红外热成像系统动态范围测试方法标准总结

一、标准概述

T/CSOE 0004-2025《红外热成像系统动态范围测试方法》是由中国光学工程学会发布的团体标准，规定了红外热成像系统动态范围测试的全面技术要求。该标准于2025年4月18日发布并实施，主要起草单位包括南京理工大学、天津津航技术物理研究所等多家国内知名科研机构和企业。

二、适用范围

本标准适用于：

• 单谱段红外热成像系统（短波红外、中波红外、长波红外等）
• 多谱段复合红外热成像系统（中短波红外、中长波红外、全谱段红外等）

三、核心术语定义

1. ​​系统动态范围​​：系统能够分辨的最大辐射亮度和最小辐射亮度的比值
2. ​​灰度值​​：系统经数字转换后表征辐射强弱的量化数值
3. ​​像元噪声灰度值​​：恒定辐照条件下像元输出信号灰度变化的均方根值
4. ​​截止灰度值​​：输出信号不再随辐射减弱而变化时的灰度值
5. ​​饱和灰度值​​：输出信号不再随辐射增强而变化时的灰度值

四、测试原理

测试基于黑体辐射源作为参考源，通过以下步骤确定动态范围：

1. 在典型环境温度Tb下测量像元噪声灰度值GnRMS，表征最小可分辨辐射亮度
2. 调节黑体温度获得"温度-灰度"响应曲线，确定饱和灰度值Gover和截止灰度值G0
3. 两点灰度差值表征最大可分辨辐射亮度
4. 按公式计算动态范围：DR=20×log(|Gover-G0|/GnRMS)

五、测试条件要求

1. ​​环境条件​​：
   • 温度：15°C~30°C
   • 湿度：≤70%RH
   • 大气压力：海拔≤1000米，压强90.0～105.0kPa
   • 避光处理，避免杂散光干扰
2. ​​测试设备要求​​：
   • ​​黑体辐射源​​：
     • 发射率≥0.95
     • 温度范围通常-30°C~1000°C
     • 温度均匀性≤±0.15°C或0.15%T
     • 需经计量检定合格
   • ​​准直系统​​：
     • 工作波长满足被测样品响应波段
     • 焦距>3倍被测系统焦距
     • 通光口径>被测系统接收口径

六、测试步骤

1. 对准被测样品与黑体辐射源光轴（误差≤5）
2. 从最低温度Tmin逐渐升温至Tmax（间隔≤50°C）
3. 框选M×N均匀区域（面积>图像30%）采集灰度值
4. 在Tb温度下进行100次采样获取噪声数据
5. 记录各温度点的响应灰度值，不调整成像参数

七、数据处理方法

1. ​​响应曲线拟合​​：
   • 拟合辐射亮度与灰度值关系曲线
   • 确定线性区、截止区和饱和区
   • 获取两个拐点A（截止温度T0、截止灰度值G0）和B（饱和温度Tover、饱和灰度值Gover）

2. ​​噪声计算​​：
   • 按公式计算各像元噪声均方根灰度值
   • 求取区域平均像元噪声灰度值GnRMS
3. ​​动态范围计算​​：
   • 使用标准公式计算最终动态范围值DR

八、测试报告内容

1. ​​基本信息​​：时间、地点、环境温湿度
2. ​​样品信息​​：名称、类型、规格参数
3. ​​测试结果​​：
   • 动态范围值DR
   • 截止灰度值G0
   • 饱和灰度值Gover
   • 像元噪声灰度值GnRMS

九、附录内容

标准附录A提供了详细的测试报告记录表格式，包含上述所有需要记录的信息项目。