第7卷第18期2007年9月16711819(2007)18458704科学技术与工程ScienceTechnologyandEngineeringVo.l7No.18Sep.20072007Sc.iTech.Engng.通信技术点源目标的红外成像系统作用距离分析黄静刘朝晖邓书颖(中国科学院西安光学精密机械研究所,西安710068)摘要红外系统的作用距离是红外探测系统的一个重要的综合性能参数,它直接影响红外图像的像质,从而影响目标的提取与识别。基于NETD和NEFD对红外成像系统的作用距离进行了详细的分析,以便在设计中参考使用。关键词点源目标NETDNEFD红外成像系统作用距离中图法分类号TN219;文献标识码A红外成像系统的作用距离远近直接影响到采集的红外图像的信噪比,也就是说直接影响图像的像质,从而给目标的提取与识别带来了很大的困难。因此,在这里有必要对红外成像系统的作用距离进行详细的分析。红外系统的作用距离是探测系统的一个重要的综合性能参数。当目标相对系统的张角小于系统的瞬时视场时,系统不能分辨,这时可将目标看成点辐射源。红外系统接收点辐射源的能量与其间的距离有关,距离越远接收到的能量越少,与接收到的最小可用能量相应的距离称为系统的作用距离[1]公式可以避免其中的一些的不足。尤其是避免了对大温差目标进行校正的问题。1基于成像系统NETD估算作用距离当系统的噪声仅受探测器的噪声所限制时,对于红外探测系统的作用距离,传统的分析方法主要以目标的辐射功率在探测器上的响应是否满足信噪比要求为依据,其具体的公式如下:aIt0D0DR=sAd2*1/2(1)。其(1)式中:R为探测系统的作用距离;It为点源的红外辐射强度;a为大气平均透过率;0为光学效率;D为探测器的比探测率;D0为系统的通光口径;Ad为敏感单元面积;f为系统宽带:f=1/2T,T为积分时间,积分时间取1ms,f为500Hz;由噪声等效温差的定义可得[1,2]1/2*在用红外热像仪探测目标的场合,往往用热成像系统的作用距离方程来估算作用距离。目前红外热像仪的性能指标都给出了NETD(等效噪声温差)的数值。因此,有必要推导出用NETD表达的作用距离公式,以便进行准确的计算,使用起来也更为方便。但是用NETD表达的距离公式,存在一定的缺陷。如果用NEFD(等效噪声照度差)表示作用距离2007年5月24日收到第一作者简介:黄静(1978),研究方向:光电经纬仪。Emai:lhuangjing1631@sina.com.cn。:(2)AdNETD=!00DXT高低张角的乘积;XT为微分辐射量。把(2)式代到(1)式中可得:R=2其(2)式中:!为探测器敏感元的水平张角和ItaNETDs!XT(3)4588科学技术与工程7卷[2,3]又:It=∀T#At%∃4从图1可以计算得(4)(5)-4:(8)Et=当(=0∀时,Et=Itcos(aRRC2%TXT=∃∀式中:=5.6710∀-12ItaR。RW!cm!K,系斯蒂芬系4数;#:目标表面材料的发射率;%2:探测器的工作波段的下限;C2=1.438810&m!K,系第二辐射系数;At:敏感元面积;T:目标温度;%:∃探测器工作波段上下限的相对能量差。把(4)式和(5)式带入(3)式可得:%2At#TaR=C2NETD!s/n(6)在信号处理过程中往往会引起信号损失,所以引入了信号损失系数∋(根据经验,一般取3~4),这时作用距离就成为:%2At#TaR=C2NETD!s/n∋图1点源产生的辐照度(7)表1不同环境温度下目标的辐射强度环境温度/#点源辐射强度W/Sr103.46204.4306.3该方法存在一定的局限性,主要表现在四个方面[1]:(1)在NETD的推导中,假设了目标和背景都是黑体;而实际观察的目标不是黑体,至多是灰体,灰体的辐射比各不相同;(2)NETD只反映了光学系统、探测器及一部分电路的特性,而没有考虑目标到探测器之间的噪声源;(3)该算法考虑到目标到靶面上的辐射功率是否满足探测要求,未考虑背景的影响;(4)该方法未考虑成像点的弥散及其影响。(2)背景辐射在红外系统入瞳上的辐照度Eb:Eb=Lb()-)t)a(9)其(9)式中:Lb:背景的辐射亮度;):红外系统的瞬时立体视场角;)t:目标对光学系统的中心所张的立体角。根据《红外与微光技术》(国防工业出版社)给出的背景辐照度与波长和背景温度的关系数据及《红外技术原理手册》(国防工业出版社)给出的白天和夜晚的天空亮度实验曲线,可以给出下列数据。表2不同环境温度下天空辐亮度Lb(W/cm2)环境温度10#1.010-41.210-420#1.1510-41.4510-430#1.210-41.6210-42基于成像系统NEFD估算作用距离当系统的噪声并不以探测器噪声为主,而是点源周围背...