1.本發明涉及紅外測量技術領域，尤其涉及一種紅外鏡頭光譜平均透過率測量系統及方法。
背景技術：
2.紅外鏡頭的透過率參數體現了其收集能量的能力，其中，紅外鏡頭的光譜平均透過率是評估紅外鏡頭性能最重要的指標之一，直接影響紅外成像系統的探測性能。但紅外鏡頭形狀、體積各異紅外光譜圖，往往難以直接進行測量。目前，確定紅外鏡頭光譜平均透過率的方式通常為間接評估法：測量組成紅外鏡頭的每一片鏡片的透過率，再結合各鏡片材料的能量吸收情況，綜合評估得出紅外鏡頭的光譜平均透過率。這樣的方式難以準確反映完整紅外鏡頭的特征，而現有技術中又缺少針對整體紅外鏡頭光譜平均透過率進行測試的技術手段。
3.因此，針對以上不足，需要提供一種能夠測量完整紅外鏡頭的光譜平均透過率的測量系統及方法。
技術實現要素：
4.(一)要解決的技術問題
5.本發明要解決的技術問題是解決難以直接測定完整紅外鏡頭的光譜平均透過率的問題。
6.(二)技術方案
7.為了解決上述技術問題，本發明提供了一種紅外鏡頭光譜平均透過率測量系統，包括：
8.溫度差分黑體、紅外成像系統和數字圖像采集計算機；
9.所述溫度差分黑體用于提供紅外輻射；
10.所述紅外成像系統用于采集所述溫度差分黑體的紅外輻射，轉換為數字圖像信號，并輸出至所述數字圖像采集計算機；所述紅外成像系統包括紅外成像組件和待測的紅外鏡頭；
11.所述數字圖像采集計算機用于采集數字圖像信號，并基于多幀數字圖像的灰度響應平均值，計算該紅外鏡頭的光譜平均透過率；
12.其中，計算紅外鏡頭的光譜平均透過率表達式為：
[0013][0014]
g(0)表示所述溫度差分黑體的差分溫度為0℃且所述紅外成像組件與所述溫度差分黑體之間不設置紅外鏡頭所得到的多幀數字圖像的灰度響應平均值，g(δt)表示所述溫度差分黑體的差分溫度為δt℃且所述紅外成像組件與所述溫度差分黑體之間不設置紅外鏡頭所得到的多幀數字圖像的灰度響應平均值，g
′
(0)表示所述溫度差分黑體的差分溫度
為0℃且所述紅外成像組件與所述溫度差分黑體之間設置紅外鏡頭所得到的多幀數字圖像的灰度響應平均值，g
′
(δt)表示所述溫度差分黑體的差分溫度為δt℃且所述紅外成像組件與所述溫度差分黑體之間設置紅外鏡頭所得到的多幀數字圖像的灰度響應平均值；δt≥1，且δt不超過所述紅外成像系統的線性響應區間。
[0015]
可選地，所述紅外鏡頭光譜平均透過率測量系統還包括：
[0016]
恒溫箱，用于保溫；所述溫度差分黑體和所述紅外成像系統設置在所述恒溫箱的內部。
[0017]
可選地，所述紅外成像系統采集所述溫度差分黑體的紅外輻射時，所述溫度差分黑體的有效輻射面充滿所述紅外成像系統的成像視場。
[0018]
可選地，所述紅外成像系統采集所述溫度差分黑體的紅外輻射時，所述溫度差分黑體的有效輻射面與所述紅外成像系統的入射端的間距為10mm～20mm。
[0019]
本發明還提供了一種紅外鏡頭光譜平均透過率測量方法，采用如上述任一項所述的紅外鏡頭光譜平均透過率測量系統實現，該方法包括如下步驟：
[0020]
令所述紅外成像組件與所述溫度差分黑體之間無紅外鏡頭，分別獲取所述溫度差分黑體的差分溫度為0℃和δt℃時對應的k幀數字圖像，并分別進行求平均計算，得到相應的灰度響應平均值g(0)和g(δt)；k為大于1的正整數；
[0021]
在所述紅外成像組件與所述溫度差分黑體之間設置待測的紅外鏡頭，分別獲取所述溫度差分黑體的差分溫度為0℃和δt℃時對應的k幀數字圖像，并分別進行求平均計算，得到相應的灰度響應平均值g
′
(0)和g
′
(δt)；
[0022]
基于得到的灰度響應平均值g(0)、g(δt)、g
′
(0)和g
′
(δt)，計算紅外鏡頭的光譜平均透過率。
[0023]
可選地，當所述紅外鏡頭光譜平均透過率測量系統還包括恒溫箱時，所述令所述紅外成像組件與所述溫度差分黑體之間無紅外鏡頭，分別獲取所述溫度差分黑體的差分溫度為0℃和δt℃時對應的k幀數字圖像，并分別進行求平均計算，得到相應的灰度響應平均值g(0)和g(δt)，包括：
[0024]
將所述溫度差分黑體與不加紅外鏡頭的所述紅外成像系統置于所述恒溫箱內，令所述紅外成像組件與所述溫度差分黑體穩定在溫度下；
[0025]
將所述溫度差分黑體的差分溫度設置為0℃，利用所述數字圖像采集計算機采集k幀數字圖像，并計算灰度響應平均值g(0)；
[0026]
將所述溫度差分黑體的差分溫度設置為δt℃，利用所述數字圖像采集計算機采集k幀數字圖像，并計算灰度響應平均值g(δt)。
[0027]
可選地，所述在所述紅外成像組件與所述溫度差分黑體之間設置待測的紅外鏡頭，分別獲取所述溫度差分黑體的差分溫度為0℃和δt℃時對應的k幀數字圖像，并分別進行求平均計算，得到相應的灰度響應平均值g
′
(0)和g
′
(δt)，包括：
[0028]
將待測的紅外鏡頭裝配在所述紅外成像系統中，設于所述紅外成像組件的前端；
[0029]
將所述溫度差分黑體與裝配有紅外鏡頭的所述紅外成像系統置于所述恒溫箱內，令所述紅外鏡頭、所述紅外成像組件與所述溫度差分黑體穩定在第二溫度下；所述第二溫度與所述溫度相等；
[0030]
將所述溫度差分黑體的差分溫度設置為0℃，利用所述數字圖像采集計算機采集k
幀數字圖像，并計算灰度響應平均值g
′
(0)；
[0031]
將所述溫度差分黑體的差分溫度設置為δt℃，利用所述數字圖像采集計算機采集k幀數字圖像，并計算灰度響應平均值g
′
(δt)。
[0032]
可選地，所述將所述溫度差分黑體與不加紅外鏡頭的所述紅外成像系統置于所述恒溫箱內，包括：
[0033]
令所述紅外成像組件靠近所述溫度差分黑體，所述溫度差分黑體的有效輻射面與所述紅外成像組件的入射端的間距為10mm～20mm，所述溫度差分黑體的有效輻射面充滿所述紅外成像組件的成像視場。
[0034]
可選地，所述將所述溫度差分黑體與裝配有紅外鏡頭的所述紅外成像系統置于所述恒溫箱內，包括：
[0035]
令所述紅外鏡頭靠近所述溫度差分黑體，所述溫度差分黑體的有效輻射面與所述紅外鏡頭的入射端的間距為10mm～20mm，所述溫度差分黑體的有效輻射面充滿所述紅外鏡頭的成像視場。
[0036]
(三)有益效果
[0037]
本發明的上述技術方案具有如下優點：本發明提供了一種紅外鏡頭光譜平均透過率測量系統及方法，本發明基于紅外成像組件與溫度差分黑體之間設置及不設置紅外鏡頭所得到的多幀數字圖像的灰度響應平均值，計算該紅外鏡頭的光譜平均透過率，能夠直接測量各種體積、形狀的紅外鏡頭，通用性好且易于實現，解決了難以直接測量完整紅外鏡頭光譜平均透過率的問題，現有技術的空白。
附圖說明
[0038]
圖1是本發明實施例中一種紅外鏡頭光譜平均透過率測量系統在不設置紅外鏡頭情況下的結構示意圖；
[0039]
圖2是本發明實施例中一種紅外鏡頭光譜平均透過率測量系統在設置紅外鏡頭情況下的結構示意圖；
[0040]
圖3是本發明實施例中一種紅外鏡頭光譜平均透過率測量方法步驟示意圖；
[0041]
圖4是本發明實施例中另一種紅外鏡頭光譜平均透過率測量方法步驟示意圖。
具體實施方式
[0042]
為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0043]
如前所述，紅外鏡頭的光譜平均透過率是評估紅外鏡頭性能最重要的指標之一，直接影響紅外成像系統的探測性能。但紅外鏡頭形狀、體積各異，往往難以直接進行測量。目前，確定紅外鏡頭光譜平均透過率的方式通常為間接評估法：測量組成紅外鏡頭的每一片鏡片的透過率，再結合各鏡片材料的能量吸收情況，綜合評估得出紅外鏡頭的光譜平均透過率。此間接評估法難以準確反映完整紅外鏡頭的特征，例如無法包含鏡片由于裝配不當導致透過能量下降的因素，因此常會出現間接評估法結果較好，但實際使用時能量透過
率達不到評估值的情況。而現有技術中又缺少針對整體紅外鏡頭光譜平均透過率進行測試的技術手段。有鑒于此，本發明提供了一種針對完整的紅外鏡頭進行測試的光譜平均透過率測量系統及方法。
[0044]
下面描述以上構思的具體實現方式。
[0045]
如圖1和圖2所示，本發明實施例提供的一種紅外鏡頭光譜平均透過率測量系統包括：溫度差分黑體、紅外成像系統和數字圖像采集計算機；其中，所述溫度差分黑體用于提供紅外輻射；所述紅外成像系統用于采集所述溫度差分黑體的紅外輻射，轉換為數字圖像信號，并輸出至所述數字圖像采集計算機；所述紅外成像系統包括紅外成像組件和待測的紅外鏡頭；所述數字圖像采集計算機用于采集數字圖像信號，得到數字圖像，并基于多幀數字圖像的灰度響應平均值，計算該紅外鏡頭的光譜平均透過率；
[0046]
其中，計算紅外鏡頭的光譜平均透過率表達式為：
[0047][0048]
g(0)表示所述溫度差分黑體的差分溫度為0℃且所述紅外成像組件與所述溫度差分黑體之間不設置紅外鏡頭所得到的多幀數字圖像的灰度響應平均值，g(δt)表示所述溫度差分黑體的差分溫度為δt℃且所述紅外成像組件與所述溫度差分黑體之間不設置紅外鏡頭所得到的多幀數字圖像的灰度響應平均值，g
′
(0)表示所述溫度差分黑體的差分溫度為0℃且所述紅外成像組件與所述溫度差分黑體之間設置紅外鏡頭所得到的多幀數字圖像的灰度響應平均值，g
′
(δt)表示所述溫度差分黑體的差分溫度為δt℃且所述紅外成像組件與所述溫度差分黑體之間設置紅外鏡頭所得到的多幀數字圖像的灰度響應平均值；δt≥1，且δt不超過所述紅外成像系統的線性響應區間。
[0049]
需要說明的是，紅外成像組件，也稱紅外探測組件，為現有技術(例如應用在熱像儀中)，其作用是將外部輻射匯聚到探測器靶面上，通過光電信號轉換電路實現數字圖像信號輸出，以供后端的數字圖像采集計算機進行采集和計算。所述數字圖像采集計算機采集數字圖像信號，所得數字圖像為紅外成像系統采集的原圖，即未加校正系數的原始圖像，以避免校正系數影響紅外成像系統測量結果。如果工藝問題導致紅外成像系統中的探測器盲元較多，在計算多幀數字圖像的灰度響應平均值之前，優選利用相鄰的有效像元對盲元進行填充，以免盲元干擾測量結果。
[0050]
本發明的實施例通過對比加紅外鏡頭和不加紅外鏡頭的紅外成像系統在不同差分溫度下的響應，獲得紅外鏡頭在探測波段內的光譜平均透過率，能夠用于評估完整紅外鏡頭的性能，且適用各種體積、形狀的紅外熱輻射成像的紅外鏡頭，易于實現，通用性好，解決了難以直接測量完整紅外鏡頭光譜平均透過率的問題，現有技術的空白。
[0051]
可選地，如圖1和圖2所示，該紅外鏡頭光譜平均透過率測量系統還包括恒溫箱，所述恒溫箱用于保溫；所述溫度差分黑體和所述紅外成像系統設置在所述恒溫箱的內部。
[0052]
通過將所述溫度差分黑體和所述紅外成像系統設置在所述恒溫箱內部，利用恒溫箱進行保溫，能夠減少測量過程中外界環境變化而造成的干擾，確保所測數字圖像能夠真實反映所述紅外成像系統接收到的紅外輻射。
[0053]
可選地，所述紅外成像系統采集所述溫度差分黑體的紅外輻射時，所述溫度差分
黑體的有效輻射面充滿所述紅外成像系統的成像視場。
[0054]
上述實施例中，溫度差分黑體的有效輻射面應足夠大，以充滿所述紅外成像系統的成像視場，不論是紅外鏡頭的成像視場，還是紅外成像組件的成像視場，否則探測器難以獲得滿視場的黑體紅外輻射，可能造成較大的測量誤差。
[0055]
可選地，所述紅外成像系統采集所述溫度差分黑體的紅外輻射時，所述溫度差分黑體的有效輻射面與所述紅外成像系統的入射端的間距為10mm～20mm。
[0056]
由于紅外成像組件本身不具有較強的匯聚光線能力，為確保探測器獲得滿視場的黑體紅外輻射，避免外界背景輻射干擾測量結果，所述紅外成像系統的入射端，不論是紅外鏡頭的入射端(也即紅外鏡頭的頭片窗口)，還是紅外成像組件的入射端(也即紅外成像組件的入射窗口)，應盡量貼近所述溫度差分黑體，但距離過小，紅外鏡頭或紅外成像組件可能與所述溫度差分黑體發生磕碰，因此紅外成像系統的入射端與所述溫度差分黑體的有效輻射面的間距可設置為10mm～20mm，在確保安全的情況下，盡可能減少背景輻射進入紅外成像系統的入射端。
[0057]
如圖3所述，本發明還提供了一種紅外鏡頭光譜平均透過率測量方法，采用如上述任一項實施例所述的紅外鏡頭光譜平均透過率測量系統實現，該方法包括如下步驟：
[0058]
步驟300，令所述紅外成像組件與所述溫度差分黑體之間無紅外鏡頭，即所述紅外成像系統中不設置待測的紅外鏡頭，分別獲取所述溫度差分黑體的差分溫度為0℃和δt℃時對應的k幀數字圖像，并分別進行求平均計算，得到相應的灰度響應平均值g(0)和g(δt)；k為大于1的正整數，優選k≥10；
[0059]
步驟302，在所述紅外成像組件與所述溫度差分黑體之間設置待測的紅外鏡頭，分別獲取所述溫度差分黑體的差分溫度為0℃和δt℃時對應的k幀數字圖像，并分別進行求平均計算，得到相應的灰度響應平均值g
′
(0)和g
′
(δt)；
[0060]
步驟304，基于得到的灰度響應平均值g(0)、g(δt)、g
′
(0)和g
′
(δt)，計算紅外鏡頭的光譜平均透過率。
[0061]
上述實施例中，對于紅外成像系統中不設置待測的紅外鏡頭的情況，先設置差分溫度為0℃，則有g(0)＝a1l1(0)+a2l0+b，其中a1、a2和b為線性擬合系數，l0表示環境輻射亮度，由背景輻射決定，l1(0)表示差分溫度為0℃的黑體目標輻射亮度，由溫度差分黑體提供的紅外輻射決定；繼續將差分溫度設置到δt℃，則有g(δt)＝0＝a1l1(δt)+a2l0+b，l1(δt)表示差分溫度為δt℃的黑體目標輻射亮度，可得到不加鏡頭的紅外成像系統在兩個差分溫度下灰度響應平均值之差為g(δt)-g(0)＝a1(l1(δt)-l1(0))；對于加上紅外鏡頭的情況，先設置差分溫度為0℃，則有g
′
(0)＝τa1l1(0)+a2l0+b，繼續將差分溫度設置到δt℃，則有g
′
(δt)＝τa1l1(δt)+a2l0+b紅外光譜圖，可得到加入裝配有紅外鏡頭的紅外成像系統在兩個差分溫度下灰度響應平均值之差為g
′
(δt)-g
′
(0)＝a1τ(l1(δt)-l1(0))，進而有紅外鏡頭光譜平均透過率τ計算公式為：
[0062][0063]
需要說明的是，不含紅外鏡頭的紅外成像系統和包含鏡頭的紅外成像系統對著所述溫度差分黑體時差分溫度δt應保持一致。令δt≥1℃，可減小紅外成像系統探測精度限
制對測量結果造成的影響。
[0064]
可選地，當所述紅外鏡頭光譜平均透過率測量系統還包括恒溫箱時，步驟300包括：
[0065]
將所述溫度差分黑體與不加紅外鏡頭的所述紅外成像系統置于所述恒溫箱內，令所述紅外成像組件與所述溫度差分黑體穩定在溫度下；不加紅外鏡頭的所述紅外成像系統可采用將待測的紅外鏡頭拆卸下來的紅外成像系統；
[0066]
將所述溫度差分黑體調節在溫度差分模式，差分溫度設置為0℃，利用所述數字圖像采集計算機采集k幀數字圖像，并計算灰度響應平均值g(0)；
[0067]
將所述溫度差分黑體的差分溫度設置為δt℃，利用所述數字圖像采集計算機采集k幀數字圖像，并計算灰度響應平均值g(δt)。
[0068]
上述實施例中，紅外成像系統和溫度差分黑體放置在恒溫箱中，可減少外界環境對測量過程的干擾。
[0069]
可選地，計算灰度響應平均值g(0)的表達式為：
[0070][0071]
式中，g(i，j，0)表示差分溫度為0℃時、位置為(i，j)的像元的灰度響應，m、n分別表示數字圖像的邊長，m
×
n為總像元個數；
[0072]
計算灰度響應平均值g(δt)的表達式為：
[0073][0074]
式中，g(i，j，δt)表示差分溫度為δt℃時、位置為(i，j)的像元的灰度響應。
[0075]
上述實施例基于采集的k幀數字圖像計算灰度響應平均值，先求單幀圖像的灰度平均值，再求多幀圖像對應的灰度響應平均值，在其他實施例中，也可將多幀數字圖像進行疊加，先求平均圖像，再求對應的灰度響應平均值。通過采集多幀數字圖像計算灰度響應平均值，能夠消除探測器噪聲波動，獲得更加真實、有效的數據。k幀數字圖像優選連續采集。
[0076]
進一步地，步驟302包括：
[0077]
將待測的紅外鏡頭裝配在所述紅外成像系統中，設于所述紅外成像組件的前端；前端即靠近溫度差分黑體的一側；
[0078]
將所述溫度差分黑體與裝配有紅外鏡頭的所述紅外成像系統置于所述恒溫箱內，令所述紅外鏡頭、所述紅外成像組件與所述溫度差分黑體穩定在第二溫度下；所述第二溫度與所述溫度相等；
[0079]
將所述溫度差分黑體的差分溫度設置為0℃，利用所述數字圖像采集計算機采集k幀數字圖像，并計算灰度響應平均值g
′
(0)；
[0080]
將所述溫度差分黑體的差分溫度設置為δt℃，利用所述數字圖像采集計算機采集k幀數字圖像，并計算灰度響應平均值g
′
(δt)。
[0081]
上述實施例中，不含紅外鏡頭的紅外成像系統和包含紅外鏡頭的紅外成像系統在恒溫箱內的測量環境溫度(即溫度與第二溫度)要保持一致，避免環境溫度變化引入干
擾。
[0082]
需要說明的是，整個測量過程中，采集的各幀數字圖像的積分時間應均相同，且能量積累不應超過探測器的響應范圍，否則得到的數字圖像難以反映紅外輻射的真實情況，自然也無法解算出準確的紅外鏡頭光譜平均透過率。
[0083]
進一步地，所述將所述溫度差分黑體與不加紅外鏡頭的所述紅外成像系統置于所述恒溫箱內，包括：
[0084]
令所述紅外成像組件靠近所述溫度差分黑體，所述溫度差分黑體的有效輻射面與所述紅外成像組件的入射端的間距為10mm～20mm，所述溫度差分黑體的有效輻射面充滿所述紅外成像組件的成像視場。
[0085]
進一步地，所述將所述溫度差分黑體與裝配有紅外鏡頭的所述紅外成像系統置于所述恒溫箱內，包括：
[0086]
令所述紅外鏡頭靠近所述溫度差分黑體，所述溫度差分黑體的有效輻射面與所述紅外鏡頭的入射端的間距為10mm～20mm，所述溫度差分黑體的有效輻射面充滿所述紅外鏡頭的成像視場。
[0087]
優選地，對于包含紅外鏡頭的紅外成像系統，可令紅外鏡頭位于實際成像清晰的焦面位置。
[0088]
上述實施例中，通過將所述紅外成像系統靠近所述溫度差分黑體，并令所述溫度差分黑體的有效輻射面充滿所述紅外成像系統的成像視場，能夠盡可能減少背景輻射入射，提高黑體目標輻射亮度測量精度，進而提高最終的紅外鏡頭光譜平均透過率測量精度。
[0089]
如圖4所示，本發明還提供了一種紅外鏡頭光譜平均透過率測量方法，包括如下步驟：
[0090]
步驟400，將溫度差分黑體與不加紅外鏡頭的紅外成像系統置于恒溫箱內，令紅外成像組件與溫度差分黑體穩定在溫度下；
[0091]
步驟402，將溫度差分黑體的差分溫度設置為0℃，利用數字圖像采集計算機采集k幀數字圖像，并計算灰度響應平均值g(0)；
[0092]
步驟404，將溫度差分黑體的差分溫度設置為δt℃，利用數字圖像采集計算機采集k幀數字圖像，并計算灰度響應平均值g(δt)；
[0093]
步驟406，將溫度差分黑體與裝配有紅外鏡頭的紅外成像系統置于恒溫箱內，令紅外鏡頭、紅外成像組件與溫度差分黑體穩定在第二溫度下；第二溫度與溫度相等；
[0094]
步驟408，將溫度差分黑體的差分溫度設置為0℃，利用數字圖像采集計算機采集k幀數字圖像，并計算灰度響應平均值g
′
(0)；
[0095]
步驟410，將溫度差分黑體的差分溫度設置為δt℃，利用數字圖像采集計算機采集k幀數字圖像，并計算灰度響應平均值g
′
(δt)；
[0096]
步驟412，基于得到的灰度響應平均值g(0)、g(δt)、g
′
(0)和g
′
(δt)，計算紅外鏡頭的光譜平均透過率。
[0097]
特別地，在本發明一些優選的實施方式中，還提供了一種計算機設備，包括存儲器和處理器，所述存儲器存儲有計算機程序，所述處理器執行所述計算機程序時實現上述任一實施方式中所述方法的步驟。
[0098]
在本發明另一些優選的實施方式中，還提供了一種計算機可讀存儲介質，其上存
儲有計算機程序，計算機程序被處理器執行時實現上述任一實施方式中所述方法的步驟。
[0099]
本領域普通技術人員可以理解實現上述實施例方法中的全部或部分流程，是可以通過計算機程序來指令相關的硬件來完成，計算機程序可存儲于一非易失性計算機可讀取存儲介質中，該計算機程序在執行時，可包括如上述方法實施例的流程，在此不再重復說明。
[0100]
綜上所述，本發明公開了一種紅外鏡頭光譜平均透過率測量系統及方法，可用于測定紅外鏡頭的光譜平均透過率。通過將紅外成像系統和溫度差分黑體放在恒溫箱中，對比加紅外鏡頭和不加紅外鏡頭的紅外成像系統在不同差分溫度下的響應，計算紅外鏡頭在探測器響應波段內的光譜平均透過率。本發明易于實現，且能夠適用于不同的紅外鏡頭。
[0101]
最后應說明的是：以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和范圍。
