红外热成像系统噪声等效温差测试研究_张成汇总

0引言

随着科学技术的发展,人们对红外热成像系统的各个性能参数都有了新的认识,对主要参数之一的噪声等效温差(NETD 也有了更加全面的了解。随着三维噪声模型〔1〕的建立,红外热成像系统噪声可按时间和空间三维划分为7个噪声分量〔2〕。国内目前测量的NETD 一般仅是时间噪声等效温差(T-NETD 〔3-7〕

,只反映了热像仪的时间噪声相对信号

的情况,未能全面反映红外热成像系统的噪声情况,因此迫切需要改进。

经过几年来大量的测试、研究,对红外热成像系统的三维噪声有了进一步的了解。在大量实验的

基础上,对测试方法不断探索,现在已经初步能对红外热成像系统的非均匀性(空间低频噪声等进行测量计算。对时间域和空间域都进行测量,得出的NETD 才是更全面的,才能更加准确全面地反映出产品的实际性能,也才能满足越来越高的各种测试需要。

1

噪声等效温差(NETD

1.1

T-NETD 的定义

T-NETD 按频率范围可分为

时间域低频噪声等效温差和时间域高频噪声等效温差〔8〕。

时间域低频噪声使红外热成像系统像元的输出随时间缓慢地变化,往往又称为1/f 噪声,将红外

红外热成像系统噪声等效温差测试研究

张

成,李春明

(昆明物理研究所,云南昆明650223

[摘要]噪声等效温差是红外热成像系统主要性能参数之一。主要对空间噪声等效温差进行研究,并对时间噪声等效温差和空间噪声等效温差的测试结果进行分析比较。通过对噪声等效温差的大量测量、数据分析,得出了空间噪声等效温差对红外热成像系统性能评价的重要性,提出测试建议。[关键词]红外热成像系统;时间噪声等效温差;空间噪声等效温差

[中图分类号]TH744.41[文献标识码]A [文章编号]1672-2345(200904-0037-03

[收稿日期]2009-03-04

[作者简介]张成(1982-,男,云南大理人,助理工程师,主要从事热成像系统性能测试研究.

Research on NETD T est of I nfrared I maging S ystems

Zhang Cheng ,Li Chunming

(Kunming Institute of Physics,Kunming,Yunnan 650223,China

〔Abstract 〕The Noise Equivalent Temperature Difference (NETD is a main function parameter of infrared imaging systems.This text mainly analyzed Spatial Noise Equivalent Temperature Difference (S-NETD ,and compared the results of Temporal Noise Equivalent Temperature Difference (T-NETD and S-NETD.Based on the measurement and data analysis of ETD,this paper suggested the great influence of

spatial-NETD on the evaluation of infrared imaging system.A suggestion of measurement was proposed.〔Key words 〕infrared imaging system;temporal-NETD;spatial-NETD

大理学院学报

J OURNAL OF DALI UNIVERSITY

第8卷第4期2009年4月Vol.8

No.4Apr.2009

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热成像系统输出的时间域低频噪声转换为靶标的温差,其量值称为时间域低频噪声等效温差。

时间域高频噪声使红外热成像系统像元的输出随时间相对快速地变化,将红外热成像系统输出的时间域高频噪声转换为靶标的温差,其量值称为时间域高频噪声等效温差〔7-8〕。

1.2不同空间区域的时间噪声等效温差(T-NETD通过大量的测试统计,我们发现同一红外热成像系统在视场内不同区域的T-NETD是不同的。①以某台二代288×4扫描型热像仪为例,进行一维测量,由测试结果可知,同一热像仪在视场内不同的“线”上T-NETD是不同的。如果只是简单地取算术平均值,并不能准确全面地反映出热像仪噪声的实际情况,也不利于正确的评价和性能比较。②仍以某台二代288×4扫描型热像仪为例,进行二维测量,测一个96×129区域内的T-NETD,从测试结果可发现,同一热像仪视场内不同区域的信号传递函数(SiTF、噪声、非均匀性都不相同,通常我们测出的结果是测量区域内的T-NETD平均值,仅仅能反映热像仪的平均SiTF 和平均噪声的情况,无法反映出热像仪视场内任意点的SiTF和噪声的高低。要全面反映视场内每一个空间点(每一个像素点的高频时间噪声需要对每个点进行逐一统计计算。

1.3空间噪声等效温差(S-NETD的测试S-NETD的定义为:红外热成像系统的空间噪声包括空间低频噪声(即非均匀性和空间高频噪声(即固定模式噪声FPN,是红外热成像系统噪声中不随时间变化的噪声。将红外热成像系统的空间噪声转换为靶标的温差,其量值称为空间噪声等效温差(Spatial Noise Equivalent Temperature Difference,S-NETD〔9〕。其测试方法如下:①将红外热成像系统的增益、电平设置为一定的值。然后将红外热成像系统对准测量装置准直光管的视场中心,调整热成像系统焦距,使之成像清晰,用刀口靶标测量出热成像系统此时的SiTF。②保持上述设置不变,换用空靶或者大开口的矩形或圆形靶标,如有背景黑体,则设置背景黑体于需要的温度下,将温差设置为零。③设置图像采集帧数,一般采集100帧以上。④待黑体温度稳定,且温差达到零以后,采集一个由待测红外热成像系统生成的短时间连续热图像视频序列(假设1/f噪声的影响可以忽略不计,将其图像存入测试计算机中。⑤对采集的各帧图像中的每个像素取时间平均,所采集的各帧图像由一帧图像取代,被测热成像系统视场中被分析区域的空间噪声(或整个热像图像的空间噪声按被分析区域内不同像素的视频电压值随空间变化的标准偏差计算。⑥将以数字视频电平为单位的空间噪声计算值转换为以温差为单位的S-NETD值:

S-NETD=

噪声电压均方根值

S iTF

2实验结果与分析

以某台288×4的二代扫描型热像仪为例,测量结果为:

SiTF=42.61Cnts/Degree,T-NETD=0.147℃,S-NETD=0.1778℃。可以看出热像仪的时间噪声和空间噪声是不同的。

通过测量结果分析可知热成像系统行(Row与行之间的NETD差异是无规律的、随机的。