红外热像仪性能参数的评价

1 引 言

    红外热像仪是指通过光学系统、红外探测器及电子处理系统，将物体表面红外辐射转换成可见图像的设备。它具有测温功能，具备定量绘出物体表面温度分布的特点，能够将灰度图像进行伪彩色编码^[1]。

    随着红外热像仪技术的不断发展，在军事上，广泛应用于军事夜视侦查、武器瞄具、夜视导引、红外搜索和跟踪、卫星遥感等多个领域；在民用上，用于材料缺陷的检测与评价、建筑节能评价、设备状态热诊断、生产过程监控、自动测试、减灾防灾等诸多方面。

    针对红外热像仪在军民两个领域的广泛应用，尤其是很多热像仪应用于质量控制、安全检测等场合，直接关系着产品质量和人民群众的生命财产安全，因此建立红外测量系统的定标装置对于红外系统的测量准确度至关重要。

2 红外热像仪的性能参数

    评价红外热像仪的性能参数有温度、噪声、信号传递函数 SiTF（响应度）、均匀性、噪声等效温差NETD、最小可探测温差 MDT、最小可分辨温差MRTD、视场角 FOV 和焦距、分辨率、系统畸变、系统光学同轴度、调制传递函数MTF^[2-3]。

2.1 红外热像仪的温度

    以普朗克定律为理论依据，红外图像的伪彩色值与热值满足以下关系式：

    利用红外图像热值与绝对温度的关系，被测物体的温度值 t 满足以下关系式：

2.2 噪声

    噪声广义上定义为各种源引起的不希望的信号成分。均方根噪声电压可作为产生信噪比为 1 的输入信号。

    对于焦平面阵列噪声 N^[4]，定义为采集图像中每个像元的标准偏差。

2.3 信号传递函数 SiTF

2.3.1 响应度

    响应度函数是固定靶尺寸和变化靶强度的输出/输入的转换，是一个典型的 S 形状。对直流耦合系统，暗电流（本底噪声）限制最小可探测信号，饱和限制最大可探测信号。其动态范围为最大可测量信号与最小可测量信号之比。

    对于焦平面阵列，定义为采集图像中每个像元在高、低两个温度辐射源辐照下的响应电平与温差之比。

2.3.2 信号传递函数 SiTF

    SiTF 是典型的 S 型响应度函数线性部分的斜率^[2-3，5]。而响应度函数是目标尺寸固定而强度变化的输入到输出的转变，提供了待测系统的增益（对比度）、线性、动态范围和饱和度信息。对于扫描 DC 耦合系统和凝视系统，暗电流（或基底噪声）限制了最小可探测信号，饱和度限制了最大信号，对于这类系统习惯上把输出作为输入绝对值的函数。对于有 AGC 的AC 耦合系统和 DC 耦合系统，输出信号以平均值为中心，以差分输出信号作为差分输入信号的函数，平均值周围的正负差分输入信号的饱和度由放大器或A/D 转换器动态范围的电学特性限制。因此，随增益变化的 SiTF，对于不同的系统，不能作为一个好的度量参数。信号传递函数表达式如下：