃黑体的多个样本的DN均值，再利用这两个不同温度黑体的DN均值对超低温目标进行辐射校正；
[0025]对于低温目标，分别计算30℃黑体和80℃黑体的多个样本的DN均值，再利用这两个不同温度黑体的DN均值对低温目标进行辐射校正；
[0026]对于中温目标，分别计算300℃黑体与500℃黑体的多个样本的DN均值，再利用这两个不同温度黑体的DN均值对中温目标进行辐射校正；
[0027]对于高温目标，分别计算800℃黑体与1000℃黑体的多个样本的DN均值，再利用这两个不同温度黑体的DN均值对高温目标进行辐射校正。
[0028]优选地，步骤S5中，目标的像方辐射亮度的计算公式如下：
[0029][0030]其中，DN(λ)为目标波长为λ处测谱系统所测得的数字信号值，k(λ)、b(λ)分别为波长为λ处的系统响应增益和系统辐射偏置；S
input
(λ)为波长为λ目标的像方辐射亮度。
[0031]为实现上述目的，第二方面，本专利技术提供了一种利用多温度黑体的红外宽光谱数据定标系统，包括：处理器和存储器；所述存储器，用于存储计算机执行指令；所述处理器，用于执行所述计算机执行指令，使得第一方面所述的方法被执行。
[0032]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0033]本专利技术提出一种利用多温度黑体的红外宽光谱数据定标方法与系统，对红外宽光谱的图谱关联探测设备所采集到不同温度的目标，发现系统的增益随着黑体温度的变化而逐步降低，而系统的偏置则基本保持不变。基于此，利用超低温黑体求得的增益与偏置用来
反演超低温目标的光谱得到超低温目标辐射亮度，低温黑体所求得的增益与偏置用来反演低温目标的光谱得到低温目标辐射亮度，用中温黑体所求的增益与偏置用来反演中温目标的光谱得到中温目标的辐射亮度，用高温黑体所求的增益与偏置用来反演高温目标的光谱得到高温目标的辐射亮度。使用不同的增益与偏置来对其反演得到真实的光谱特性(辐射亮度)，也能够对之后的识别算法的精度有明显的提升。
附图说明
[0034]图1是本专利技术提供的一种利用多温度黑体的红外宽光谱数据定标方法流程图。
[0035]图2是本专利技术实施例提供的实测12个温度点黑体的DN值。
[0036]图3是本专利技术实施例提供的去除坏点后的12个温度点黑体的DN值。
[0037]图4是本专利技术实施例提供的红外探测系统的光谱能量转换模型。
[0038]图5是本专利技术实施例提供的环境温度23℃下
‑
20℃
‑
1000℃黑体的DN值曲线。
[0039]图6是本专利技术实施例提供的环境温度23℃下
‑
20℃
‑
1000℃黑体的辐射亮度曲线。
[0040]图7是本专利技术实施例提供的利用30℃与80℃计算得到的系统辐射响应。
[0041]图8是本专利技术实施例提供的利用30℃与80℃计算得到的系统辐射偏置。
[0042]图9是本专利技术实施例提供的利用300℃与500℃计算得到的系统辐射响应。
[0043]图10是本专利技术实施例提供的利用300℃与500℃计算得到的系统辐射偏置。
[004本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用多温度黑体的红外宽光谱数据定标方法，其特征在于，包括：S1.获取不同环境温度下不同温度的黑体的红外宽光谱数据，每个黑体温度点下采集多张光谱数据；S2.对存在突变的光谱进行去噪处理；S3.利用黑体光谱数据，计算相同环境温度下不同黑体温度的系统响应增益与辐射偏置；S4.获取目标物体被探测部位的温度，确定目标物体的类型为超低温、低温、中温或者高温；其中，温度属于[
‑
20℃,0℃)时，为超低温；温度属于[0℃,30℃)时，为低温；温度属于p30℃,500℃)时，为中温；温度属于p500℃,1000℃)时，为高温；S5.利用对应温度范围的黑体计算出的增益与偏置反演对应类型的目标光谱，得到目标辐射亮度。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2具体如下：S21.根据DN值的数值确定存在突变的特征波段；S22.对特征波段处进行去噪，去噪公式如下：其中，λ为待去噪特征波段，DN
λ
为特征波段λ处的数字信号值，ε为正整数。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中，系统响应增益的计算公式如下：其中，λ为波长，T为热力学温度，单位为开尔文，k(λ)为目标波长为λ处测谱系统响应增益，N
H
、S
H
分别为温度较高的黑体的数字信号值和辐射亮度；DN
L
、S
L
分别为温度较低的黑体的数字信号值和辐射亮度。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中，系统辐射偏置的计算公式如下：其中，λ为波长，T...

【专利技术属性】
技术研发人员：张天序，刘建伟，龚伟，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：