【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及紅外遙感和紅外空間，尤其涉及一種天基紅外成像系統圖像質量定量化評估方法。
技術介紹
1、在紅外遙感領域，傳統的紅外系統成像評估算法通常僅考慮了單一特性，利用調制傳遞函數mtf、噪聲等效溫差netd、最小可分辨溫差mrtd某個單一指標評估仿真系統和真實系統性能，已經成為了傳統光電系統性能評價的標準。傳統評估模型存在一定的主觀性，不同實驗條件下測試結果有很大的差別，且對非線性響應因素考慮不足，難以支撐系統整體性能的評估。
2、在現代載荷設計中，許多參數是互相制約的：追求弱小目標探測性能需要提高載荷的靈敏度，會帶來疑似目標的增加與虛警率的上升，因此選取合適的紅外圖像質量定量化評估指標至關重要。
3、紅外成像系統圖像評估體系首先由特定探測任務需求出發，衍射極限gsd或角分辨率是光學系統設計的強約束指標，過高分辨率需求將導致光學口徑需求過大，工程難以實現，進一步會限制光學視場；光學品質因數q、探測距離r、像元尺寸dx以及截止波長λmax共同決定了光學焦距f、最小口徑需求dmin以及f#數；在探測器性能方面，需求的靈敏度開始由背景限開始向更低的噪聲限轉變，噪聲等效靈敏度系數、信噪比、探測譜段、最小最大溫度探測范圍等參數綜合決定了成像系統圖像質量。
4、因此需要一種智能的評估算法，具有向下分析能力，有效加快成像系統質量評估-系統設計回路的迭代速度，為在軌載荷的研發提供技術支持，在目標探測、識別及跟蹤方面也具有重要意義。
技術實現思路
1、本專利技
2、為了實現上述目的，本專利技術提供如下技術方案：
3、一種天基紅外成像系統圖像質量定量化評估方法，包括以下步驟：
4、s101、初始化紅外成像系統的光學系統參數與探測器參數；
5、選取目標與背景，設定光照條件、譜段與季節條件，載入場景輻亮度圖像。設定紅外系統參數，其中光學系統參數包括相機口徑d、焦距、探測距離、光學效率、中心波長、能量集中度和瞬時視場。然后設置探測器參數，分別為：像元尺寸、暗電流、積分時間、儀器背景噪聲、讀出噪聲、滿阱電子數、非均勻性、量化位數與量子效率。
6、s102、根據紅外成像系統參數選取探測系統圖像質量評價指標；
7、本專利技術主要研究空中目標紅外成像系統圖像質量評估體系確立方法，首先對紅外系統成像鏈路中各模塊分析，從空中目標成像需達到的總體指標出發，逐級別分解至載荷核心部件紅外探測器級指標，重點對空中目標成像所需的分辨率、波段、積分時間等指標進行了論證，并進一步開展典型紅外系統對空中目標的成像質量分析。因此本方法選取的評價指標共有：系統f數、地面分辨率、光學衍射極限分辨率、ifov、最小分辨角、光學效率、能量集中度、量子效率、信號電子數、噪聲電子數，電子數信噪比。
8、s102.1、光學系統的核心參數確立過程根據角分辨率和光學衍射極限決定的，
9、首先是相機角分辨率ifov與地面探測分辨率gsd之間的關系：
10、
11、gsd＝ifov*r
12、其中ifov為角分辨率，f為光學系統焦距，dx為像元尺寸，gsd為地面分辨率，r為系統探測距離；
13、光學衍射極限分辨率σ為：
14、
15、其中d為光學系統口徑，λ為探測波長；
16、最小分辨角θmin為：
17、
18、系統極限口徑dmin為：
19、
20、其中，f#為系統f數；
21、s102.2、紅外系統噪聲通過電子數信噪比指標進行評估，從內部探測器級指標出發，將光子噪聲、儀器噪聲、暗電流噪聲以及電子學噪聲各個噪聲分項對靈敏度及動態范圍的影響進行分析，從頂層信噪比指標出發，考慮到觀測信號的最大、最小量級，向下級各噪聲項進行指標分配，合理評估系統成像指標要求。
22、信號電子數計算。根據信號電子數ns的定義：一個積分時間周期內目標產生并向積分電容注入的電荷數。目標像元接收的電子數，表示為：
23、
24、式中，qe是探測器量子效率，λ為中心波長，h為普郎克常數(h＝6.6×10-34j·s-1)，c為光速(c＝3×108m/s)，j為目標輻射強度，τa為目標所在高度大氣透過率，τ0是光學系統透過率(含光學遮擋因子)，ee為能量集中度，l是探測距離，tint是系統積分時間。
25、除目標外觀測地球背景及其大氣路徑產生的電子數nbg表示為：
26、
27、式中lbg為背景輻亮度。
28、s102.3、在天基遠距離成像時，空中目標在紅外系統中所成的像多為點目標，受空間噪聲影響較小，系統噪聲可簡化為時間噪聲：
29、
30、nread為系統的讀出噪聲電子數，nph為所有光子噪聲相關的總和產生的均方根：
31、
32、ninstr是光學儀器各部件及杜瓦窗口輻射的總和，ndark為紅外探測器暗電流噪聲電子數。
33、工程上紅外焦平面噪聲性能一般利用電子數信噪比模型描述，電子數信噪比取為信號電子數與總噪聲電子數之比。
34、
35、可以容易確定光子噪聲主導的系統探測性能上限，但由于系統還包含來自探測器噪聲、電子學讀出噪聲、儀器背景等等多項，以上過程僅用于最初期簡化模型評估系統能力。
36、s103、分別對評價指標進行無量綱歸一化處理；
37、對選取的紅外成像系統的圖像質量評價指標進行指標屬性正向化處理。
38、設指標為x，極小型指標的正向化方法為：
39、positxm＝max(x)-xm,m＝1,2,3…
40、極大型指標的正向化方法為：
41、positxm＝xm-min(x),m＝1,2,3…
42、s104、構建基于topsis熵權法的紅外系統圖像質量定量化評估模型；
43、s104.1、根據圖像質量定量化評估指標構建評價矩陣：
44、
45、其中n為評價對象個數，m為評價指標個數。為了去除量綱的影響，對x進行歸一化處理，記為z：
46、
47、s104.2、熵權法計算各評價指標的權重，計算各指標的熵值：
48、
49、其中k與樣本數量有關，一般取k＝1/ln(n)。進而計算各指標的權值：
50、
51、s104.3、確定最優和最劣距離。首先定義最大值和最小值：
52、z+＝(max(z11,z21,...,zm1),max(z12,z22,...,zm2),...,max(z1n,z2n,...,zmn))
53、z-＝(min(z11,z21,...,zm1),min(z1本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種天基紅外成像系統圖像質量定量化評估方法，其特征在于：包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種天基紅外成像系統圖像質量定量化評估方法，其特征在于：在S101中，初始化的光學系統參數包括：相機口徑D、焦距、探測距離、光學效率、中心波長、能量集中度和瞬時視場；初始化的探測器參數包括：像元尺寸、暗電流、積分時間、儀器背景噪聲、讀出噪聲、滿阱電子數、非均勻性、量化位數與量子效率。
3.根據權利要求2所述的一種天基紅外成像系統圖像質量定量化評估方法，其特征在于：在S102中選取紅外成像系統圖像質量評價指標，選取的評價指標為光學系統核心參數與探測器系統核心參數，共有：系統F數、地面分辨率、光學衍射極限分辨率、瞬時視場(IFOV)、最小分辨率、光學效率、能量集中度、量子效率、信號電子數、噪聲電子數，電子數信噪比，部分評價指標的計算如下所示：
4.根據權利要求3所述的一種天基紅外成像系統圖像質量定量化評估方法，其特征在于：在S103中，對選取的紅外成像系統的評價指標進行指標屬性正向化處理：
5.根據權利要求4所述的一種天基紅外成像系統圖像
6.根據權利要求5所述的一種天基紅外成像系統圖像質量定量化評估方法，其特征在于：在S105中，根據模型評價的歸一化結果實現對紅外成像系統的圖像質量評估：
...【技術特征摘要】
1.一種天基紅外成像系統圖像質量定量化評估方法，其特征在于：包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種天基紅外成像系統圖像質量定量化評估方法，其特征在于：在s101中，初始化的光學系統參數包括：相機口徑d、焦距、探測距離、光學效率、中心波長、能量集中度和瞬時視場；初始化的探測器參數包括：像元尺寸、暗電流、積分時間、儀器背景噪聲、讀出噪聲、滿阱電子數、非均勻性、量化位數與量子效率。
3.根據權利要求2所述的一種天基紅外成像系統圖像質量定量化評估方法，其特征在于：在s102中選取紅外成像系統圖像質量評價指標，選取的評價指標為光學系統核心參數與探測器系統核心參數，共有：系統f數、地面分辨率、光學衍射極限分辨...
【專利技術屬性】
技術研發人員：饒鵬，孫紋，李夜金，洪楊，劉廣森，
申請(專利權)人：中國科學院上海技術物理研究所，
類型：發明
國別省市：
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