紅外熱像儀最小可分辨溫差（MRTD）測試方法研究綜述

摘要

最小可分辨溫差（MRTD）是衡量紅外熱像儀綜合性能的重要參數(shù)之一，兼具熱靈敏度與空間分辨力的評價功能。本文系統(tǒng)梳理了MRTD測試方法的研究進(jìn)展與實踐應(yīng)用，介紹了典型測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其關(guān)鍵部件的技術(shù)要求，深入分析了影響測試準(zhǔn)確性與重復(fù)性的關(guān)鍵因素，并提出了具有針對性的修正方法與模型。通過實驗證實，采用修正模型后，MRTD測試誤差控制在15%以內(nèi)，驗證了其有效性與實用性。該研究為提高紅外熱成像系統(tǒng)的性能評估精度提供了理論依據(jù)與實踐指導(dǎo)。

一、引言

紅外成像技術(shù)已廣泛應(yīng)用于軍事偵察、工業(yè)檢測、醫(yī)療診斷等領(lǐng)域，隨著系統(tǒng)性能的不斷提升，成像精度的量化評估需求也日益增長。MRTD作為同時體現(xiàn)紅外熱像儀熱靈敏度與空間分辨能力的參數(shù)，廣泛應(yīng)用于系統(tǒng)性能評價。然而，由于其依賴于人工視覺判斷，主觀性強，測試結(jié)果的重復(fù)性和一致性存在顯著差異，成為制約其作為通用測試指標(biāo)的關(guān)鍵因素。本文旨在系統(tǒng)分析MRTD測試方法中的系統(tǒng)構(gòu)成、誤差來源及修正手段，為標(biāo)準(zhǔn)化和自動化測試提供技術(shù)支撐。

二、MRTD測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 可變目標(biāo)測試系統(tǒng)
該系統(tǒng)通過平行光管將靶面熱輻射投影至被測熱像儀視場，系統(tǒng)精度高、熱穩(wěn)定性好，適用于各種類型的熱像儀。但其缺點為價格昂貴、設(shè)備體積大，測試熱像儀口徑受到限制。

2.2 可變距離測試系統(tǒng)
此類系統(tǒng)中熱像儀直接成像靶板，適用于近距離熱像儀的快速測試，結(jié)構(gòu)緊湊、成本低，便于攜帶，適合現(xiàn)場測試。然而其成像質(zhì)量受環(huán)境干擾大，系統(tǒng)通用性有限。

三、測試系統(tǒng)各模塊技術(shù)要求

3.1 平行光管
需具備：分辨率高于被測熱像儀的5倍；孔徑較熱像儀光學(xué)孔徑大10%以上；光譜響應(yīng)覆蓋3–15 μm；熱穩(wěn)定性好，材料選擇以鍺或耐熱玻璃為佳。

3.2 差分面源合體
需滿足：高發(fā)射率（≥0.97）；溫度分辨率優(yōu)于1 mK；溫場均勻性±10 mK以內(nèi)；響應(yīng)速度快、表面面積覆蓋靶面尺寸。

3.3 旋轉(zhuǎn)靶輪與目標(biāo)靶
旋轉(zhuǎn)靶輪需具備高定位精度和良好導(dǎo)熱性，目標(biāo)靶常用四桿靶，其制造需確保高幾何精度、高熱導(dǎo)率和高發(fā)射率。

3.4 圖像獲取與分析模塊
包括圖像采集卡、數(shù)據(jù)處理軟件和計算機。軟件需支持頻率換算、數(shù)據(jù)修正和結(jié)果可視化；圖像采集卡需兼容多種接口，確保圖像無損采集。

四、MRTD測試誤差來源與修正方法

4.1 主觀因素
人員差異：建議測試人員需通過專門訓(xùn)練并經(jīng)考核合格；判斷準(zhǔn)則不一：國內(nèi)外關(guān)于“可分辨”的判據(jù)存在偏差，應(yīng)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)；靶板頻率點有限：測試頻率需覆蓋低、中、高頻段。

4.2 環(huán)境因素
溫度修正：測試環(huán)境溫度偏離20±2℃時，需基于黑體輻射模型進(jìn)行修正；透過率修正：考慮平行光管或大氣的光學(xué)透過率對MRTD結(jié)果的影響。

4.3 系統(tǒng)偏置
偏置修正需采用正負(fù)溫差雙向測量并取平均，以消除黑體發(fā)射率差異、溫度梯度等引入的系統(tǒng)性誤差。

五、MRTD測試方法與實驗驗證

MRTD測量方法主要分為：固定頻率改變溫差；固定溫差改變頻率（僅適用于可變距離系統(tǒng)）。

實驗中，選用8–12 μm波段熱像儀，使用標(biāo)準(zhǔn)化測試流程及修正模型進(jìn)行MRTD測試，測試環(huán)境為16℃，平行光管透過率為0.94。三名合格觀察者對結(jié)果進(jìn)行重復(fù)測量。經(jīng)與廠商出廠數(shù)據(jù)對比，最大偏差小于15%，表明修正模型顯著提高了測試結(jié)果的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

六、結(jié)論

MRTD作為紅外熱像儀性能綜合評價的重要參數(shù)，其測試受系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、觀測標(biāo)準(zhǔn)、環(huán)境條件等多因素影響。本文分析了兩種主流測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及各關(guān)鍵模塊技術(shù)要求，提出并驗證了一套有效的修正模型。研究表明，該模型可顯著提升MRTD測試結(jié)果的一致性與準(zhǔn)確性，為標(biāo)準(zhǔn)化熱成像測試提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

更多技術(shù)信息，請咨詢上海明策電子技術(shù)工程師！