紅外成像系統(tǒng)噪聲等效溫差校準(zhǔn)規(guī)范實驗報告規(guī)范起草小組2024年12月實驗?zāi)康耐ㄟ^實驗，驗證《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，并對測量不確定度評定的合理性和準(zhǔn)確性進行分析。實驗地點及時間實驗地點：青島市黃島區(qū)香江路98號中國電子科技集團公司第四十一研究所重點實驗室大樓光電整機實驗室實驗時間：2024年12月23日環(huán)境條件實驗室環(huán)境條件測量開始時測量結(jié)束時溫度/℃：22.722.7相對濕度（%）：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/型號編號測量范圍不確定度/準(zhǔn)確度等級/最大允許誤差檢定/校準(zhǔn)證書編號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編號生產(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)生一個等于均方根時間噪聲的信號變化所需要的物體與環(huán)境之間的溫度差，亦即目標(biāo)信號與噪聲之比為1時目標(biāo)與背景的溫度差。考慮到直接在信噪比為1情況下測試難以得到準(zhǔn)確結(jié)果，實際測量NETD時通常選擇3K～10K的目標(biāo)與背景溫度差。在進行NETD測試時，根據(jù)被測紅外熱像儀工作方式，靶標(biāo)的使用情況有所不同。如果被測紅外熱像儀能夠測量絕對信號（DC信號），可以不用輻射靶。如果被測紅外熱像儀不能測量絕對信號或處于自動增益控制（AGC）模式，則需要一個輻射靶。下面分別進行論述。1不加任何靶測量NETD黑體輻射區(qū)域黑體輻射區(qū)域所選計算區(qū)域圖6不加任何靶測量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)生一個均勻穩(wěn)定的輻射場（如圖6所示）。NETD測試步驟和計算方法如下：a.將被測紅外熱像儀對準(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)選擇一個方形區(qū)域作為計算區(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，利用幀采樣器對被測紅外熱像儀的視頻輸出信號進行采樣和數(shù)字化，連續(xù)采集N幀，計算時間噪聲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，計算N幀圖像的平均值Imean2。e.按下式計算所選擇區(qū)域中每個像素（i，j）上的噪聲等效溫差NETDi,j：（3.1）式中：——黑體在被測紅外熱像儀工作波段內(nèi)的發(fā)射率；——平行光管在被測紅外熱像儀工作波段內(nèi)的傳輸率。f.計算出所選擇計算區(qū)域內(nèi)的平均NETD。2采用半月靶測量NETD在被測紅外熱像儀為AC信號或AGC工作模式下，適合采用發(fā)射型半月靶測量NETD。半月靶將被測紅外熱像儀視場分成兩個區(qū)域（如圖7所示）：第一個區(qū)域為半月形內(nèi)部的目標(biāo)黑體輻射區(qū)域，溫度為TA；第二個區(qū)域為半月形外部的背景輻射區(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半月靶測量NETD此時NETD測試步驟和計算方法如下：a.將被測紅外熱像儀的增益控制和電平控制設(shè)置于某個定值，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)選擇一個方形區(qū)域ZA，在背景輻射區(qū)域中選擇一個方形區(qū)域ZB，將兩者作為計算區(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.利用幀采樣器對被測紅外熱像儀的視頻輸出信號進行采樣和數(shù)字化，連續(xù)采集N幀，計算出ZA區(qū)域和ZB區(qū)域上的平均信號SA和SB以及ZA區(qū)域上平均的時間噪聲Vn。d.按下式計算所選計算區(qū)域上的平均NETD：（3.2）式中：——黑體在被測紅外熱像儀工作波段內(nèi)的發(fā)射率；——平行光管在被測紅外熱像儀工作波段內(nèi)的傳輸率。 校準(zhǔn)結(jié)果：測量參數(shù)測量次數(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的測量結(jié)果不確定度評定分析。1測量方法按照本校準(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進行校準(zhǔn)。2測量模型（1）3影響校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度來源NETD采用發(fā)射型半月靶進行測量，采用（1）式計算NETD。NETD的測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、幀采樣器信號采集、時間噪聲測量、環(huán)境溫度波動、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，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％，測量誤差在±1％以內(nèi)，以均勻分布估計，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，則：d.幀采樣器信號采集引入的不確定度，本裝置采用10bit幀采樣器對紅外熱像儀的視頻輸出信號進行采集。幀采樣器飽和輸出為700mV，被測紅外熱像儀的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)與背景之間的信號差大于350數(shù)字電平。以均勻分布估計，則：e.時間噪聲測量引入的不確定度，時間噪聲在目標(biāo)黑體輻射區(qū)域進行測量，一般采集100幀以上信號進行計算。經(jīng)驗估計，時間噪聲測量誤差在±8％以內(nèi)，設(shè)置信水平為99％，以正態(tài)分布估計，則：f.環(huán)境溫度波動引入的不確定度，實驗室的環(huán)境溫度可控，半小時內(nèi)溫度波動可以控制在0.5℃以下。根據(jù)實驗結(jié)果，環(huán)境溫度從21.68℃波動到22.34℃時，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幀采樣器信號采集B1均勻10.33％5時間噪聲測量B1正態(tài)13.1％6環(huán)境溫度波動A1/11.