【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及测量，尤其涉及一种新型中波红外热像仪定标装置及定标方法。
技术介绍
1、热像仪是光学辐射特性测试中的重要设备。热像仪的实验室定标是实现光学辐射特性测试中，将原始测量数据(灰度值)转换为具有物理意义的辐射特性数据(辐射亮度)的重要工作环节。定标的准确度直接影响了热像仪使用过程中的测量不确定度，定标越准确，测量不确定度越小。
2、在实验室定标中，通常使用黑体作为标准源进行红外辐射定标。为避免黑体对热像仪造成损伤，需要将热像仪放置于距黑体一定距离远的位置。然而，黑体与热像仪之间的环境大气对光学辐射存在吸收作用，在热像仪传统实验室红外辐射定标中，由于缺乏相应测量方法及装置，并未将上述吸收作用对热像仪定标的影响进行消除或减弱。特别是对于中波红外热像仪的辐射定标，中波红外热像仪的典型波段范围为3.7μm至4.8μm，而在该波段范围内存在二氧化碳的主要吸收峰(约为4.3μm)。二氧化碳是大气中的含量相对较多的气体，近年来全球平均二氧化碳含量已接近420ppm，而在室内人员密集且通风较长的情况下，二氧化碳含量会更高。经计算，在距离黑体1米外，采用中波红外热像仪进行辐射定标，环境大气二氧化碳含量为420ppm，则因大气传输导致的误差约为6.4％。
3、因此，针对以上不足，需要提供一种新型中波红外热像仪定标装置及定标方法。
技术实现思路
1、(一)要解决的技术问题
2、本专利技术要解决的技术问题是解决环境大气传输的吸收效应导致对中波红外热像仪定标产生误
3、(二)技术方案
4、为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种新型中波红外热像仪定标装置，包括黑体控制器、黑体、中波红外热像仪、准直激光器、激光测量系统、腔镜、聚焦透镜和光电探测器，黑体控制器与黑体通过线缆相连，中波红外热像仪放置在黑体发热端一侧；将腔镜放置在输入端与中波红外热像仪对齐，输出端与黑体对齐的位置，腔镜输入端外放置有分束镜，分束镜反射面法线45°的方向上放置准直激光器，分束镜透射面法线呈45°的方向上放置激光测量系统；腔镜输出端外依次放置聚焦透镜和光电探测器。
5、作为对本专利技术的进一步说明，优选地，腔镜包括输入腔镜和输出腔镜，输入腔镜和输出腔镜均为平凹高反镜，输出腔镜和输出腔镜的凹面部分正对布置。
6、作为对本专利技术的进一步说明，优选地，输入腔镜凹面一侧与中波红外热像仪接收镜面对齐，输出腔镜凹面一侧与黑体发热端面对齐。
7、作为对本专利技术的进一步说明，优选地，输入腔镜和输出腔镜凹面一侧镀有1580nm的反射膜，平面一侧镀有1580nm的增透膜；输入腔镜和输出腔镜的中心位置均位于准直激光光轴上。
8、作为对本专利技术的进一步说明，优选地，激光测量系统包括光束整形模块、测量激光器和测量激光控制器，测量激光控制器与测量激光器电性连接以改变测量激光器的电流，测量激光器通过改变电流改变输出激光波长，光束整形模块位于分束镜和测量激光器之间以改变输出激光的中心波长。
9、本专利技术还提供一种新型中波红外热像仪定标装置的定标方法，包括以下步骤：
10、ⅰ.搭建定标装置，其中黑体发热端面有效边长不小于中波红外热像仪镜头口径；
11、ⅱ.设定黑体初始温度，开启中波红外热像仪接收黑体发热端面的图像，待黑体温度稳定后，调节中波红外热像仪以使中心视场对准黑体发热端面的中心位置；
12、ⅲ.开启准直激光镜，调节输入腔镜和输出腔镜至镜面相对平行以使输入腔镜和输出腔镜形成光学谐振腔；通过测量激光控制器开启测量激光器，调节激光测量系统输出激光的光轴方向以与准直激光光轴重合，随后关闭准直激光器并调节聚焦透镜的位置以使透射光斑聚焦在光电探测器靶面位置；
13、ⅳ.以基准电压为初始，在该基准电压上加载附加电压以使测量激光器输出的激光在一个波长范围内呈现周期性变化；光电探测器接收并完成ad转换，得到一个激光波长扫描的光功率测量结果；完成一个激光波长扫描后，再将测量激光控制器的输出电压设置回初始基准电压，重复上述过程，分别得到以时间顺序分布的多个激光波长扫描的测量结果。
14、ⅴ.保持黑体初始温度不变，中波红外热像仪以一定频率采集红外图像，并以不低于红外图像采集频率的速度完成多个激光波长扫描，得到对应的测量结果；随后改变黑体温度，待温度稳定后重复上述过程，得到不同黑体温度下中波红外热像仪的测量图像以及相应时刻的激光波长扫描测量结果。
15、ⅵ.将测量到的中波红外测量图像和激光波长扫描测量结果进行时间轴对齐，并结合黑体与中波红外热像仪的距离值依次处理，计算得到表观中波红外辐射亮度；最后建立不同黑体温度对应的表观中波红外辐射亮度与测量到的的黑体平均灰度值之间的函数关系即完成定标。
16、作为对本专利技术的进一步说明，优选地，通过利用红外图像处理软件读取黑体的平均灰度值，利用普朗克公式计算得到不同温度对应的中波红外辐射亮度。
17、作为对本专利技术的进一步说明，优选地，通过采用光谱处理软件读取激光波长扫描曲线，利用振荡时间计算公式计算得到一个周期下的波长扫描衰荡时间，通过基于激光腔衰荡光谱技术的器体浓度测量公式，计算得到二氧化碳含量，并代入大气传输计算软件中得到大气透过率。
18、作为对本专利技术的进一步说明，优选地，表观中波红外辐射亮度l′m为：
19、l′m＝lm·tm
20、其中
21、lm为不同温度对应的中波红外辐射亮度；
22、tm为大气透过率。
23、作为对本专利技术的进一步说明，优选地，表观中波红外辐射亮度与测量到的的黑体平均灰度值之间的函数关系为：
24、l′m＝k·dnm+b
25、其中
26、k为增益系数；
27、b为补偿值。
28、(三)有益效果
29、本专利技术的上述技术方案具有如下优点：
30、通过本专利技术设计的定标装置及定标方法，可以实时在线获取辐射定标过程中传输路径二氧化碳含量，有效减小大气传输对测量结果的影响。初步估算可将大气传输导致的误差降至0.1％以下，基本可视为消除了大气传输中对中波红外辐射定标的影响。
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1.一种新型中波红外热像仪定标装置，其特征在于：包括黑体控制器(1)、黑体(2)、中波红外热像仪(3)、准直激光器(4)、激光测量系统(5)、腔镜(6)、聚焦透镜(7)和光电探测器(8)，黑体控制器(1)与黑体(2)通过线缆(11)相连，中波红外热像仪(3)放置在黑体(2)发热端一侧；将腔镜(6)放置在输入端与中波红外热像仪(3)对齐，输出端与黑体(2)对齐的位置，腔镜(6)输入端外放置有分束镜(41)，分束镜(41)反射面法线45°的方向上放置准直激光器(4)，分束镜(41)透射面法线呈45°的方向上放置激光测量系统(5)；腔镜(6)输出端外依次放置聚焦透镜(7)和光电探测器(8)。
2.根据权利要求1所述的一种新型中波红外热像仪定标装置，其特征在于：腔镜(6)包括输入腔镜(61)和输出腔镜(62)，输入腔镜(61)和输出腔镜(62)均为平凹高反镜，输出腔镜(61)和输出腔镜(62)的凹面部分正对布置。
3.根据权利要求2所述的一种新型中波红外热像仪定标装置，其特征在于：输入腔镜(61)凹面一侧与中波红外热像仪(3)接收镜面对齐，输出腔镜(62)凹面一侧
4.根据权利要求3所述的一种新型中波红外热像仪定标装置，其特征在于：输入腔镜(61)和输出腔镜(62)凹面一侧镀有1580nm的反射膜，平面一侧镀有1580nm的增透膜；输入腔镜(61)和输出腔镜(62)的中心位置均位于准直激光光轴上。
5.根据权利要求1所述的一种新型中波红外热像仪定标装置的定标方法，其特征在于：激光测量系统(5)包括光束整形模块(51)、测量激光器(52)和测量激光控制器(53)，测量激光控制器(53)与测量激光器(52)电性连接以改变测量激光器(52)的电流，测量激光器(12)通过改变电流改变输出激光波长，光束整形模块(51)位于分束镜(41)和测量激光器(52)之间以改变输出激光的中心波长。
6.根据权利要求1所述的一种新型中波红外热像仪定标装置的定标方法，其特征在于：包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的一种新型中波红外热像仪定标装置的定标方法，其特征在于：通过利用红外图像处理软件读取黑体(2)的平均灰度值，利用普朗克公式计算得到不同温度对应的中波红外辐射亮度。
8.根据权利要求7所述的一种新型中波红外热像仪定标装置的定标方法，其特征在于：通过采用光谱处理软件读取激光波长扫描曲线，利用振荡时间计算公式计算得到一个周期下的波长扫描衰荡时间，通过基于激光腔衰荡光谱技术的器体浓度测量公式，计算得到二氧化碳含量，并代入大气传输计算软件中得到大气透过率。
9.根据权利要求8所述的一种新型中波红外热像仪定标装置的定标方法，其特征在于：表观中波红外辐射亮度L′m为：
10.根据权利要求9所述的一种新型中波红外热像仪定标装置的定标方法，其特征在于：表观中波红外辐射亮度与测量到的的黑体平均灰度值之间的函数关系为：
...【技术特征摘要】
1.一种新型中波红外热像仪定标装置，其特征在于：包括黑体控制器(1)、黑体(2)、中波红外热像仪(3)、准直激光器(4)、激光测量系统(5)、腔镜(6)、聚焦透镜(7)和光电探测器(8)，黑体控制器(1)与黑体(2)通过线缆(11)相连，中波红外热像仪(3)放置在黑体(2)发热端一侧；将腔镜(6)放置在输入端与中波红外热像仪(3)对齐，输出端与黑体(2)对齐的位置，腔镜(6)输入端外放置有分束镜(41)，分束镜(41)反射面法线45°的方向上放置准直激光器(4)，分束镜(41)透射面法线呈45°的方向上放置激光测量系统(5)；腔镜(6)输出端外依次放置聚焦透镜(7)和光电探测器(8)。
2.根据权利要求1所述的一种新型中波红外热像仪定标装置，其特征在于：腔镜(6)包括输入腔镜(61)和输出腔镜(62)，输入腔镜(61)和输出腔镜(62)均为平凹高反镜，输出腔镜(61)和输出腔镜(62)的凹面部分正对布置。
3.根据权利要求2所述的一种新型中波红外热像仪定标装置，其特征在于：输入腔镜(61)凹面一侧与中波红外热像仪(3)接收镜面对齐，输出腔镜(62)凹面一侧与黑体(2)发热端面对齐。
4.根据权利要求3所述的一种新型中波红外热像仪定标装置，其特征在于：输入腔镜(61)和输出腔镜(62)凹面一侧镀有1580nm的反射膜，平面一侧镀有1580nm的增透膜；输入腔镜(61)和输出腔镜(62)的中心位置均位于准直激光光轴上。
【专利技术属性】
技术研发人员：王金舵，徐惠华，郭航，李阳，修鹏，陈伟力，陈大鹏，刘畅，张妙智，
申请(专利权)人：北京环境特性研究所，
类型：发明
国别省市：
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