第14章 红外热成像系统的性能

5
信号传递函数
有效瞬间视场
1.噪声等效温差（NETD）

定义：温度为TT的均匀方形黑体目标，处在温 度为TB的均匀黑体背景中，热像仪对此目标进 行观察，当系统输出的信噪比为1时，黑体目 标和黑体背景的温差称为噪声等效温差。

物理意义：描述红外成像系统温度灵敏度特性
NETD

U U
n s
T
1.噪声等效温差（NETD）
O f

L out f
L int f
– –
这种关系称为光学传递函数。
系统的调制传递函数：
M ( f ) | O ( f ) |
2.调制传递函数（MTF）

物理意义：衡量热成像系统如实再现场景的程 度，它是具有不同时空频率特性的各组成部分 共同作用的结果。
2.调制传递函数（MTF）
14.1红外热成像系统的主要性能参量
No 1 噪声和响应特性 图像分辨率特性 图像几何特性 固定图案噪声 调制传递函数 图像变形 主观特性 最小可分辨 温差 最小可探测 温差 其他特性 光谱响应函 数
2
3 4
噪声等效温差
非均匀性 动态范围
对比度传递函数
空间分辨率 瞬间视场
图像旋转
视场
视距
温度稳定性
第14章 红外热成像系统的性能评估
了解红外热成像系统的
性能评价参数有哪些？ 了解各性能评价参数的 物理含义
章节目录

14.1 红外热成像系统的主要性能参量 14.2 红外热成像系统的作用距离估算 14.3 热成像系统的特性参数测试
14.1 红外热成像系统的主要性能参量

成像性能的影响因素

2. 视距估算的修正因素

⑴ 大气传输衰减
–
设黑体目标与背景之间的零视距(R=0)表观温差为 Te，经过一段距离R的大气传输到达热成像系统 时，目标与背景之间的等效温差T(R)可近似表示 为
T (R ) T ee
R
T e a ( R )
、a分别是热成像系统工作波段内，沿目标方向 距离上大气传输的平均消光系数和平均大气透射比
3.最小可分辨温差（MRTD）


定义:对具有某一空间频率的四个条带(高宽比 为7:1)目标的标准黑体图案，由观察者在显示 屏上作无限长时间的观察。当目标与背景之间 的温差从零逐渐增大到观察者确认能分辨(50% 的概率)出四个条带的目标图案为止，此时目标 与背景之间的温差称为该空间的最小可分辨温 差。 物理意义：综合评价系统温度分辨力和空间分 辨力的主要参数
1.扩展源目标的视距估计模型
T ( R ) T M RTD ( f ) h Ne R

f为目标的特征空间频率；R为目标到系统的距离；△T 为到达热成像系统时目标与背景的温差，它是距离R和 空间频率f的函数；Ne为按Johnson准则所要求的目标 等效条带数；h为目标高度；θ 为目标对系统所成张角。 满足以上要求的最大距离Rmax即为热成像系统对扩展源 的视距
环境板
准直仪
红外源
靶标板
红外接 收装置
显示器
滤波器 示波器 RMS 毫伏表 NETD测试框图
1.噪声等效温差（NETD）

噪声等效温差的柱状图（320×240，环境 温度20oC），平均值约0.10oC。
2.调制传递函数（MTF）

红外热成像系统可被看作一个线性系统。
–
其输出函数与输入函数之间存在着确定的关系：
3.最小可分辨温差（MRTD）
环境板 准直仪 红外源 靶标板 红外接 收装置 显 示 器
MRTD测试框图
靶标图案
3.最小可分辨温差（MRTD）
14.2 红外热成像系统的作用距离估算

在规定的气象条件下对特定目标观察、识别和 认清的作用距离，分别称为观察距离、识别距 离和认清距离。
– –
点目标模型
– – –
景物辐射特性、大气 光学系统、焦平面阵列 电气部分、显示器、人眼

性能评价模型
– – –
美国夜视实验室---NVL75性能评价模型 FLIR92模型 NVTherm和TRM3模型
14.1 红外热成像系统的主要性能参量

分类：
– –
静态性能 动态性能

多参数评价
–
– – –
噪声和响应特性
图像分辨率特性 图像几何特性 个人主观特性等
–
实验室性能参量的测试图案是长宽比为7:1的4条带 目标

(4)实际信噪比

(5)观察概率
14.3热成像系统的特性参数测试
扩展源模型Biblioteka 1.扩展源目标的视距估计模型

基本思想：空间频率为f 的目标与背景的实际 温差经过大气传输，到达热成像系统时仍大于 MRTD(f)；同时目标对系统的张角应大于或等 于观察水平所要求的最小张角。
T ( R ) T M RTD ( f ) h Ne R
2. 视距估算的修正因素

⑵ 观察水平的确定
定义
观察水平
所需条带数N
2 .0 0 .5
1 .0
0
发现 识别
认清
在视场内发现一个目标 可将目标分类 可区分目标型号及其他特 征
8 .0 1 .4
1 2 .0 2 .8
3 .2
1 .6
2. 视距估算的修正因素

⑶ 目标形状的影响