本發(fā)明涉及一種校正系統(tǒng)及方法，特別是一種溫度連續(xù)可變的紅外熱像儀擋片校正系統(tǒng)及方法，屬于紅外熱成像。

背景技術(shù)：

1、制冷型紅外探測(cè)器是紅外熱像儀中的核心器件，被廣泛應(yīng)用于軍事、高端民品等領(lǐng)域。由于制造工藝、讀出電路通道差異性等問題，導(dǎo)致紅外熱像儀成像時(shí)存在嚴(yán)重的非均勻性，因此需要在出廠前、長(zhǎng)期貯存和長(zhǎng)時(shí)間開機(jī)后等工況下進(jìn)行非均勻校正，以保持紅外熱像儀的高性能工作狀態(tài)。

2、目前在紅外成像各類應(yīng)用中，通常使用兩點(diǎn)校正和單點(diǎn)校正相結(jié)合的定標(biāo)方法。兩點(diǎn)校正主要是利用兩個(gè)不同輻射強(qiáng)度的參考源，將焦平面各像元對(duì)同一入射輻射強(qiáng)度的線性增益變化率及偏置達(dá)到一致。而單點(diǎn)校正是利用某一均勻輻射背景作為參考源，對(duì)偏置進(jìn)行更新。兩點(diǎn)校正一般使用黑體進(jìn)行標(biāo)定，并且需要將紅外熱像儀從原設(shè)備拆除，將物鏡靠近黑體靶面進(jìn)行標(biāo)定。單點(diǎn)校正一般使用內(nèi)部擋片打入作為參考源進(jìn)行校正。

3、隨著紅外熱像儀應(yīng)用領(lǐng)域的多元化發(fā)展，傳統(tǒng)的兩點(diǎn)校正及單點(diǎn)校正方法難以適應(yīng)現(xiàn)代產(chǎn)品高效率、高實(shí)施性、高可靠性的非均勻校正要求。例如：由于紅外熱像儀更長(zhǎng)的貯存時(shí)間要求與國(guó)產(chǎn)化紅外探測(cè)器制造工藝不匹配，致使長(zhǎng)期貯存后的探測(cè)器芯片光電轉(zhuǎn)化性能劣化，在不開蓋的情況下重新對(duì)設(shè)備進(jìn)行非均勻性校正難度較大。隨著光電系統(tǒng)集成度的日益提高，紅外部分單獨(dú)拆出維護(hù)或返廠重新標(biāo)定維護(hù)成本較高，可實(shí)施性較低。紅外熱像儀工作溫度要求提升，單點(diǎn)校正擋片在打入時(shí)，如果溫度高于或低于兩點(diǎn)校正系數(shù)線性區(qū)，會(huì)嚴(yán)重影響單點(diǎn)校正效果。因此有必要對(duì)現(xiàn)有技術(shù)加以改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決現(xiàn)有紅外熱像儀矯正系統(tǒng)及方法存在非均勻性校正難度大、維護(hù)成本高、可實(shí)施性低等問題，本發(fā)明提供一種溫度連續(xù)可變的紅外熱像儀擋片校正系統(tǒng)及方法。

2、本發(fā)明通過下列技術(shù)方案完成：一種溫度連續(xù)可變的紅外熱像儀擋片校正系統(tǒng)，其特征在于它包括與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)相連的旋轉(zhuǎn)座，設(shè)于旋轉(zhuǎn)座上的紅外光窗，紅外光窗一側(cè)與紅外熱像儀光路相對(duì)，另一側(cè)與其上設(shè)溫度傳感器的制冷組件相連，旋轉(zhuǎn)座上設(shè)有與制冷組件相配接的散熱組件，以便通過溫度傳感器將檢測(cè)到的溫度信息反饋給控制器，進(jìn)而控制制冷組件進(jìn)行制冷或制熱，當(dāng)制冷組件達(dá)到目標(biāo)溫度后，通過旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)座轉(zhuǎn)動(dòng)，使其上的紅外光窗插入或切出紅外熱像儀光路，以在免開蓋的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)紅外熱像儀的非均勻校正，有效降低紅外熱像儀的維護(hù)成本，提高紅外熱像儀標(biāo)定效率。

3、所述旋轉(zhuǎn)座設(shè)為：一端為大端、另一端為小端的平板座，紅外光窗設(shè)于平板座的大端，平板座的小端與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)相連，以便通過旋轉(zhuǎn)座安裝各種零部件，同時(shí)在旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)。

4、所述紅外光窗包括設(shè)于旋轉(zhuǎn)座大端的圓形窗口，該圓形窗口外側(cè)設(shè)有紅外窗片、內(nèi)側(cè)套設(shè)有內(nèi)、外隔熱環(huán)，內(nèi)、外隔熱環(huán)之間設(shè)有制冷組件，以便通過紅外光窗將制冷組件按需要插入紅外熱像儀光路中。

5、所述制冷組件包括其上設(shè)矩形窗的圓形的均溫?fù)醢?，該均溫?fù)醢宓膬?nèi)側(cè)通過內(nèi)隔熱環(huán)設(shè)置在圓形窗口內(nèi)側(cè)、外側(cè)與外隔熱環(huán)相連、矩形窗內(nèi)設(shè)有由內(nèi)、外導(dǎo)熱硅脂夾持的半導(dǎo)體制冷片，半導(dǎo)體制冷片與現(xiàn)有的控制器電連接，且在均溫?fù)醢寰匦未耙粋?cè)設(shè)有放置溫度傳感器的卡槽，以便通過半導(dǎo)體制冷片進(jìn)行制冷或制熱，并通過溫度傳感器檢測(cè)制冷或制熱的溫度數(shù)據(jù)是否達(dá)到要求，再通過控制器決定是否將制冷組件插入或切出紅外熱像儀光路。

6、所述溫度傳感器設(shè)為熱敏電阻。

7、所述散熱組件包括設(shè)于旋轉(zhuǎn)座內(nèi)側(cè)的蓋板，該蓋板與旋轉(zhuǎn)座小端之間設(shè)有散熱風(fēng)扇，且蓋板與散熱風(fēng)扇相接的位置設(shè)有散熱翼片、與制冷組件相接的位置設(shè)有若干散熱孔槽，以便通過散熱組件對(duì)旋轉(zhuǎn)座上制冷組件的非工作面進(jìn)行散熱處理，從而保證制冷組件的控溫精度。

8、所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括直流電機(jī)，以及與直流電機(jī)相連的電機(jī)座，直流電機(jī)主軸穿過電機(jī)座與旋轉(zhuǎn)座相連，直流電機(jī)與控制器電連接，以便通過控制器控制旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)座旋轉(zhuǎn)。

9、所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)與旋轉(zhuǎn)座之間設(shè)有限位片，用于限制旋轉(zhuǎn)座的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。

10、本發(fā)明提供的一種溫度連續(xù)可變的紅外熱像儀擋片校正方法，其特征在于它包括下列步驟：

11、(1)根據(jù)單點(diǎn)校正溫度ts、兩點(diǎn)校正低溫溫度tl或兩點(diǎn)校正高溫溫度th，設(shè)置目標(biāo)溫度td；

12、(2)設(shè)置采樣頻率fs，按下式計(jì)算得到相鄰兩個(gè)采樣k時(shí)刻和k-1時(shí)刻的時(shí)間間隔sr為：

13、

14、(3)根據(jù)當(dāng)前熱敏電阻阻值r0(k)，按下式計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻均溫?fù)醢鍦囟萾n(k)為:

15、

16、式中，t0和r0分別為熱敏電阻基準(zhǔn)溫度及基準(zhǔn)溫度對(duì)應(yīng)的電阻值，通常在25℃環(huán)境下測(cè)試獲得；β為熱敏電阻指數(shù)變化系數(shù)，由熱敏電阻選型確定；

17、(4)按下式計(jì)算得到離散pid溫度控制量y(k)：

18、y(k)＝kpe(k)+kiσe(k)+kd[e(k)-e(k-1)]

19、式中，kp、ki、kd分別為比例系數(shù)、積分系數(shù)和微分系數(shù)，對(duì)于半導(dǎo)體制冷片這三個(gè)系數(shù)，經(jīng)多次試驗(yàn)后得到的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)為：1、4、8；e(k)為當(dāng)前時(shí)刻均溫?fù)醢鍦囟萾n(k)與期望溫度td的差值；

20、(5)按下式計(jì)算半導(dǎo)體制冷片驅(qū)動(dòng)電壓ut(k)：

21、

22、式中，ynt為溫度控制量歸一化閾值，影響半導(dǎo)體制冷片溫度升降速率，由設(shè)計(jì)人員確定；umax為半導(dǎo)體制冷片最大驅(qū)動(dòng)電壓，由半導(dǎo)體制冷片型號(hào)確定；

23、(6)通過控制器將半導(dǎo)體制冷片驅(qū)動(dòng)電壓ut(k)輸出至半導(dǎo)體制冷片，驅(qū)動(dòng)其將均溫?fù)跗訜峄蛑评涞侥繕?biāo)溫度td。

24、本發(fā)明還提供溫度連續(xù)可變的紅外熱像儀擋片非均勻校正方法，其特征在于包括下列步驟：

25、(1)當(dāng)收到計(jì)算機(jī)發(fā)出的串口指令，解碼串口指令獲得校正方式、校正溫度信息，選擇進(jìn)行下列單點(diǎn)校正模式或兩點(diǎn)校正模式；

26、(1-1)選擇單點(diǎn)校正模式時(shí)，控制器驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)座轉(zhuǎn)動(dòng)而插入到紅外熱像儀光路中，完成擋片切入；控制器通過溫度傳感器反饋的溫度信息，控制半導(dǎo)體制冷片制冷或制熱，以加熱或制冷均溫?fù)醢澹蛊溥_(dá)到單點(diǎn)校正溫度ts，之后同步控制紅外熱像儀進(jìn)行單點(diǎn)校正；

27、(1-11)同步控制紅外熱像儀判斷單點(diǎn)校正結(jié)果是否有效，當(dāng)獲得紅外熱像儀返回的單點(diǎn)校正完成指令，則驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)座轉(zhuǎn)動(dòng)而離開紅外熱像儀光路，完成擋片切出，并停止半導(dǎo)體制冷片工作；當(dāng)獲得紅外熱像儀返回的單點(diǎn)校正無(wú)效指令，則重新進(jìn)行單點(diǎn)校正；當(dāng)進(jìn)行三次單點(diǎn)校正依然判斷結(jié)果無(wú)效，則上報(bào)系統(tǒng)發(fā)出故障指令；

28、(1-2)選擇進(jìn)行兩點(diǎn)校正模式時(shí)，首先完成低溫標(biāo)定，控制器驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)座轉(zhuǎn)動(dòng)而插入到紅外熱像儀光路中，完成擋片切入；控制器通過溫度傳感器反饋的溫度信息，控制半導(dǎo)體制冷片制冷或制熱，以加熱或制冷均溫?fù)醢?，使其達(dá)到兩點(diǎn)校正低溫溫度tl，之后同步控制紅外熱像儀進(jìn)行兩點(diǎn)校正低溫標(biāo)定；獲得紅外熱像儀返回的低溫采集完成指令后，繼續(xù)進(jìn)行兩點(diǎn)校正低溫標(biāo)定；

29、(1-3)兩點(diǎn)校正低溫標(biāo)定完成后，進(jìn)行高溫標(biāo)定；控制器通過溫度傳感器反饋的溫度信息，控制半導(dǎo)體制冷片制冷或制熱，以加熱或制冷均溫?fù)醢?，使其達(dá)到兩點(diǎn)校正高溫溫度th；達(dá)到溫度后，同步控制紅外熱像儀進(jìn)行兩點(diǎn)校正高溫標(biāo)定；

30、(1-4)同步控制紅外熱像儀判斷兩點(diǎn)校正結(jié)果是否有效，當(dāng)獲得紅外熱像儀返回的兩點(diǎn)校正完成指令，則驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)座轉(zhuǎn)動(dòng)而離開紅外熱像儀光路，完成擋片切出，并停止半導(dǎo)體制冷片工作；當(dāng)獲得紅外熱像儀返回的兩點(diǎn)校正無(wú)效指令，則重新進(jìn)行兩點(diǎn)校正操作；當(dāng)進(jìn)行三次單點(diǎn)校正依然判斷結(jié)果無(wú)效，則上報(bào)系統(tǒng)發(fā)出故障指令。

31、本發(fā)明具有下列優(yōu)點(diǎn)及效果：采用上述方案，可以實(shí)現(xiàn)在紅外熱像儀光路上某一位置進(jìn)行高可靠性的單點(diǎn)校正和兩點(diǎn)校正，在免開蓋的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)紅外熱像儀的非均勻校正，有效降低紅外熱像儀的維護(hù)成本，提高紅外熱像儀標(biāo)定效率。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)在不同工作溫度對(duì)紅外熱像儀進(jìn)行內(nèi)部的單點(diǎn)校正和兩點(diǎn)校正，解決紅外熱像儀因長(zhǎng)時(shí)間工作后和長(zhǎng)期貯存后性能劣化導(dǎo)致的圖像非均勻問題。