產(chǎn)品推薦:氣相|液相|光譜|質(zhì)譜|電化學(xué)|元素分析|水分測定儀|樣品前處理|試驗(yàn)機(jī)|培養(yǎng)箱


化工儀器網(wǎng)>技術(shù)中心>工作原理>正文

歡迎聯(lián)系我

有什么可以幫您? 在線咨詢

熱成像儀噪聲表征(NETD)測試方法及測試系統(tǒng)能力分析

來源:上海明策電子科技有限公司   2025年07月10日 09:00  

熱成像儀噪聲表征方法及Inframet測試系統(tǒng)能力分析


摘要
熱成像儀在軍事、安防、工業(yè)檢測和醫(yī)療等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛,其性能優(yōu)劣直接受噪聲水平影響。準(zhǔn)確表征和測量噪聲參數(shù),是熱成像技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)品比對(duì)的重要基礎(chǔ)。本文概述了熱成像儀主要噪聲參數(shù)的定義及測量方法,并結(jié)合最新研究,分析了Inframet公司DT測試系統(tǒng)在噪聲表征方面的能力,以及目前行業(yè)面臨的標(biāo)準(zhǔn)化挑戰(zhàn)。

1. 熱成像儀噪聲表征的重要性

熱成像儀通過探測物體的紅外輻射生成圖像,但在成像過程中會(huì)受到多種噪聲的影響。這些噪聲不僅降低圖像質(zhì)量,還限制了系統(tǒng)對(duì)低對(duì)比度目標(biāo)的探測能力。因此,噪聲表征成為熱成像儀性能測試中的核心環(huán)節(jié)。

熱成像儀的噪聲一般分為:

  • 時(shí)間噪聲(Temporal Noise):表現(xiàn)為同一像素隨時(shí)間波動(dòng)的信號(hào)噪聲。

  • 空間噪聲(Spatial Noise):表現(xiàn)為不同像素之間響應(yīng)不一致而產(chǎn)生的圖像不均勻。


2. 主要噪聲表征參數(shù)

目前用于描述熱成像儀噪聲的典型參數(shù)包括:

2.1 噪聲當(dāng)量溫差(NETD)

NETD是熱成像領(lǐng)域的噪聲指標(biāo),用于衡量熱成像儀在檢測微小溫差時(shí)的靈敏度。它定義為目標(biāo)與背景之間產(chǎn)生單位信噪比所需的最小溫差。NETD越小,表示熱像儀探測微弱熱差的能力越強(qiáng)。

然而,根據(jù)論文《Critical review of present day methodology of characterization of noise of thermal imagers》指出,盡管NETD歷史悠久,但其定義和測量方法在不同廠商、研究機(jī)構(gòu)甚至不同文獻(xiàn)中存在較大差異。文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)顯示,NETD的噪聲定義存在至少五種不同的數(shù)學(xué)表達(dá)方式。這種差異導(dǎo)致同一臺(tái)熱像儀的NETD測試結(jié)果,可能在不同實(shí)驗(yàn)室間產(chǎn)生高達(dá)50%以上的差異。

2.2 固定圖案噪聲(FPN)

FPN描述熱成像儀在輸出圖像中,存在不隨時(shí)間變化的空間噪聲模式。它源于探測器陣列的制造缺陷或電子系統(tǒng)的非均勻性。雖然名為“噪聲”,部分學(xué)者更傾向?qū)⑵錃w類為非均勻性。類似于NETD,F(xiàn)PN的定義與測量方法同樣存在術(shù)語混亂的問題,例如在某些場合被稱為“空間NETD”或“IETD(非均勻性等效溫差)”。

2.3 三維噪聲模型(3D Noise Model)

為更深入刻畫熱成像儀的噪聲,美國NVESD在上世紀(jì)90年代提出了3D噪聲模型。該模型將噪聲細(xì)分為七個(gè)組成部分,包括:

  • 隨機(jī)時(shí)空噪聲

  • 時(shí)間行噪聲(條紋噪聲)

  • 時(shí)間列噪聲(雨滴噪聲)

  • 隨機(jī)空間噪聲

  • 固定行噪聲

  • 固定列噪聲

  • 幀間噪聲

這一模型能更加細(xì)致地識(shí)別熱成像儀噪聲來源,是目前較為先進(jìn)的噪聲表征方法。但遺憾的是,NVESD雖提出了理論框架,卻沒有形成統(tǒng)一、詳細(xì)的國際標(biāo)準(zhǔn),導(dǎo)致實(shí)際應(yīng)用中各測試團(tuán)隊(duì)測量結(jié)果依然存在較大差異。

3. 噪聲測量方法與挑戰(zhàn)

盡管各噪聲參數(shù)定義不同,但其測量流程通常包括以下步驟:

  1. 測量成像儀響應(yīng)度(SiTF)
    通過不同溫度的黑體源,獲得熱像儀輸出信號(hào)與輸入溫差的線性關(guān)系。

  2. 采集視頻序列
    錄制熱像儀觀察均勻黑體時(shí)的圖像序列,幀數(shù)通常需≥100幀。

  3. 噪聲數(shù)據(jù)分析
    從采集的視頻數(shù)據(jù)中,提取對(duì)應(yīng)噪聲參數(shù)。不同參數(shù)會(huì)有不同的處理算法和濾波策略。

  4. 計(jì)算噪聲指標(biāo)
    將噪聲數(shù)據(jù)與SiTF比值,換算為NETD、FPN或3D噪聲模型的具體數(shù)值。

挑戰(zhàn)
如論文所述,即使硬件設(shè)備具備高精度,以下因素仍導(dǎo)致各測試結(jié)果差異巨大:

  • 不同團(tuán)隊(duì)對(duì)噪聲定義理解不一致;

  • 濾波方法差異,如高斯濾波、二次多項(xiàng)式擬合等;

  • 測試系統(tǒng)類型不同,如準(zhǔn)直系統(tǒng)、泛光系統(tǒng)、聚焦系統(tǒng);

  • 測試環(huán)境及時(shí)機(jī)不同(如NUC校正后等待時(shí)間);

  • 測試結(jié)果的后期修正方法不統(tǒng)一。

4. Inframet DT系統(tǒng)在噪聲測試中的能力

Inframet作為論文作者所在的公司,是國際的紅外測試設(shè)備制造商。其DT系列測試系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于熱成像儀性能評(píng)測,包括噪聲測量方面。

4.1 硬件能力

Inframet DT系統(tǒng)具備以下優(yōu)勢:

  • 高精度黑體源:溫度穩(wěn)定度可達(dá)mK級(jí),滿足NETD等精密測量需求;

  • 多測試模式支持:支持準(zhǔn)直、泛光、聚焦等多種測試模式,滿足不同產(chǎn)品和應(yīng)用場景;

  • 數(shù)據(jù)分析軟件完備:可自動(dòng)處理視頻序列,計(jì)算SiTF、NETD、FPN及3D噪聲模型;

  • 溯源能力強(qiáng):測試結(jié)果可追溯至NIST或歐盟計(jì)量機(jī)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 存在的限制

盡管Inframet DT系統(tǒng)在硬件與軟件層面均可滿足噪聲測量的技術(shù)需求,但論文指出,噪聲測試的一致性問題并非硬件性能不足所致,而是源自行業(yè)缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。因此:

  • 同一臺(tái)Inframet DT系統(tǒng),在不同實(shí)驗(yàn)室使用,若定義、濾波方法、數(shù)據(jù)處理流程不統(tǒng)一,測試結(jié)果仍可能存在顯著差異。

  • 特別是NETD測試,定義差異可導(dǎo)致結(jié)果相差數(shù)十個(gè)百分點(diǎn)


更多技術(shù)問題,請聯(lián)系上海明策電子技術(shù)工程師!







免責(zé)聲明

  • 凡本網(wǎng)注明“來源:化工儀器網(wǎng)”的所有作品,均為浙江興旺寶明通網(wǎng)絡(luò)有限公司-化工儀器網(wǎng)合法擁有版權(quán)或有權(quán)使用的作品,未經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)不得轉(zhuǎn)載、摘編或利用其它方式使用上述作品。已經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)使用作品的,應(yīng)在授權(quán)范圍內(nèi)使用,并注明“來源:化工儀器網(wǎng)”。違反上述聲明者,本網(wǎng)將追究其相關(guān)法律責(zé)任。
  • 本網(wǎng)轉(zhuǎn)載并注明自其他來源(非化工儀器網(wǎng))的作品,目的在于傳遞更多信息,并不代表本網(wǎng)贊同其觀點(diǎn)和對(duì)其真實(shí)性負(fù)責(zé),不承擔(dān)此類作品侵權(quán)行為的直接責(zé)任及連帶責(zé)任。其他媒體、網(wǎng)站或個(gè)人從本網(wǎng)轉(zhuǎn)載時(shí),必須保留本網(wǎng)注明的作品第一來源,并自負(fù)版權(quán)等法律責(zé)任。
  • 如涉及作品內(nèi)容、版權(quán)等問題,請?jiān)谧髌钒l(fā)表之日起一周內(nèi)與本網(wǎng)聯(lián)系,否則視為放棄相關(guān)權(quán)利。
企業(yè)未開通此功能
詳詢客服 : 0571-87858618