紅外成像系統(tǒng)噪聲等效溫差校準(zhǔn)規(guī)范實(shí)驗(yàn)報(bào)告規(guī)范起草小組2024年12月實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證《紅外成像系統(tǒng)噪聲等效溫差校準(zhǔn)規(guī)范》中各參數(shù)校準(zhǔn)方法的可行性，核查指標(biāo)是否能夠完全覆蓋校準(zhǔn)規(guī)范中的規(guī)定，并對(duì)測(cè)量不確定度評(píng)定的合理性和準(zhǔn)確性進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)及時(shí)間實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：青島市黃島區(qū)香江路98號(hào)中國電子科技集團(tuán)公司第四十一研究所重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室大樓光電整機(jī)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)時(shí)間：2024年12月23日環(huán)境條件實(shí)驗(yàn)室環(huán)境條件測(cè)量開始時(shí)測(cè)量結(jié)束時(shí)溫度/℃：22.722.7相對(duì)濕度（%）：3535其他特殊條件：暗室暗室樣品狀況：正常正常校準(zhǔn)設(shè)備表1校準(zhǔn)設(shè)備表校準(zhǔn)使用的標(biāo)準(zhǔn)器名稱/型號(hào)編號(hào)測(cè)量范圍不確定度/準(zhǔn)確度等級(jí)/最大允許誤差檢定/校準(zhǔn)證書編號(hào)有效期至紅外熱像儀參數(shù)校準(zhǔn)裝置/IRCOL300/150020//IRI-24010022025.01.01校準(zhǔn)人劉紅元，王洪超被校樣品信息名稱型號(hào)編號(hào)生產(chǎn)廠商紅外熱像儀IDMM06710868700/校準(zhǔn)方法及結(jié)果噪聲等效溫差（NETD）是紅外熱像儀要產(chǎn)生一個(gè)等于均方根時(shí)間噪聲的信號(hào)變化所需要的物體與環(huán)境之間的溫度差，亦即目標(biāo)信號(hào)與噪聲之比為1時(shí)目標(biāo)與背景的溫度差?？紤]到直接在信噪比為1情況下測(cè)試難以得到準(zhǔn)確結(jié)果，實(shí)際測(cè)量NETD時(shí)通常選擇3K～10K的目標(biāo)與背景溫度差。在進(jìn)行NETD測(cè)試時(shí)，根據(jù)被測(cè)紅外熱像儀工作方式，靶標(biāo)的使用情況有所不同。如果被測(cè)紅外熱像儀能夠測(cè)量絕對(duì)信號(hào)（DC信號(hào)），可以不用輻射靶。如果被測(cè)紅外熱像儀不能測(cè)量絕對(duì)信號(hào)或處于自動(dòng)增益控制（AGC）模式，則需要一個(gè)輻射靶。下面分別進(jìn)行論述。1不加任何靶測(cè)量NETD黑體輻射區(qū)域黑體輻射區(qū)域所選計(jì)算區(qū)域圖6不加任何靶測(cè)量NETD去掉靶輪上的靶標(biāo)（或?qū)休喰D(zhuǎn)到通孔位置），由差分黑體產(chǎn)生一個(gè)均勻穩(wěn)定的輻射場（如圖6所示）。NETD測(cè)試步驟和計(jì)算方法如下：a.將被測(cè)紅外熱像儀對(duì)準(zhǔn)平行光管視場的中心，并將增益控制和電平控制設(shè)置于某個(gè)定值，調(diào)整熱像儀的焦距，使其成像清晰。b.在熱像儀的黑體輻射區(qū)域內(nèi)選擇一個(gè)方形區(qū)域作為計(jì)算區(qū)域，設(shè)置圖像采集幀數(shù)N，并設(shè)定目標(biāo)黑體的初始溫度T1和最終溫度T2（T1<T2）。c.將黑體溫度穩(wěn)定在T1，利用幀采樣器對(duì)被測(cè)紅外熱像儀的視頻輸出信號(hào)進(jìn)行采樣和數(shù)字化，連續(xù)采集N幀，計(jì)算時(shí)間噪聲σi,j以及N幀圖像的平均值Imean1。d.將黑體溫度穩(wěn)定到T2，由幀采樣器連續(xù)采集N幀圖像，計(jì)算N幀圖像的平均值Imean2。e.按下式計(jì)算所選擇區(qū)域中每個(gè)像素（i，j）上的噪聲等效溫差NETDi,j：（3.1）式中：——黑體在被測(cè)紅外熱像儀工作波段內(nèi)的發(fā)射率；——平行光管在被測(cè)紅外熱像儀工作波段內(nèi)的傳輸率。f.計(jì)算出所選擇計(jì)算區(qū)域內(nèi)的平均NETD。2采用半月靶測(cè)量NETD在被測(cè)紅外熱像儀為AC信號(hào)或AGC工作模式下，適合采用發(fā)射型半月靶測(cè)量NETD。半月靶將被測(cè)紅外熱像儀視場分成兩個(gè)區(qū)域（如圖7所示）：第一個(gè)區(qū)域?yàn)榘朐滦蝺?nèi)部的目標(biāo)黑體輻射區(qū)域，溫度為TA；第二個(gè)區(qū)域?yàn)榘朐滦瓮獠康谋尘拜椛鋮^(qū)域，溫度為房間環(huán)境溫度TB。背景區(qū)域背景區(qū)域B目標(biāo)區(qū)域A圖7半月靶測(cè)量NETD此時(shí)NETD測(cè)試步驟和計(jì)算方法如下：a.將被測(cè)紅外熱像儀的增益控制和電平控制設(shè)置于某個(gè)定值，調(diào)整熱像儀的焦距，使半月靶成像清晰。b.在熱像儀的黑體輻射區(qū)域內(nèi)選擇一個(gè)方形區(qū)域ZA，在背景輻射區(qū)域中選擇一個(gè)方形區(qū)域ZB，將兩者作為計(jì)算區(qū)域，設(shè)置圖像采集幀數(shù)N，使黑體工作于差分模式并自動(dòng)穩(wěn)定在ΔT上（ΔT為目標(biāo)黑體與背景的差分溫度）。c.利用幀采樣器對(duì)被測(cè)紅外熱像儀的視頻輸出信號(hào)進(jìn)行采樣和數(shù)字化，連續(xù)采集N幀，計(jì)算出ZA區(qū)域和ZB區(qū)域上的平均信號(hào)SA和SB以及ZA區(qū)域上平均的時(shí)間噪聲Vn。d.按下式計(jì)算所選計(jì)算區(qū)域上的平均NETD：（3.2）式中：——黑體在被測(cè)紅外熱像儀工作波段內(nèi)的發(fā)射率；——平行光管在被測(cè)紅外熱像儀工作波段內(nèi)的傳輸率。 校準(zhǔn)結(jié)果：測(cè)量參數(shù)測(cè)量次數(shù)123456平均值NETD（mK）13.9114.2113.7514.2513.6813.9113.95校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度評(píng)定采用黑體輻射源標(biāo)準(zhǔn)器和刀口靶校準(zhǔn)紅外成像系統(tǒng)噪聲等效溫差NETD的測(cè)量結(jié)果不確定度評(píng)定分析。1測(cè)量方法按照本校準(zhǔn)規(guī)范的要求和步驟，用黑體輻射源和半月靶標(biāo)準(zhǔn)器校準(zhǔn)紅外成像系統(tǒng)噪聲等效溫差NETD進(jìn)行校準(zhǔn)。2測(cè)量模型（1）3影響校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度來源NETD采用發(fā)射型半月靶進(jìn)行測(cè)量，采用（1）式計(jì)算NETD。NETD的測(cè)量不確定度來源主要有：黑體發(fā)射率、平行光管傳輸率、黑體差分溫度、幀采樣器信號(hào)采集、時(shí)間噪聲測(cè)量、環(huán)境溫度波動(dòng)、其它因素等，于是：a.黑體發(fā)射率引入的不確定度，差分黑體的發(fā)射率指標(biāo)為，設(shè)置信水平為99%，按正態(tài)分布估計(jì)，則：b.平行光管傳輸率引入的不確定度，在2.5μm～14μm波段，平行光管的傳輸率為98％，測(cè)量誤差在±1％以內(nèi)，以均勻分布估計(jì)，則：c.黑體差分溫度引入的不確定度，目標(biāo)黑體與背景的差分溫度一般設(shè)置為3℃以上，差分模式下黑體的控溫精度為±0.025℃，以均勻分布估計(jì)，則：d.幀采樣器信號(hào)采集引入的不確定度，本裝置采用10bit幀采樣器對(duì)紅外熱像儀的視頻輸出信號(hào)進(jìn)行采集。幀采樣器飽和輸出為700mV，被測(cè)紅外熱像儀的SiTF約為80mV/℃，目標(biāo)黑體與背景的差分溫度一般設(shè)置為3℃以上，于是目標(biāo)與背景之間的信號(hào)差大于350數(shù)字電平。以均勻分布估計(jì)，則：e.時(shí)間噪聲測(cè)量引入的不確定度，時(shí)間噪聲在目標(biāo)黑體輻射區(qū)域進(jìn)行測(cè)量，一般采集100幀以上信號(hào)進(jìn)行計(jì)算。經(jīng)驗(yàn)估計(jì)，時(shí)間噪聲測(cè)量誤差在±8％以內(nèi)，設(shè)置信水平為99％，以正態(tài)分布估計(jì)，則：f.環(huán)境溫度波動(dòng)引入的不確定度，實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境溫度可控，半小時(shí)內(nèi)溫度波動(dòng)可以控制在0.5℃以下。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，環(huán)境溫度從21.68℃波動(dòng)到22.34℃時(shí)，NETD的變化量為1.4％。g.其它因素引入的不確定度，其它影響測(cè)量結(jié)果的因素主要有：輻射靶、紅外準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)等，不確定度估計(jì)為1.0％。表1紅外成像系統(tǒng)噪聲等效溫差的不確定度分量表序號(hào)不確定度來源類別數(shù)值(K)分布ku1黑體發(fā)射率B1正態(tài)10.78％2平行光管傳輸率B1均勻10.58％3黑體差分溫度B1均勻10.48％4幀采樣器信號(hào)采集B1均勻10.33％5時(shí)間噪聲測(cè)量B1正態(tài)13.1％6環(huán)境溫度波動(dòng)A1/11.