紅外光學系統因雜散輻射引起的最大像面溫差計算方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種分析雜散輻射對紅外光學系統所成像影響的方法，特別是涉及一 種紅外光學系統因雜散輻射引起的最大像面溫差的計算方法。
【背景技術】
[0002] 目前，雜散輻射系數、鬼像分析是兩種評判雜散輻射對光學系統所成像影響的方 法。雜散輻射系數可以評價最終到達探測器靶面的雜散輻射量的多少，其大小為到達探測 器靶面的雜散輻射照度與到達探測器靶面的所有輻射照度的比值，比值越小，雜散輻射對 像面質量的影響越小。紅外光學系統是否產生鬼像是系統設計關心的重點，鬼像是目標物 體發出的光線經機械結構或鏡組的反射、折射后，在系統成像面附近生成的像。這個附加像 一般亮度較暗，但與原目標像分開，影響了成像質量。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，那么光學系統的成像就是合格的。
[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系 起來。在某些應用領域中需要知道雜散輻射與像面溫度改變量之間的關系，比如目標模擬 器中的準直光學系統，設計指標中對由雜散輻射產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生影響。經查新，有關論述雜散輻射與 其所產生的像面溫度改變量的問題還沒有在相關文獻中見到。
【發明內容】
[0004] 為了克服現有的雜散輻射分析方法無法反映像面溫差的不足，本發明提出了一種 紅外光學系統因雜散輻射引起的最大像面溫差的計算方法。
[0005] 為了實現本發明的目的，采取如下技術方案：
[0006] 一種紅外光學系統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 :建立紅外光學系統的雜散福射模型；
[0008] S2:將光源設置為某一溫度的面源黑體，追跡光線后得到面源黑體經紅外光學系 統所成的像；
[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S3的處理結果分析得到像面平均能量、最大單元能量和最小單元能量， 結合單元像面面積，計算局部輻照度偏差系數；
[0011] S5:根據紅外光學系統視場對像面照度的影響，對局部輻照度偏差系數作出數值 修正；
[0012] S6:由局部輻照度偏差系數與像面偏差溫度之間的關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與像面偏差溫度之間的關系為：
【主權項】
1. 一種紅外光學系統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 :建立紅外光學系統的雜散輻射模型； 52 :將光源設置為某一溫度的面源黑體，追跡光線后得到面源黑體經紅外光學系統所 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小； 54 :根據S3的處理結果分析得到像面平均能量、最大單元能量和最小單元能量，結合 單元像面面積，計算局部輻照度偏差系數； 55 :根據紅外光學系統視場對像面照度的影響，對局部輻照度偏差系數作出數值修 正； 56 :由局部輻照度偏差系數與像面偏差溫度之間的關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與像面偏差溫度之間的關系為：
其中：= 為黑體輻射出射度公式； 第一輻射常數4= 3. 7418X 10 _16(Wgm2); 第二輻射常數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。
2. 根據權利要求1所述的紅外光學系統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.根據權利要求1所述的紅外光學系統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，要使相鄰區域單元內能量分 布接近，相鄰單元相對能量改變量控制在1 %到2%之間。
4.根據權利要求1所述的紅外光學系統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為： 其中：G為局部輻照度偏差系數； 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.根據權利要求1所述的紅外光學系統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，光學系統視場與像面照度的關系為： Ee=Eccos4? ； 其中：E。為中心視場照度； 艮為邊緣視場照度；w為光學系統視場大小。
6.根據權利要求1所述的紅外光學系統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】本發明公開了一種紅外光學系統因雜散輻射引起的最大像面溫差計算方法，步驟如下：S1：建立紅外光學系統的雜散輻射模型；S2：將光源設置為某一溫度的面源黑體，追跡光線后得到面源黑體經紅外光學系統所成的像；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小；S4：根據處理結果分析得到像面平均能量、最大單元能量和最小單元能量，結合單元像面面積，計算局部輻照度偏差系數；S5：根據紅外光學系統視場對像面照度的影響，對局部輻照度偏差系數作出數值修正；S6：由局部輻照度偏差系數與像面偏差溫度之間的關系式計算出最大偏差溫度的大小。本方法簡單，計算量小，已經在實際項目中投入運用。
【IPC分類】G01J5-52
【公開號】CN104614080
【申請號】CN201510058240
【發明人】徐君, 王治樂, 錢育龍, 周程灝, 朱瑤, 孫婷婷
【申請人】哈爾濱工業大學
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年2月4日