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一种用于海面太阳亮带内目标识别的红外探测装置及方法
黄善杰; 王全喜; 肖昌美; 肖时雨; 许方宇; 金振宇; 袁沭; 付玉; 张涛; 李正刚; 程向明; 柳光乾
申请(专利权)人中国科学院云南天文台
专利号ZL201611100992.0
申请号CN201611100992.0
2016-12-05
申请日期2016-12-05
公开(公告)号CN106706132A
公开日期2017-05-24
IPC 分类号G01J5/00 ; G01V8/10
授权国家中国
专利类型发明
专利状态公开
学科领域天文学
学科门类理学 ; 理学::天文学
产权排序1
摘要本发明公开一种用于海面太阳亮带内目标识别的红外探测装置及方法,红外探测装置是两台中红外相机的镜头成一定角度,其中一台中红外相机的镜头前方设有红外偏振片,并在两台中红外相机的镜头前方的光路交叉处设置线栅偏振器,线栅偏振器的前方光路设置有光阑,光阑前方设有锗封窗;锗封窗和控温罩壳构成密封控温腔体,中红外相机、红外偏振片、线栅偏振器、光阑均置于控温腔体中。探测时先对红外探测装置的系统定标,采集海面太阳亮带图像,经图像处理后最终实现目标的识别。本发明提高了目标和周围海域的图像灰度差异,减少了亮带海域出现的等灰度块状海域,提高了海面太阳亮带内的目标识别能力。
主权项1.一种用于海面太阳亮带内目标识别的红外探测装置,包括中红外相机和红外偏振 片,其特征在于:还包括线栅偏振器、光阑、同步触发器、控温罩壳和锗封窗,所述中红外相 机设置为两台,两台中红外相机的镜头成一定角度,其中一台中红外相机的镜头前方设有 红外偏振片,并在两台中红外相机的镜头前方的光路交叉处设置线栅偏振器,线栅偏振器 的前方光路设置有光阑,光阑前方设有锗封窗;锗封窗和控温罩壳构成密封控温腔体,中红 外相机、红外偏振片、线栅偏振器、光阑均置于控温腔体中;两台中红外相机和同步触发器 通过信号线连接。 2.根据权利要求1所述的用于海面太阳亮带内目标识别的红外探测装置,其特征在于: 所述红外偏振片的透振方向与线栅偏振器反射的偏振辐射的偏振方向相同。 3.根据权利要求1所述的用于海面太阳亮带内目标识别的红外探测装置,其特征在于: 所述成一定角度是要满足下列条件:入射至线栅偏振器的海面辐射通过透射和反射被分成 两束偏振方向正交且传播方向不同的偏振辐射,两束偏振辐射的偏振方向一个平行于海平 面,一个垂直海平面,且两束线偏振辐射的中心线和两台中红外相机的光轴分别重合;两束 偏振辐射分别在两台中红外相机成像,两幅图像对应相同的成像区域。 4.根据权利要求1所述的用于海面太阳亮带内目标识别的红外探测装置,其特征在于: 所述控温罩壳上设有线孔,控温罩壳内的中红外相机成像控制电路通过信号线穿过线孔连 接控温罩壳外的同步触发器。 5.根据权利要求1所述的用于海面太阳亮带内目标识别的红外探测装置,其特征在于: 所述同步触发器内置有触发信号发生芯片,同步触发器发出的触发信号一分为二,分别输 入给两台中红外相机。 6.根据权利要求1所述的用于海面太阳亮带内目标识别的红外探测装置,其特征在于: 所述两台中红外相机的性能配置相同,中红外相机的成像控制电路中设有用于同步触发功 能的芯片。 7.根据权利要求1所述的用于海面太阳亮带内目标识别的红外探测装置,其特征在于: 所述控温罩壳由铝合金材质制成,控温罩壳内表面阳极氧化发黑且设有消光沟槽;控温罩 壳外表面设有基于半导体控温技术的控温层。 8.根据权利要求1所述的用于海面太阳亮带内目标识别的红外探测装置,其特征在于: 所述锗封窗为锗平板玻璃,镀增透膜。 9.根据权利要求1所述的用于海面太阳亮带内目标识别的红外探测装置,其特征在于: 所述线栅偏振器为金属线栅偏振器,线栅偏振器的工作波段覆盖中红外相机的工作波段, 线栅偏振器反射光的偏振方向平行于线栅偏振器的反射面。 10.一种用于海面太阳亮带内目标识别的方法,采用权利要求1至9中任一所述的红外 探测装置,其特征在于包括以下步骤: 步骤1、红外探测装置的系统定标 分别对两台中红外相机的自身响应误差、自身热辐射误差和辐射分束误差进行定标: 步骤1.1、两台中红外相机响应误差的辐射定标: 中红外相机的像元输出AD值即模数转换器的输出值,用Gt表示为: Gt=αL+G0 (1) 式中,α为中红外相机的绝对辐亮度响应度;G0是中红外相机的光机结构热辐射、偏置电 压、暗电流噪声等引起的偏移量;L为中红外相机的某像元所对应的海域在该像元位置处的 总辐亮度; 两台中红外相机的积分时间为t,处于固定温度Ta下,通过测量不同温度的面源黑体,获 取不同温度时每个像元的L和Gt值,进而对两台中红外相机辐射定标,分别获得两台中红外 相机的二维矩阵G01、α1和二维矩阵G02、α2; 步骤1.2、红外探测装置的光机结构热辐射杂散光定标: 用一个冷面完全覆盖锗封窗端部,冷面是指特殊物体表面,该特殊物体需满足下列条 件:冷面自身热辐射在中红外相机的响应小于中红外相机的噪声,引起中红外相机的像元 输出AD值可忽略不计;将两台中红外相机的积分时间设为t,控温罩壳的控温值设为Ta,启 动红外探测装置拍摄图像,两台中红外相机分别获得的图像利用计算机语言读取得到二维 数字矩阵,即为两台中红外相机在积分时间t下对应的热辐射杂散光定标矩阵R1和R2; 步骤1.3、线栅偏振器的辐射分束定标: 设置两台中红外相机的积分时间为t,控温罩壳的控温值为Ta,面源黑体置于红外探测 装置入瞳前且覆盖红外探测装置入瞳,黑体辐射经线栅偏振器和红外偏振片分光后,两台 中红外相机分别成像,所得图像分别利用计算机语言读取得到二维数字矩阵,即矩阵B1和 B2; 矩阵B1的每个元素值,分别减去步骤1.1所得矩阵G01的对应值,再除以矩阵α1的对应值, 然后减去步骤1.2所得矩阵R1相对应的元素值,即得到矩阵C1;同理,矩阵B2的每个元素值, 分别减去步骤1.1所得矩阵G02的对应值,再除以矩阵α2的对应值,然后减去步骤1.2所得矩 阵R2相对应的元素值,即得到矩阵C2; 与C1具有相同的行数和列数的全1矩阵H为其中一台中红外相机在积分时间t下的分束 定标矩阵,以矩阵Ca为另一台中红外相机在积分时间t下的分束定标矩阵,矩阵Ca的每个元 素值等于矩阵C2相对应元素值除以C1相对应元素值; 步骤2:红外探测装置进行海面太阳亮带内的目标探测 步骤2.1同步采集图像: 设置两台中红外相机的积分时间为t,控温罩壳的控温值为Ta,选取待测海域,红外探测 装置的锗封窗一端指向待测海域,启动同步触发器,触发信号一分为二同步触发两台中红 外相机拍摄,获取两台中红外相机对待测海域的两幅同时刻图像,将图像分别利用计算机 语言读取得到二维数字矩阵,即矩阵D1和D2; 矩阵D1的每个元素值,分别减去步骤1.1所得矩阵G01的对应值,再除以矩阵α1的对应值, 然后减去步骤1.2所得矩阵R1相对应的元素值,再乘以步骤1.3生成的全1矩阵H,获得系统 定标后AD输出值矩阵A1; 同理,矩阵D2的每个元素值,分别减去步骤1.1所得矩阵G02的对应值,再除以矩阵α2的对 应值,然后减去步骤1.2所得矩阵R2相对应的元素值,再乘以步骤1.3生成的矩阵Ca,获得系 统定标后AD输出值矩阵A2; 步骤2.2图像处理: 通过以下公式获得矩阵A3和A4: A3=0.5(A1-A2-|A1-A2|) (2) A4=A1+A2 (3) 式中,|A1-A2|表示矩阵,该矩阵的每个元素值等于A1和A2相对应元素值之差的绝对值, 矩阵A3的每个元素值等于矩阵A1相对应元素值减去矩阵A2相对应元素值,再减去矩阵|A1-A2 |相对应元素值,所得值乘以0.5;矩阵A4的每个元素值等于A1和A2相对应元素值的加和值; A 5 = 2 N m a x ( | A 3 | ) | A 3 | - - - ( 4 ) A 6 = 2 N m a x ( | A 4 | ) | A 4 | - - - ( 5 ) 式中,|A3|表示矩阵,该矩阵的每个元素值等于矩阵A3相对应元素值的绝对值;max(|A3 |)为矩阵|A3|中的最大元素值,N为中红外相机的模数转换器的位数,矩阵A5是矩阵|A3|与 的数乘所获得的矩阵,矩阵A6获取方法与A5相同; A5和A6为二维数字矩阵,利用计算机编程语言转化为人眼可识别的图像; 步骤2.3目标识别: A5对应图像中白色区域内的暗区域即为目标区域。
语种中文
专利代理人陈左
代理机构昆明正原专利商标代理有限公司
文献类型专利
条目标识符http://ir.ynao.ac.cn/handle/114a53/12048
专题抚仙湖太阳观测站
作者单位中国科学院云南天文台,云南省昆明市官渡区羊方旺396号
第一作者单位中国科学院云南天文台
推荐引用方式
GB/T 7714
黄善杰,王全喜,肖昌美,等. 一种用于海面太阳亮带内目标识别的红外探测装置及方法. ZL201611100992.0[P]. 2016-12-05.
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