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最小可分辨溫差模型、仿真、測(cè)量與分析

摘要本文提出了一種用于數(shù)值估算最小可分辨溫差（MRTD）的數(shù)學(xué)模型。所開(kāi)發(fā)的模型基于一個(gè)旨在估算第一代和第二代熱成像儀的MRTD的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過(guò)修改以估算第三代熱成像儀的MRTD。作為演示，本文通過(guò)數(shù)值方法獲取了三種型號(hào)熱成像相機(jī)的MRTD特性，隨后將得到的MRTD值與使用Inframet MS300平臺(tái)測(cè)得的值進(jìn)行比較。

關(guān)鍵詞：MRTD，NETD，MTF，STANAG 4349，熱成像相機(jī)

1. 引言熱成像設(shè)備在軍事和民用系統(tǒng)中具有重要且廣泛的應(yīng)用。實(shí)際上，熱成像設(shè)備的設(shè)計(jì)和質(zhì)量參數(shù)必須一方面適應(yīng)特定的應(yīng)用條件，另一方面考慮到制造子組件的技術(shù)可能性。因此，特別注重開(kāi)發(fā)理論和數(shù)值模型，以幫助分析和優(yōu)化結(jié)構(gòu)。

為了完整指定一個(gè)熱成像系統(tǒng)并產(chǎn)生良好的熱圖像，需測(cè)量?jī)蓚€(gè)參數(shù)：熱靈敏度和空間分辨率?？臻g分辨率通過(guò)MTF（調(diào)制傳遞函數(shù)）來(lái)評(píng)估，指示熱成像系統(tǒng)能分辨出多小的物體，而熱靈敏度則通過(guò)NETD（噪聲等效溫差）來(lái)表達(dá)，提供關(guān)于可以辨別的最小溫差的噪聲水平信息。MRTD（最小可分辨溫差）比單獨(dú)的MTF更好地描述系統(tǒng)性能，因?yàn)镸TF不考慮噪聲水平；而MRTD也比NETD更為全面，因?yàn)樗瑫r(shí)考慮了空間分辨率和噪聲水平。

2. 數(shù)學(xué)模型用于評(píng)估MRTD的模型如下：

其中，MTF是整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)，包括光學(xué)系統(tǒng)、探測(cè)器、電子設(shè)備和顯示器。NETD是噪聲等效溫差（單位為開(kāi)爾文）。fs是空間頻率，單位為每毫弧度的周期數(shù)。

3. 測(cè)量過(guò)程和平臺(tái)實(shí)驗(yàn)MRTD值使用了Inframet MS300X可調(diào)靶標(biāo)測(cè)試系統(tǒng)（具有低偏移是一個(gè)巨大優(yōu)勢(shì)）。該平臺(tái)確保了精確的測(cè)量，并滿足任何熱成像相機(jī)測(cè)試平臺(tái)的技術(shù)要求。

4. 仿真設(shè)計(jì)了一個(gè)圖形用戶界面，能夠輕松估算NETD并繪制MRTD特性。首先計(jì)算NETD，界面用戶需要輸入所有必要的參數(shù)，并選擇五個(gè)可用模型之一來(lái)逼近特定的探測(cè)率。MTF和MRTD特性也按相同方式估算并單獨(dú)顯示。

5. 結(jié)果呈現(xiàn)的曲線顯示了仿真值和通過(guò)MS300平臺(tái)測(cè)得的MRTD值之間的良好一致性。對(duì)于低空間頻率（使用較大尺寸的四條靶標(biāo)），測(cè)量的MRTD值高于仿真值，而在高空間頻率下，仿真值通常高于測(cè)量值。

6. 結(jié)論本文展示了一個(gè)用于評(píng)估熱成像相機(jī)MRTD的仿真模型。該模型已經(jīng)開(kāi)發(fā)并適應(yīng)于評(píng)估任何類型熱成像設(shè)備的MRTD，只要提供了相關(guān)輸入數(shù)據(jù)。通過(guò)仿真獲得的MRTD值與根據(jù)STANAG 4349標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量的值進(jìn)行了比較，結(jié)果顯示該仿真模型與測(cè)量值之間具有良好的一致性。