紅外光學(xué)系統(tǒng)因雜散輻射引起的最大像面溫差計算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種分析雜散輻射對紅外光學(xué)系統(tǒng)所成像影響的方法，特別是涉及一 種紅外光學(xué)系統(tǒng)因雜散輻射引起的最大像面溫差的計算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，雜散輻射系數(shù)、鬼像分析是兩種評判雜散輻射對光學(xué)系統(tǒng)所成像影響的方 法。雜散輻射系數(shù)可以評價最終到達(dá)探測器靶面的雜散輻射量的多少，其大小為到達(dá)探測 器靶面的雜散輻射照度與到達(dá)探測器靶面的所有輻射照度的比值，比值越小，雜散輻射對 像面質(zhì)量的影響越小。紅外光學(xué)系統(tǒng)是否產(chǎn)生鬼像是系統(tǒng)設(shè)計關(guān)心的重點，鬼像是目標(biāo)物 體發(fā)出的光線經(jīng)機(jī)械結(jié)構(gòu)或鏡組的反射、折射后，在系統(tǒng)成像面附近生成的像。這個附加像 一般亮度較暗，但與原目標(biāo)像分開，影響了成像質(zhì)量。鬼像分析采取像面觀察法和光線路徑 追跡法。如果鬼像對成像的干擾較小，那么光學(xué)系統(tǒng)的成像就是合格的。
[0003] 但是，以上兩種評判雜散輻射影響的方法都沒有把雜散輻射與像面溫度偏差聯(lián)系 起來。在某些應(yīng)用領(lǐng)域中需要知道雜散輻射與像面溫度改變量之間的關(guān)系，比如目標(biāo)模擬 器中的準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)，設(shè)計指標(biāo)中對由雜散輻射產(chǎn)生的背景最大溫差做出了限制。雜散輻 射是對像面施加的附加輻射，會對最終的成像溫度產(chǎn)生影響。經(jīng)查新，有關(guān)論述雜散輻射與 其所產(chǎn)生的像面溫度改變量的問題還沒有在相關(guān)文獻(xiàn)中見到。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服現(xiàn)有的雜散輻射分析方法無法反映像面溫差的不足，本發(fā)明提出了一種 紅外光學(xué)系統(tǒng)因雜散輻射引起的最大像面溫差的計算方法。
[0005] 為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，采取如下技術(shù)方案：
[0006] 一種紅外光學(xué)系統(tǒng)因雜散輻射引起的最大像面溫差的計算方法，包括以下步驟：
[0007] S1 :建立紅外光學(xué)系統(tǒng)的雜散福射模型；
[0008] S2:將光源設(shè)置為某一溫度的面源黑體，追跡光線后得到面源黑體經(jīng)紅外光學(xué)系 統(tǒng)所成的像；
[0009] S3 :用MATLAB處理S2得到的像面光照度圖像，把像面合理分塊為若干個小單元， 計算每一小單元上的能量大小；
[0010] S4 :根據(jù)S3的處理結(jié)果分析得到像面平均能量、最大單元能量和最小單元能量， 結(jié)合單元像面面積，計算局部輻照度偏差系數(shù)；
[0011] S5:根據(jù)紅外光學(xué)系統(tǒng)視場對像面照度的影響，對局部輻照度偏差系數(shù)作出數(shù)值 修正；
[0012] S6:由局部輻照度偏差系數(shù)與像面偏差溫度之間的關(guān)系式計算出最大偏差溫度的 大小，所述局部輻照度偏差系數(shù)與像面偏差溫度之間的關(guān)系為：
【主權(quán)項】
1. 一種紅外光學(xué)系統(tǒng)因雜散輻射引起的最大像面溫差的計算方法，其特征在于所述計 算方法步驟如下： 51 :建立紅外光學(xué)系統(tǒng)的雜散輻射模型； 52 :將光源設(shè)置為某一溫度的面源黑體，追跡光線后得到面源黑體經(jīng)紅外光學(xué)系統(tǒng)所 成的像； 53 :用MATLAB處理S2得到的像面光照度圖像，把像面合理分塊為若干個小單元，計算 每一小單元上的能量大?。? 54 :根據(jù)S3的處理結(jié)果分析得到像面平均能量、最大單元能量和最小單元能量，結(jié)合 單元像面面積，計算局部輻照度偏差系數(shù)； 55 :根據(jù)紅外光學(xué)系統(tǒng)視場對像面照度的影響，對局部輻照度偏差系數(shù)作出數(shù)值修 正； 56 :由局部輻照度偏差系數(shù)與像面偏差溫度之間的關(guān)系式計算出最大偏差溫度的大 小，所述局部輻照度偏差系數(shù)與像面偏差溫度之間的關(guān)系為：
其中：= 為黑體輻射出射度公式； 第一輻射常數(shù)4= 3. 7418X 10 _16(Wgm2); 第二輻射常數(shù)c2= 1.4388X 10 _2(mgK); 入p為波段范圍； AT為像面最大偏差溫度； IY為理想像面溫度； G為局部輻照度偏差系數(shù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外光學(xué)系統(tǒng)因雜散輻射引起的最大像面溫差的計算方法， 其特征在于所述步驟S2中，光源為面光源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外光學(xué)系統(tǒng)因雜散輻射引起的最大像面溫差的計算方法， 其特征在于所述S3中，把光照度圖分割成為若干個小單元時，要使相鄰區(qū)域單元內(nèi)能量分 布接近，相鄰單元相對能量改變量控制在1 %到2%之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外光學(xué)系統(tǒng)因雜散輻射引起的最大像面溫差的計算方法， 其特征在于所述步驟
S4中，局部輻照度偏差系數(shù)為： 其中：G為局部輻照度偏差系數(shù)； M_為所有局部單元的平均輻照度； Mmax為最大局部單元福照度； Mmin為最小局部單元福照度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外光學(xué)系統(tǒng)因雜散輻射引起的最大像面溫差的計算方法， 其特征在于所述步驟S5中，光學(xué)系統(tǒng)視場與像面照度的關(guān)系為： Ee=Eccos4? ； 其中：E。為中心視場照度； 艮為邊緣視場照度；w為光學(xué)系統(tǒng)視場大小。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外光學(xué)系統(tǒng)因雜散輻射引起的最大像面溫差的計算方法， 其特征在于所述步驟S6中，當(dāng)光源為太陽光時，入射光為全波段，計算公式可化簡為：
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種紅外光學(xué)系統(tǒng)因雜散輻射引起的最大像面溫差計算方法，步驟如下：S1：建立紅外光學(xué)系統(tǒng)的雜散輻射模型；S2：將光源設(shè)置為某一溫度的面源黑體，追跡光線后得到面源黑體經(jīng)紅外光學(xué)系統(tǒng)所成的像；S3：處理像面光照度圖像，把像面合理分塊為若干個小單元，計算每一小單元上的能量大??；S4：根據(jù)處理結(jié)果分析得到像面平均能量、最大單元能量和最小單元能量，結(jié)合單元像面面積，計算局部輻照度偏差系數(shù)；S5：根據(jù)紅外光學(xué)系統(tǒng)視場對像面照度的影響，對局部輻照度偏差系數(shù)作出數(shù)值修正；S6：由局部輻照度偏差系數(shù)與像面偏差溫度之間的關(guān)系式計算出最大偏差溫度的大小。本方法簡單，計算量小，已經(jīng)在實際項目中投入運用。
【IPC分類】G01J5-52
【公開號】CN104614080
【申請?zhí)枴緾N201510058240
【發(fā)明人】徐君, 王治樂, 錢育龍, 周程灝, 朱瑤, 孫婷婷
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年2月4日