红外热像仪最小可分辨温差（MRTD）测试方法研究综述

摘要

最小可分辨温差（MRTD）是衡量红外热像仪综合性能的重要参数之一，兼具热灵敏度与空间分辨力的评价功能。本文系统梳理了MRTD测试方法的研究进展与实践应用，介绍了典型测试系统结构及其关键部件的技术要求，深入分析了影响测试准确性与重复性的关键因素，并提出了具有针对性的修正方法与模型。通过实验证实，采用修正模型后，MRTD测试误差控制在15%以内，验证了其有效性与实用性。该研究为提高红外热成像系统的性能评估精度提供了理论依据与实践指导。

一、引言

红外成像技术已广泛应用于军事侦察、工业检测、医疗诊断等领域，随着系统性能的不断提升，成像精度的量化评估需求也日益增长。MRTD作为同时体现红外热像仪热灵敏度与空间分辨能力的参数，广泛应用于系统性能评价。然而，由于其依赖于人工视觉判断，主观性强，测试结果的重复性和一致性存在显著差异，成为制约其作为通用测试指标的关键因素。本文旨在系统分析MRTD测试方法中的系统构成、误差来源及修正手段，为标准化和自动化测试提供技术支撑。

二、MRTD测试系统结构

2.1 可变目标测试系统
该系统通过平行光管将靶面热辐射投影至被测热像仪视场，系统精度高、热稳定性好，适用于各种类型的热像仪。但其缺点为价格昂贵、设备体积大，测试热像仪口径受到限制。

2.2 可变距离测试系统
此类系统中热像仪直接成像靶板，适用于近距离热像仪的快速测试，结构紧凑、成本低，便于携带，适合现场测试。然而其成像质量受环境干扰大，系统通用性有限。

三、测试系统各模块技术要求

3.1 平行光管
需具备：分辨率高于被测热像仪的5倍；孔径较热像仪光学孔径大10%以上；光谱响应覆盖3–15 μm；热稳定性好，材料选择以锗或耐热玻璃为佳。

3.2 差分面源合体
需满足：高发射率（≥0.97）；温度分辨率优于1 mK；温场均匀性±10 mK以内；响应速度快、表面面积覆盖靶面尺寸。

3.3 旋转靶轮与目标靶
旋转靶轮需具备高定位精度和良好导热性，目标靶常用四杆靶，其制造需确保高几何精度、高热导率和高发射率。

3.4 图像获取与分析模块
包括图像采集卡、数据处理软件和计算机。软件需支持频率换算、数据修正和结果可视化；图像采集卡需兼容多种接口，确保图像无损采集。

四、MRTD测试误差来源与修正方法

4.1 主观因素
人员差异：建议测试人员需通过专门训练并经考核合格；判断准则不一：国内外关于“可分辨”的判据存在偏差，应统一标准；靶板频率点有限：测试频率需覆盖低、中、高频段。

4.2 环境因素
温度修正：测试环境温度偏离20±2℃时，需基于黑体辐射模型进行修正；透过率修正：考虑平行光管或大气的光学透过率对MRTD结果的影响。

4.3 系统偏置
偏置修正需采用正负温差双向测量并取平均，以消除黑体发射率差异、温度梯度等引入的系统性误差。

五、MRTD测试方法与实验验证

MRTD测量方法主要分为：固定频率改变温差；固定温差改变频率（仅适用于可变距离系统）。

实验中，选用8–12 μm波段热像仪，使用标准化测试流程及修正模型进行MRTD测试，测试环境为16℃，平行光管透过率为0.94。三名合格观察者对结果进行重复测量。经与厂商出厂数据对比，最大偏差小于15%，表明修正模型显著提高了测试结果的稳定性和准确性。

六、结论

MRTD作为红外热像仪性能综合评价的重要参数，其测试受系统结构、观测标准、环境条件等多因素影响。本文分析了两种主流测试系统结构及各关键模块技术要求，提出并验证了一套有效的修正模型。研究表明，该模型可显著提升MRTD测试结果的一致性与准确性，为标准化热成像测试提供了技术基础。

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