熱成像儀噪聲表征方法及Inframet測試系統(tǒng)能力分析

摘要
熱成像儀在軍事將進一步、安防、工業(yè)檢測和醫(yī)療等領域應用廣泛生產效率，其性能優(yōu)劣直接受噪聲水平影響發展基礎。準確表征和測量噪聲參數(shù)迎來新的篇章，是熱成像技術發(fā)展和產(chǎn)品比對的重要基礎有所增加。本文概述了熱成像儀主要噪聲參數(shù)的定義及測量方法稍有不慎，并結合最新研究共謀發展，分析了Inframet公司DT測試系統(tǒng)在噪聲表征方面的能力推進高水平，以及目前行業(yè)面臨的標準化挑戰(zhàn)開展面對面。

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，但在成像過程中會受到多種噪聲的影響不斷發展。這些噪聲不僅降低圖像質量便利性，還限制了系統(tǒng)對低對比度目標的探測能力。因此高效節能，噪聲表征成為熱成像儀性能測試中的核心環(huán)節(jié)相關。

熱成像儀的噪聲一般分為：

• 時間噪聲（Temporal Noise）：表現(xiàn)為同一像素隨時間波動的信號噪聲。

• 空間噪聲（Spatial Noise）：表現(xiàn)為不同像素之間響應不一致而產(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 噪聲當量溫差（NETD）

NETD是熱成像領域的噪聲指標影響力範圍，用于衡量熱成像儀在檢測微小溫差時的靈敏度大力發展。它定義為目標與背景之間產(chǎn)生單位信噪比所需的最小溫差。NETD越小雙向互動，表示熱像儀探測微弱熱差的能力越強集成技術。

然而，根據(jù)論文《Critical review of present day methodology of characterization of noise of thermal imagers》指出生產效率，盡管NETD歷史悠久創新的技術，但其定義和測量方法在不同廠商、研究機構甚至不同文獻中存在較大差異更合理。文獻統(tǒng)計顯示有序推進，NETD的噪聲定義存在至少五種不同的數(shù)學表達方式。這種差異導致同一臺熱像儀的NETD測試結果顯著，可能在不同實驗室間產(chǎn)生高達50%以上的差異深入開展。

2.2 固定圖案噪聲（FPN）

FPN描述熱成像儀在輸出圖像中，存在不隨時間變化的空間噪聲模式發展的關鍵。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"，部分學者更傾向將其歸類為非均勻性有所應。類似于NETD，F(xiàn)PN的定義與測量方法同樣存在術語混亂的問題面向，例如在某些場合被稱為“空間NETD"或“IETD（非均勻性等效溫差）"今年。

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90年代提出了3D噪聲模型合作關系。該模型將噪聲細分為七個組成部分真諦所在，包括：

• 隨機時空噪聲

• 時間行噪聲（條紋噪聲）

• 時間列噪聲（雨滴噪聲）

• 隨機空間噪聲

• 固定行噪聲

• 固定列噪聲

• 幀間噪聲

這一模型能更加細致地識別熱成像儀噪聲來源，是目前較為先進的噪聲表征方法結構不合理。但遺憾的是提供深度撮合服務，NVESD雖提出了理論框架，卻沒有形成統(tǒng)一競爭力、詳細的國際標準最為突出，導致實際應用中各測試團隊測量結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)定義不同探索創新，但其測量流程通常包括以下步驟：

1. 測量成像儀響應度（SiTF）
   通過不同溫度的黑體源開展，獲得熱像儀輸出信號與輸入溫差的線性關系。

2. 采集視頻序列
   錄制熱像儀觀察均勻黑體時的圖像序列前來體驗，幀數(shù)通常需≥100幀簡單化。

3. 噪聲數(shù)據(jù)分析
   從采集的視頻數(shù)據(jù)中，提取對應噪聲參數(shù)。不同參數(shù)會有不同的處理算法和濾波策略開拓創新。

4. 計算噪聲指標
   將噪聲數(shù)據(jù)與SiTF比值確定性，換算為NETD、FPN或3D噪聲模型的具體數(shù)值去完善。

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

• 不同團隊對噪聲定義理解不一致項目；

• 濾波方法差異相對開放，如高斯濾波、二次多項式擬合等綜合運用；

• 測試系統(tǒng)類型不同相貫通，如準直系統(tǒng)、泛光系統(tǒng)脫穎而出、聚焦系統(tǒng)系統；

• 測試環(huán)境及時機不同（如NUC校正后等待時間）；

• 測試結果的后期修正方法不統(tǒng)一積極影響。

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方法，是國際的紅外測試設備制造商。其DT系列測試系統(tǒng)廣泛應用于熱成像儀性能評測進一步提升，包括噪聲測量方面進行探討。

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mK級，滿足NETD等精密測量需求提供有力支撐；

• 多測試模式支持：支持準直管理、泛光、聚焦等多種測試模式越來越重要，滿足不同產(chǎn)品和應用場景切實把製度；

• 數(shù)據(jù)分析軟件完備：可自動處理視頻序列，計算SiTF改革創新、NETD產能提升、FPN及3D噪聲模型；

• 溯源能力強：測試結果可追溯至NIST或歐盟計量機構標準品牌。

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需求適應能力，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保持穩定，而是源自行業(yè)缺乏統(tǒng)一標準就此掀開。因此：

• 同一臺Inframet DT系統(tǒng)，在不同實驗室使用，若定義總之、濾波方法長足發展、數(shù)據(jù)處理流程不統(tǒng)一，測試結果仍可能存在顯著差異足了準備。

• 特別是NETD測試規模設備，定義差異可導致結果相差數(shù)十個百分點

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