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最小可分辨温差模型、仿真、测量与分析

摘要本文提出了一种用于数值估算最小可分辨温差（MRTD）的数学模型。所开发的模型基于一个旨在估算第一代和第二代热成像仪的MRTD的数学模型，经过修改以估算第三代热成像仪的MRTD。作为演示，本文通过数值方法获取了三种型号热成像相机的MRTD特性，随后将得到的MRTD值与使用Inframet MS300平台测得的值进行比较。

关键词：MRTD，NETD，MTF，STANAG 4349，热成像相机

1. 引言热成像设备在军事和民用系统中具有重要且广泛的应用。实际上，热成像设备的设计和质量参数必须一方面适应特定的应用条件，另一方面考虑到制造子组件的技术可能性。因此，特别注重开发理论和数值模型，以帮助分析和优化结构。

为了完整指定一个热成像系统并产生良好的热图像，需测量两个参数：热灵敏度和空间分辨率。空间分辨率通过MTF（调制传递函数）来评估，指示热成像系统能分辨出多小的物体，而热灵敏度则通过NETD（噪声等效温差）来表达，提供关于可以辨别的最小温差的噪声水平信息。MRTD（最小可分辨温差）比单独的MTF更好地描述系统性能，因为MTF不考虑噪声水平；而MRTD也比NETD更为全面，因为它同时考虑了空间分辨率和噪声水平。

2. 数学模型用于评估MRTD的模型如下：

其中，MTF是整个系统的调制传递函数，包括光学系统、探测器、电子设备和显示器。NETD是噪声等效温差（单位为开尔文）。fs是空间频率，单位为每毫弧度的周期数。

3. 测量过程和平台实验MRTD值使用了Inframet MS300X可调靶标测试系统（具有低偏移是一个巨大优势）。该平台确保了精确的测量，并满足任何热成像相机测试平台的技术要求。

4. 仿真设计了一个图形用户界面，能够轻松估算NETD并绘制MRTD特性。首先计算NETD，界面用户需要输入所有必要的参数，并选择五个可用模型之一来逼近特定的探测率。MTF和MRTD特性也按相同方式估算并单独显示。

5. 结果呈现的曲线显示了仿真值和通过MS300平台测得的MRTD值之间的良好一致性。对于低空间频率（使用较大尺寸的四条靶标），测量的MRTD值高于仿真值，而在高空间频率下，仿真值通常高于测量值。

6. 结论本文展示了一个用于评估热成像相机MRTD的仿真模型。该模型已经开发并适应于评估任何类型热成像设备的MRTD，只要提供了相关输入数据。通过仿真获得的MRTD值与根据STANAG 4349标准测量的值进行了比较，结果显示该仿真模型与测量值之间具有良好的一致性。