1.本发明涉及红外测量技术领域，尤其涉及一种红外镜头光谱平均透过率测量系统及方法。

背景技术：

2.红外镜头的透过率参数体现了其收集能量的能力，其中，红外镜头的光谱平均透过率是评估红外镜头性能最重要的指标之一，直接影响红外成像系统的探测性能。但红外镜头形状、体积各异红外光谱图，往往难以直接进行测量。目前，确定红外镜头光谱平均透过率的方式通常为间接评估法：测量组成红外镜头的每一片镜片的透过率，再结合各镜片材料的能量吸收情况，综合评估得出红外镜头的光谱平均透过率。这样的方式难以准确反映完整红外镜头的特征，而现有技术中又缺少针对整体红外镜头光谱平均透过率进行测试的技术手段。

3.因此，针对以上不足，需要提供一种能够测量完整红外镜头的光谱平均透过率的测量系统及方法。

技术实现要素：

4.(一)要解决的技术问题

5.本发明要解决的技术问题是解决难以直接测定完整红外镜头的光谱平均透过率的问题。

6.(二)技术方案

7.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种红外镜头光谱平均透过率测量系统，包括：

8.温度差分黑体、红外成像系统和数字图像采集计算机；

9.所述温度差分黑体用于提供红外辐射；

10.所述红外成像系统用于采集所述温度差分黑体的红外辐射，转换为数字图像信号，并输出至所述数字图像采集计算机；所述红外成像系统包括红外成像组件和待测的红外镜头；

11.所述数字图像采集计算机用于采集数字图像信号，并基于多帧数字图像的灰度响应平均值，计算该红外镜头的光谱平均透过率；

12.其中，计算红外镜头的光谱平均透过率表达式为：

[0013][0014]

g(0)表示所述温度差分黑体的差分温度为0℃且所述红外成像组件与所述温度差分黑体之间不设置红外镜头所得到的多帧数字图像的灰度响应平均值，g(δt)表示所述温度差分黑体的差分温度为δt℃且所述红外成像组件与所述温度差分黑体之间不设置红外镜头所得到的多帧数字图像的灰度响应平均值，g

′

(0)表示所述温度差分黑体的差分温度

为0℃且所述红外成像组件与所述温度差分黑体之间设置红外镜头所得到的多帧数字图像的灰度响应平均值，g

′

(δt)表示所述温度差分黑体的差分温度为δt℃且所述红外成像组件与所述温度差分黑体之间设置红外镜头所得到的多帧数字图像的灰度响应平均值；δt≥1，且δt不超过所述红外成像系统的线性响应区间。

[0015]

可选地，所述红外镜头光谱平均透过率测量系统还包括：

[0016]

恒温箱，用于保温；所述温度差分黑体和所述红外成像系统设置在所述恒温箱的内部。

[0017]

可选地，所述红外成像系统采集所述温度差分黑体的红外辐射时，所述温度差分黑体的有效辐射面充满所述红外成像系统的成像视场。

[0018]

可选地，所述红外成像系统采集所述温度差分黑体的红外辐射时，所述温度差分黑体的有效辐射面与所述红外成像系统的入射端的间距为10mm～20mm。

[0019]

本发明还提供了一种红外镜头光谱平均透过率测量方法，采用如上述任一项所述的红外镜头光谱平均透过率测量系统实现，该方法包括如下步骤：

[0020]

令所述红外成像组件与所述温度差分黑体之间无红外镜头，分别获取所述温度差分黑体的差分温度为0℃和δt℃时对应的k帧数字图像，并分别进行求平均计算，得到相应的灰度响应平均值g(0)和g(δt)；k为大于1的正整数；

[0021]

在所述红外成像组件与所述温度差分黑体之间设置待测的红外镜头，分别获取所述温度差分黑体的差分温度为0℃和δt℃时对应的k帧数字图像，并分别进行求平均计算，得到相应的灰度响应平均值g

′

(0)和g

′

(δt)；

[0022]

基于得到的灰度响应平均值g(0)、g(δt)、g

′

(0)和g

′

(δt)，计算红外镜头的光谱平均透过率。

[0023]

可选地，当所述红外镜头光谱平均透过率测量系统还包括恒温箱时，所述令所述红外成像组件与所述温度差分黑体之间无红外镜头，分别获取所述温度差分黑体的差分温度为0℃和δt℃时对应的k帧数字图像，并分别进行求平均计算，得到相应的灰度响应平均值g(0)和g(δt)，包括：

[0024]

将所述温度差分黑体与不加红外镜头的所述红外成像系统置于所述恒温箱内，令所述红外成像组件与所述温度差分黑体稳定在温度下；

[0025]

将所述温度差分黑体的差分温度设置为0℃，利用所述数字图像采集计算机采集k帧数字图像，并计算灰度响应平均值g(0)；

[0026]

将所述温度差分黑体的差分温度设置为δt℃，利用所述数字图像采集计算机采集k帧数字图像，并计算灰度响应平均值g(δt)。

[0027]

可选地，所述在所述红外成像组件与所述温度差分黑体之间设置待测的红外镜头，分别获取所述温度差分黑体的差分温度为0℃和δt℃时对应的k帧数字图像，并分别进行求平均计算，得到相应的灰度响应平均值g

′

(0)和g

′

(δt)，包括：

[0028]

将待测的红外镜头装配在所述红外成像系统中，设于所述红外成像组件的前端；

[0029]

将所述温度差分黑体与装配有红外镜头的所述红外成像系统置于所述恒温箱内，令所述红外镜头、所述红外成像组件与所述温度差分黑体稳定在第二温度下；所述第二温度与所述温度相等；

[0030]

将所述温度差分黑体的差分温度设置为0℃，利用所述数字图像采集计算机采集k

帧数字图像，并计算灰度响应平均值g

′

(0)；

[0031]

将所述温度差分黑体的差分温度设置为δt℃，利用所述数字图像采集计算机采集k帧数字图像，并计算灰度响应平均值g

′

(δt)。

[0032]

可选地，所述将所述温度差分黑体与不加红外镜头的所述红外成像系统置于所述恒温箱内，包括：

[0033]

令所述红外成像组件靠近所述温度差分黑体，所述温度差分黑体的有效辐射面与所述红外成像组件的入射端的间距为10mm～20mm，所述温度差分黑体的有效辐射面充满所述红外成像组件的成像视场。

[0034]

可选地，所述将所述温度差分黑体与装配有红外镜头的所述红外成像系统置于所述恒温箱内，包括：

[0035]

令所述红外镜头靠近所述温度差分黑体，所述温度差分黑体的有效辐射面与所述红外镜头的入射端的间距为10mm～20mm，所述温度差分黑体的有效辐射面充满所述红外镜头的成像视场。

[0036]

(三)有益效果

[0037]

本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明提供了一种红外镜头光谱平均透过率测量系统及方法，本发明基于红外成像组件与温度差分黑体之间设置及不设置红外镜头所得到的多帧数字图像的灰度响应平均值，计算该红外镜头的光谱平均透过率，能够直接测量各种体积、形状的红外镜头，通用性好且易于实现，解决了难以直接测量完整红外镜头光谱平均透过率的问题，现有技术的空白。

附图说明

[0038]

图1是本发明实施例中一种红外镜头光谱平均透过率测量系统在不设置红外镜头情况下的结构示意图；

[0039]

图2是本发明实施例中一种红外镜头光谱平均透过率测量系统在设置红外镜头情况下的结构示意图；

[0040]

图3是本发明实施例中一种红外镜头光谱平均透过率测量方法步骤示意图；

[0041]

图4是本发明实施例中另一种红外镜头光谱平均透过率测量方法步骤示意图。

具体实施方式

[0042]

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0043]

如前所述，红外镜头的光谱平均透过率是评估红外镜头性能最重要的指标之一，直接影响红外成像系统的探测性能。但红外镜头形状、体积各异，往往难以直接进行测量。目前，确定红外镜头光谱平均透过率的方式通常为间接评估法：测量组成红外镜头的每一片镜片的透过率，再结合各镜片材料的能量吸收情况，综合评估得出红外镜头的光谱平均透过率。此间接评估法难以准确反映完整红外镜头的特征，例如无法包含镜片由于装配不当导致透过能量下降的因素，因此常会出现间接评估法结果较好，但实际使用时能量透过

率达不到评估值的情况。而现有技术中又缺少针对整体红外镜头光谱平均透过率进行测试的技术手段。有鉴于此，本发明提供了一种针对完整的红外镜头进行测试的光谱平均透过率测量系统及方法。

[0044]

下面描述以上构思的具体实现方式。

[0045]

如图1和图2所示，本发明实施例提供的一种红外镜头光谱平均透过率测量系统包括：温度差分黑体、红外成像系统和数字图像采集计算机；其中，所述温度差分黑体用于提供红外辐射；所述红外成像系统用于采集所述温度差分黑体的红外辐射，转换为数字图像信号，并输出至所述数字图像采集计算机；所述红外成像系统包括红外成像组件和待测的红外镜头；所述数字图像采集计算机用于采集数字图像信号，得到数字图像，并基于多帧数字图像的灰度响应平均值，计算该红外镜头的光谱平均透过率；

[0046]

其中，计算红外镜头的光谱平均透过率表达式为：

[0047][0048]

g(0)表示所述温度差分黑体的差分温度为0℃且所述红外成像组件与所述温度差分黑体之间不设置红外镜头所得到的多帧数字图像的灰度响应平均值，g(δt)表示所述温度差分黑体的差分温度为δt℃且所述红外成像组件与所述温度差分黑体之间不设置红外镜头所得到的多帧数字图像的灰度响应平均值，g

′

(0)表示所述温度差分黑体的差分温度为0℃且所述红外成像组件与所述温度差分黑体之间设置红外镜头所得到的多帧数字图像的灰度响应平均值，g

′

(δt)表示所述温度差分黑体的差分温度为δt℃且所述红外成像组件与所述温度差分黑体之间设置红外镜头所得到的多帧数字图像的灰度响应平均值；δt≥1，且δt不超过所述红外成像系统的线性响应区间。

[0049]

需要说明的是，红外成像组件，也称红外探测组件，为现有技术(例如应用在热像仪中)，其作用是将外部辐射汇聚到探测器靶面上，通过光电信号转换电路实现数字图像信号输出，以供后端的数字图像采集计算机进行采集和计算。所述数字图像采集计算机采集数字图像信号，所得数字图像为红外成像系统采集的原图，即未加校正系数的原始图像，以避免校正系数影响红外成像系统测量结果。如果工艺问题导致红外成像系统中的探测器盲元较多，在计算多帧数字图像的灰度响应平均值之前，优选利用相邻的有效像元对盲元进行填充，以免盲元干扰测量结果。

[0050]

本发明的实施例通过对比加红外镜头和不加红外镜头的红外成像系统在不同差分温度下的响应，获得红外镜头在探测波段内的光谱平均透过率，能够用于评估完整红外镜头的性能，且适用各种体积、形状的红外热辐射成像的红外镜头，易于实现，通用性好，解决了难以直接测量完整红外镜头光谱平均透过率的问题，现有技术的空白。

[0051]

可选地，如图1和图2所示，该红外镜头光谱平均透过率测量系统还包括恒温箱，所述恒温箱用于保温；所述温度差分黑体和所述红外成像系统设置在所述恒温箱的内部。

[0052]

通过将所述温度差分黑体和所述红外成像系统设置在所述恒温箱内部，利用恒温箱进行保温，能够减少测量过程中外界环境变化而造成的干扰，确保所测数字图像能够真实反映所述红外成像系统接收到的红外辐射。

[0053]

可选地，所述红外成像系统采集所述温度差分黑体的红外辐射时，所述温度差分

黑体的有效辐射面充满所述红外成像系统的成像视场。

[0054]

上述实施例中，温度差分黑体的有效辐射面应足够大，以充满所述红外成像系统的成像视场，不论是红外镜头的成像视场，还是红外成像组件的成像视场，否则探测器难以获得满视场的黑体红外辐射，可能造成较大的测量误差。

[0055]

可选地，所述红外成像系统采集所述温度差分黑体的红外辐射时，所述温度差分黑体的有效辐射面与所述红外成像系统的入射端的间距为10mm～20mm。

[0056]

由于红外成像组件本身不具有较强的汇聚光线能力，为确保探测器获得满视场的黑体红外辐射，避免外界背景辐射干扰测量结果，所述红外成像系统的入射端，不论是红外镜头的入射端(也即红外镜头的头片窗口)，还是红外成像组件的入射端(也即红外成像组件的入射窗口)，应尽量贴近所述温度差分黑体，但距离过小，红外镜头或红外成像组件可能与所述温度差分黑体发生磕碰，因此红外成像系统的入射端与所述温度差分黑体的有效辐射面的间距可设置为10mm～20mm，在确保安全的情况下，尽可能减少背景辐射进入红外成像系统的入射端。

[0057]

如图3所述，本发明还提供了一种红外镜头光谱平均透过率测量方法，采用如上述任一项实施例所述的红外镜头光谱平均透过率测量系统实现，该方法包括如下步骤：

[0058]

步骤300，令所述红外成像组件与所述温度差分黑体之间无红外镜头，即所述红外成像系统中不设置待测的红外镜头，分别获取所述温度差分黑体的差分温度为0℃和δt℃时对应的k帧数字图像，并分别进行求平均计算，得到相应的灰度响应平均值g(0)和g(δt)；k为大于1的正整数，优选k≥10；

[0059]

步骤302，在所述红外成像组件与所述温度差分黑体之间设置待测的红外镜头，分别获取所述温度差分黑体的差分温度为0℃和δt℃时对应的k帧数字图像，并分别进行求平均计算，得到相应的灰度响应平均值g

′

(0)和g

′

(δt)；

[0060]

步骤304，基于得到的灰度响应平均值g(0)、g(δt)、g

′

(0)和g

′

(δt)，计算红外镜头的光谱平均透过率。

[0061]

上述实施例中，对于红外成像系统中不设置待测的红外镜头的情况，先设置差分温度为0℃，则有g(0)＝a1l1(0)+a2l0+b，其中a1、a2和b为线性拟合系数，l0表示环境辐射亮度，由背景辐射决定，l1(0)表示差分温度为0℃的黑体目标辐射亮度，由温度差分黑体提供的红外辐射决定；继续将差分温度设置到δt℃，则有g(δt)＝0＝a1l1(δt)+a2l0+b，l1(δt)表示差分温度为δt℃的黑体目标辐射亮度，可得到不加镜头的红外成像系统在两个差分温度下灰度响应平均值之差为g(δt)-g(0)＝a1(l1(δt)-l1(0))；对于加上红外镜头的情况，先设置差分温度为0℃，则有g

′

(0)＝τa1l1(0)+a2l0+b，继续将差分温度设置到δt℃，则有g

′

(δt)＝τa1l1(δt)+a2l0+b红外光谱图，可得到加入装配有红外镜头的红外成像系统在两个差分温度下灰度响应平均值之差为g

′

(δt)-g

′

(0)＝a1τ(l1(δt)-l1(0))，进而有红外镜头光谱平均透过率τ计算公式为：

[0062][0063]

需要说明的是，不含红外镜头的红外成像系统和包含镜头的红外成像系统对着所述温度差分黑体时差分温度δt应保持一致。令δt≥1℃，可减小红外成像系统探测精度限

制对测量结果造成的影响。

[0064]

可选地，当所述红外镜头光谱平均透过率测量系统还包括恒温箱时，步骤300包括：

[0065]

将所述温度差分黑体与不加红外镜头的所述红外成像系统置于所述恒温箱内，令所述红外成像组件与所述温度差分黑体稳定在温度下；不加红外镜头的所述红外成像系统可采用将待测的红外镜头拆卸下来的红外成像系统；

[0066]

将所述温度差分黑体调节在温度差分模式，差分温度设置为0℃，利用所述数字图像采集计算机采集k帧数字图像，并计算灰度响应平均值g(0)；

[0067]

将所述温度差分黑体的差分温度设置为δt℃，利用所述数字图像采集计算机采集k帧数字图像，并计算灰度响应平均值g(δt)。

[0068]

上述实施例中，红外成像系统和温度差分黑体放置在恒温箱中，可减少外界环境对测量过程的干扰。

[0069]

可选地，计算灰度响应平均值g(0)的表达式为：

[0070][0071]

式中，g(i，j，0)表示差分温度为0℃时、位置为(i，j)的像元的灰度响应，m、n分别表示数字图像的边长，m

×

n为总像元个数；

[0072]

计算灰度响应平均值g(δt)的表达式为：

[0073][0074]

式中，g(i，j，δt)表示差分温度为δt℃时、位置为(i，j)的像元的灰度响应。

[0075]

上述实施例基于采集的k帧数字图像计算灰度响应平均值，先求单帧图像的灰度平均值，再求多帧图像对应的灰度响应平均值，在其他实施例中，也可将多帧数字图像进行叠加，先求平均图像，再求对应的灰度响应平均值。通过采集多帧数字图像计算灰度响应平均值，能够消除探测器噪声波动，获得更加真实、有效的数据。k帧数字图像优选连续采集。

[0076]

进一步地，步骤302包括：

[0077]

将待测的红外镜头装配在所述红外成像系统中，设于所述红外成像组件的前端；前端即靠近温度差分黑体的一侧；

[0078]

将所述温度差分黑体与装配有红外镜头的所述红外成像系统置于所述恒温箱内，令所述红外镜头、所述红外成像组件与所述温度差分黑体稳定在第二温度下；所述第二温度与所述温度相等；

[0079]

将所述温度差分黑体的差分温度设置为0℃，利用所述数字图像采集计算机采集k帧数字图像，并计算灰度响应平均值g

′

(0)；

[0080]

将所述温度差分黑体的差分温度设置为δt℃，利用所述数字图像采集计算机采集k帧数字图像，并计算灰度响应平均值g

′

(δt)。

[0081]

上述实施例中，不含红外镜头的红外成像系统和包含红外镜头的红外成像系统在恒温箱内的测量环境温度(即温度与第二温度)要保持一致，避免环境温度变化引入干

扰。

[0082]

需要说明的是，整个测量过程中，采集的各帧数字图像的积分时间应均相同，且能量积累不应超过探测器的响应范围，否则得到的数字图像难以反映红外辐射的真实情况，自然也无法解算出准确的红外镜头光谱平均透过率。

[0083]

进一步地，所述将所述温度差分黑体与不加红外镜头的所述红外成像系统置于所述恒温箱内，包括：

[0084]

令所述红外成像组件靠近所述温度差分黑体，所述温度差分黑体的有效辐射面与所述红外成像组件的入射端的间距为10mm～20mm，所述温度差分黑体的有效辐射面充满所述红外成像组件的成像视场。

[0085]

进一步地，所述将所述温度差分黑体与装配有红外镜头的所述红外成像系统置于所述恒温箱内，包括：

[0086]

令所述红外镜头靠近所述温度差分黑体，所述温度差分黑体的有效辐射面与所述红外镜头的入射端的间距为10mm～20mm，所述温度差分黑体的有效辐射面充满所述红外镜头的成像视场。

[0087]

优选地，对于包含红外镜头的红外成像系统，可令红外镜头位于实际成像清晰的焦面位置。

[0088]

上述实施例中，通过将所述红外成像系统靠近所述温度差分黑体，并令所述温度差分黑体的有效辐射面充满所述红外成像系统的成像视场，能够尽可能减少背景辐射入射，提高黑体目标辐射亮度测量精度，进而提高最终的红外镜头光谱平均透过率测量精度。

[0089]

如图4所示，本发明还提供了一种红外镜头光谱平均透过率测量方法，包括如下步骤：

[0090]

步骤400，将温度差分黑体与不加红外镜头的红外成像系统置于恒温箱内，令红外成像组件与温度差分黑体稳定在温度下；

[0091]

步骤402，将温度差分黑体的差分温度设置为0℃，利用数字图像采集计算机采集k帧数字图像，并计算灰度响应平均值g(0)；

[0092]

步骤404，将温度差分黑体的差分温度设置为δt℃，利用数字图像采集计算机采集k帧数字图像，并计算灰度响应平均值g(δt)；

[0093]

步骤406，将温度差分黑体与装配有红外镜头的红外成像系统置于恒温箱内，令红外镜头、红外成像组件与温度差分黑体稳定在第二温度下；第二温度与温度相等；

[0094]

步骤408，将温度差分黑体的差分温度设置为0℃，利用数字图像采集计算机采集k帧数字图像，并计算灰度响应平均值g

′

(0)；

[0095]

步骤410，将温度差分黑体的差分温度设置为δt℃，利用数字图像采集计算机采集k帧数字图像，并计算灰度响应平均值g

′

(δt)；

[0096]

步骤412，基于得到的灰度响应平均值g(0)、g(δt)、g

′

(0)和g

′

(δt)，计算红外镜头的光谱平均透过率。

[0097]

特别地，在本发明一些优选的实施方式中，还提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一实施方式中所述方法的步骤。

[0098]

在本发明另一些优选的实施方式中，还提供了一种计算机可读存储介质，其上存

储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述任一实施方式中所述方法的步骤。

[0099]

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述方法实施例的流程，在此不再重复说明。

[0100]

综上所述，本发明公开了一种红外镜头光谱平均透过率测量系统及方法，可用于测定红外镜头的光谱平均透过率。通过将红外成像系统和温度差分黑体放在恒温箱中，对比加红外镜头和不加红外镜头的红外成像系统在不同差分温度下的响应，计算红外镜头在探测器响应波段内的光谱平均透过率。本发明易于实现，且能够适用于不同的红外镜头。

[0101]

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。