熱成像儀是最重要的一類光電成像系統(tǒng),廣泛應(yīng)用于軍事和民用領(lǐng)域。熱成像儀的性能(包括有效監(jiān)控范圍:檢測、識別和確認(rèn))可以通過測量三個重要參數(shù)來相對準(zhǔn)確地估計,這些參數(shù)是最小分辨溫差(MRTD)、調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)和噪聲等效溫差(NETD)(至少要測量MRTD)。這些參數(shù)的測量可以使用市場上提供的不同測試系統(tǒng)進行(包括Inframet公司提供的系統(tǒng),在“熱成像儀”部分有所描述)。
然而,問題在于典型的測試系統(tǒng)僅在實驗室條件下對熱成像儀進行測試。在實驗室測試中,成像儀環(huán)境溫度和目標(biāo)背景溫度約為20攝氏度,而在實際監(jiān)控工作條件下,這兩個溫度可能會從約-40攝氏度到約+60攝氏度或更高。這意味著,在實驗室條件下表現(xiàn)幾近完美的成像儀,在極端環(huán)境/背景溫度下可能表現(xiàn)得非常差。同時,在實驗室條件下表現(xiàn)平平的成像儀,在極端環(huán)境/背景溫度下可能能保持幾乎相同的性能。
在這種情況下 Inframet開發(fā)了三個測試系統(tǒng),從而模擬真實工作條件下測試熱像儀性能: EXIR-1、EXIR-2、EXIR-3(圖1)。
圖1 a)EXIR-1、b)EXIR-2、c)EXIR-3
EXIR-1系統(tǒng)由兩個模塊組成:1) CHI專用半透明溫度艙,可以插入被測試的成像儀;2) 典型的實驗室級DT系統(tǒng),用于測試熱成像儀。
EXIR-2系統(tǒng)由兩個模塊組成:1) 特殊的ADT非熱成像投影儀;2) CHP投影艙。被測試的成像儀和圖像投影儀都被插入到CDP投影艙中。
EXIR-3系統(tǒng)由三個模塊組成:CHI半透明成像儀艙、CHP投影艙和ADT非熱成像投影儀。被測試的成像儀被插入到CHI成像儀艙中。ADT非熱成像投影儀被插入到CHP投影艙中。被測試的成像儀可以通過第一個艙的半透明窗口和第二個艙的孔看到非熱成像投影儀。這個設(shè)計概念能夠獨立調(diào)節(jié)成像儀環(huán)境溫度和背景溫度,是世界上首個具有這種模擬能力的測試系統(tǒng)。EXIR-3系統(tǒng)的設(shè)計基于待批準(zhǔn)的專利解決方案。
這三種測試系統(tǒng)都能夠在可變工作條件下測量熱成像儀的所有重要參數(shù)。EXIR-1和EXIR-2能夠模擬成像儀環(huán)境溫度和目標(biāo)背景溫度大致相等的大多數(shù)典型工作場景。只有在EXIR-3系統(tǒng)中,這兩種溫度才能在大約-40℃到至少+60℃的范圍內(nèi)完全獨立調(diào)節(jié),從而可以模擬所有可能的工作場景(見表1)。
表 1.成像儀環(huán)境溫度 以及不同監(jiān)測下的目標(biāo)背景溫度場景
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這些新測試系統(tǒng)在評估監(jiān)控?zé)岢上駜x過程中可以帶來熱成像計量領(lǐng)域的革命。與只能模擬實驗室條件的典型測試系統(tǒng)相比,這些新測試系統(tǒng)能夠在實際工作條件下更準(zhǔn)確地評估熱成像儀的性能。這些新測試系統(tǒng)還可以展示新的技術(shù)改進方法,以提高在極端條件下的性能。因此,這些新測試系統(tǒng)在不久的將來可能會成為熱成像儀用戶和制造商的非常有價值的工具。
本節(jié)介紹的測試系統(tǒng)(EXIR-1、EXIR-2、EXIR-3)基本上是為測試在中波紅外(MWIR)和長波紅外(LWIR)光譜帶上工作的熱成像儀而開發(fā)的。然而,它們可以通過更換輻射源和寬帶窗口進行修改,以測試可見光-近紅外(VIS-NIR)相機、短波紅外(SWIR)成像儀或多傳感器系統(tǒng)。測試后者系統(tǒng)尤其重要,因為這些測試系統(tǒng)不僅能夠測量圖像質(zhì)量,還能夠在模擬的實際工作條件下測量視軸誤差。