1 靶标类型

靶标是能生成测试电光成像系统所需参考图案图像的模块。Inframet 生产的靶标可分为两大类：
被动靶标
主动靶标
被动式靶标需通过⿊体或校准光源产⽣的均匀光束照射，以⽣成参考图像模式的影像。这些靶标通常是⼤型测试系统中的⼩型模块。被动式靶标正常⼯作⽆需电⼒供应。
主动式靶标通过⾃⾝热辐射或反射⼈类环境中常⻅光源的光线来⽣成参考图像模式的影像。这类靶标通常是需要电⼒供应才能正常⼯作的独⽴⼤型模块。
被动靶标根据应⽤可分为三类：

红外靶标（IR靶标）

可⻅光靶标（VIS 靶标）

夜视靶标（NV靶标）

红外靶标用于测试工作在中波-长波红外光谱波段的热像仪。VIS 靶标则用于测试彩色 VIS 相机、单色VIS-NIR 相机或工作在 VIS-SWIR 光谱波段的 VIS-SWIR 相机。NV 靶标用于测试工作在 VIS-NIR 光谱波段的夜视设备。尽管 VIS 靶标和 NV 靶标工作于相似的光谱波段，但这三类靶标因制造工艺不同而有所差异。

2 红外靶标的制作⽅法

红外靶标是带有特定形状孔洞的⾦属板，通过辐射穿过孔洞及靶板其余部分发射 反射的光线，形成参考图案的影像。红外靶标通常尺⼨较⼩（板材厚度低于 100mm），但技术上也可制造更⼤尺⼨的红外靶标。

具⽽⾔，红外靶标的制造⼯艺是在薄⾦属板上精确加⼯出不同形状的孔洞（如四杆、圆形、⼗字、半⽉形、三⻆形等）。⾦属板表⾯可采⽤⾼发射率涂层处理（发射型红外靶标），或保持抛光以获得⾼反射率（反射型红外靶标）。若使⽤得当，两类靶标将产⽣相同的测试结果。典型红外靶标由以下组件构成：带孔薄⾦属板、定位环、适配旋转轮孔位的⾦属板、连接件。

3 红外靶标如何⼯作

红外靶标通常被插⼊到电动旋转轮的孔中，这些旋转轮⽤于⼀系列基于反射式准直仪的Inframet测试系统，以测试热像仪或多传感器成像系统：DT、TAIM、DTR和MS系统 图 2]。带有靶标的旋转轮位于准直仪的焦平⾯处，模拟⽆限远距离的靶标。⿊体被放置在此类靶标后⽅，被测热像仪看到的 靶标 形状由孔在均匀背景上的分布决定。该 靶标 的表观温度等于⿊体温度。 靶标 背景的温度等于⾦属板的温度（发射型红外靶标的情况）或内部准直仪⿊体的温度（反射型红外靶标的情况）。

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⼤多数 Inframet Inframet热像仪测试系统采⽤⼩型（直径68mm 68 mm ）靶标板，固定于MRW-8 MRW-8 旋转轮上。当系统使⽤⻓焦距（超过 2 ⽶）准直镜时，会采⽤更⼤尺⼨的靶标，这些靶标可安装在具有更⼤孔径的转轮上。
红外靶标也可固定于⼩型⼿动靶标滑轨，并安装在CDT准直镜上的TCB⿊体装置。SIM和MIM测试系统即采⽤此配置。
在所有基于反射式准直镜作为图像投影器的前述测试系统中，红外靶标通常仅占据被测热像仪FOV的部分区域。

图 2. 热像仪测试系统：a) a方块图，b) b温差为 的⼤型四杆靶标图像，c) c温差为 的⼤型四杆靶标图像。

4.红外靶标的形状

⽣产的红外靶标可⽣成⼗⼆种不同图案的热图像：单四杆、半⽉形、点⼗字、瞄准⼗字、IR USAF1951、针孔、三⻆形、狭缝、⽅形、剪影。

本数据表第 13 节详细介绍这些靶标的典型尺⼨。

表 1. Inframet 制造的红外靶标图案

四杆⽬标⽤于测量昀⼩可分辨温差（MRTD）函数。

边缘靶标通常⽤于MTF测量。

点⼗字靶标⽤于测量FOV 或畸变的流程中。
瞄准靶标⽤于光轴对准测试。

IR USAF1951 靶标适⽤于需要快速评估被测热像仪分辨率的应⽤场景

其他靶标虽应⽤较少，但在特定领域仍有其⽤途。

需要⼀系列针孔靶标来测量昀⼩可分辨温差（MRTD）功能。

需要⼀系列三⻆形靶标来测量三⻆形⽅向辨别（ TOD）功能（作为MRTD的替代⽅案）。

需要⼀系列狭缝靶标来测量狭缝响应函数（SRF）⽤于评估测量热像仪的性能。

⼗年前采⽤旧⽅法测量热像仪的NETD时需要使⽤⽅形靶标。如今该⽅法已较为过时，因为NETD⽆需任何靶标即可测量 。

廓靶标（如坦克图案⽰例）能够对特定⻆尺⼨（距离）⽬标的探测 识别能⼒进⾏简单的⼆元测试。

四杆图案靶标（单旋转或双旋转）是昀常⻅的红外靶标。

Inframet销售的红外靶标中其普及性源于它们是测量热像仪昀重要参数MRTD （昀⼩可分辨温差）的必备⼯具。

具体⽽⾔，MRTD 是标准四杆靶标条纹与背景之间的昀⼩温差函数，该温差需使观察者能分辨出条纹的热图像，其值随靶标空间频率变化⽽变化。该频率等于四杆靶标两条条纹⻆尺⼨的倒数。

5 发射型靶标与反射型靶标

发射型红外靶标可视为经典且⼴为⼈知的靶标类型，其制造⼯艺包括在带孔⾦属板上涂覆漫反射⿊漆或在真空室内沉积碳层。反射式靶标通过抛光⾦属板制成，以实现红外波段的⾼反射率。

制造超精细图案时需采⽤极薄⾦属⽚。若四杆靶标的杆宽需达 ，则⾦属⽚厚度必须⼩于 。此规则同样适⽤于其他杆状图案。由厚度低于约 的⾦属⽚制成的发射式靶标存在热不稳定性，其温度会随⽓流波动⽽变化，对于NETD 低于 20mkK的⾼灵敏度热像仪⽽⾔，此类温度波动尤为明显。

通过真空室碳沉积获得的⾼发射率⿊⾊碳涂层质地柔软易划伤，这种特性会缩短超精密发射式靶标的使⽤寿命。

反射式靶标的昀⼤缺陷在于其正常⼯作需要内置准直器⿊体具有精确测量的温度，这⼀特殊要求会导致准直器产⽣额外的制造成本。然⽽，这类靶标制造⼯艺简单，且在超微细图案场景下，其热稳定性远优于发射式靶标。

适⽤于条宽⼤于约 0.25毫 ⽶（或直径超过 0.15 毫⽶圆孔）的四杆图案的发射式靶标，

适⽤于条宽⼩于约0.25毫米（或直径超过0.15毫⽶圆孔）的四杆图案的反射式靶标。

但需要强调的是，Inframet 已掌握真空室内碳沉积技术，可选配制造条宽⼩⾄ 0.02 毫⽶的四杆图案发射式红外靶标。

进⾏的实验表明，只要红外靶标（发射式或反射式）制造和使⽤得当，热像仪测试系统产⽣的实际结果⼏乎相同。

四杆图案靶标（单旋转或双旋转）是昀常⻅的红外靶标。Inframet销售的红外靶标中⾄少有标。其普及性源于它们是测量热像仪昀重要参数MRTD （昀⼩可分辨温差）的必备⼯具。具体⽽⾔，MRTD是标准四杆靶标条纹与背景之间的昀⼩温差函数，该温差需使观察者能分辨出条纹的热图像，其值随靶标空间频率变化⽽变化。该频率等于四杆靶标两条条纹⻆尺⼨的倒数。MRTD函数取决于空间频率，在接近被测热像仪奈奎斯特空间频率（等于热像仪像素对视⻆的倒数）的⾼频范围内变化剧烈（图 3）。此外，同⼀热像仪在不同视场下的 MRTD函数表现截然不同。市场上热像仪的MRTD函数存在极⼤差异，其奈奎斯特频率范围从约0.05lp/mrad到超过50lp/mrad 。

此外，MRTD函数还受四杆靶标条纹⻆度⽅向的影响，具体表现为两种MRTD函数：使⽤垂直四杆靶标测量的⽔平MRTD和使⽤⽔平四杆靶标测量的垂直MRTD。三⼗年前，扫描式热像仪时代，⽔平MRTD与垂直MRTD之间存在显著差异（⽔平MRTD性能远优于垂直MRTD）。

如今凝视型热像仪的差异通常较⼩但仍可察觉。这种差异导致在需要同时测定⽔平MRTD和垂直MRTD以获取精确结果时，必须在更多采样点进⾏MRTD测量。

图 某模拟视频热像仪的⽔平MRTD与垂直MRTD曲线

结论表明，为确保能够以⾼采样密度测量任何热像仪的MRTD函数，需要具备数百个空间频率的四杆靶标。具体⽽⾔，若假设四杆靶标的空间频率从0.05lp/mrad 增⾄超过50lp/mrad ，增幅为3% ，则需234个四杆靶标。实际上，极少需要如此⾼空间频率数量的红外靶标。

通常认为 12 ⾄ 24个红外四杆靶标组已能满⾜常规测试需求。即使对于具有不同奈奎斯特空间频率及多个FOVs.的多台热像仪亦是如此。然⽽，对于已知奈奎斯特频率、单⼀ FOVs.且垂直MRTD与⽔平MRTD相近的热像仪，不同空间频率的四杆靶标数量可缩减⾄ 3-5个不同频率的四杆图案。

此类情况下建议采⽤以下规则：

⼀组低频区域的四杆空间频率图案，

⼀组中频区域的四杆空间频率图案，
⼀组空间频率约为奈奎斯特频率0.8倍的四杆图案，
 一组空间频率约为奈奎斯特频率0.9倍的四杆图案，
一个四杆图案的空间频率，其空间频率约等于奈奎斯特频率。

⽆论如何，准确测定 MRTD函数的渐近部分⾄关重要，因为该区域通常决定了基于实测 MRTD计算出的探测、识别与辨认距离范围。有时 MRTD的测量可略微超过奈奎斯特频率，此时需要额外的四杆靶标进⾏辅助测试。

四杆靶标通过改变四杆图案的数量和旋转⽅式制成不同形式。具体⽽⾔，四杆靶标⾄少可分为四类（表2）：
单旋转四杆靶标
 双旋转四靶标
 多尺⼨单旋转四杆靶标
多尺⼨双旋转四杆靶标
倾斜式多尺⼨双旋转四杆靶标
单旋转四杆靶标是⼀种具有单⼀垂直或⽔平⻆度旋转的四杆图案的靶标。双旋转四杆靶标则包含两组尺⼨相同但旋转⻆度相差 四杆图案。多尺⼨单旋转四杆靶标由多个尺⼨不同但旋转⻆度相同的四杆图案构成。多尺⼨双旋转四杆靶标则整合了不同尺⼨及两种旋转⻆度的四杆图案。倾斜多尺⼨双旋转四杆靶标是先前定义的⼀种特殊红外靶标类型，后续将进⾏详细讨论。

现有标准及专业⽂献中定义的 MRTD均针对单旋转四杆靶标情况，然⽽此类靶标存在若⼲固有缺陷。

固定在旋转轮上的四杆靶标其昀⼤空间频率数量受限于轮上的孔数（通常不超过 12 孔），

若需同时测量⽔平 MRTD与垂直 MRTD（完成⽔平 MRTD测量后需将四杆靶标旋转90度再进⾏垂直MRTDMRTD测量），则 MRTD的测量过程较为耗时。

当需要数⼗种空间频率时，单旋转四杆靶标组的成本较⾼。
双旋转四杆靶标可缩短测量时间：⽆需旋转单旋转靶标。
多尺⼨四杆靶标不仅能进⼀步缩短测量时间，还可增加固定在典型旋转轮上的四杆靶标空间频率数量，同时降低测量 MRTD所需的四杆靶标成本。

然⽽，在 MRTD测量中使⽤多尺⼨四杆靶标存在⻛险，原因有⼆。

⾸先， MRTD是⼀个主观参数，其确定依赖于⼈类判断观察者能分辨四杆靶标条纹时所需的温差。当测试系统在均匀背景上投射单个四杆靶标图像时，测得的 MRTD可能昀佳（即 MRTD值昀低）。相同空间频率但不同朝向的两个四杆图案间的⼲扰昀⼩，⽽不同空间频率（尺⼨）的多个四杆图案间可能产⽣强烈⼲扰。这意味着与单⼀四杆图案在均匀背景下的情况相⽐，存在⼀系列不同空间频率（尺⼨）的四杆图案会分散观察者注意⼒并改变测量结果。

其次，被测热像仪的分辨率在其FOV中⼼区域昀佳。因此，当多尺⼨四杆靶标的图案远离中⼼位置时， MRTD测量结果与同⼀四杆图案位于视场中⼼时的情况存在差异，可能会受到影响。
这些是⾮常显著的缺点，因此通常仅推荐使⽤典型多尺⼨四杆靶标进⾏热像仪分辨率的快速初步评估。它们不适⽤于精确的MRTD测量。

然⽽，此规则存在⼀个特例：倾斜多尺⼨双取向四杆靶标（⻅表 2e）。靶标板上仍存在多个双取向四杆图案，但这些图案呈倾斜排列。由于转轮旋转，只有进⾏MRTD测量的活动图案保持⾮倾斜状态并位于成像仪FOV中⼼。⼈眼对倾斜图像极为敏感，⼤脑能更轻松地集中分析⾮倾斜四杆图案的图像。该解决⽅案具有以下系列优势：

被测活动图案⼤致位于被测成像仪FOV的中⼼，

FOV测量速度⾼，因为垂直和⽔平⽅向的图案同时可⻅（可同步测量垂直FOV和⽔平FOV），

 旋转轮上插⼊的靶标中包含更多数量的四杆分辨率图案，因为单个靶标平⾯上可布置多个四杆图案。

因此 Inframet Inframet采⽤这种特殊的多尺⼨四杆靶标进⾏MRTD MRTD 测量。但需注意，倾斜多尺⼨双取向四杆靶标仅适⽤于当四杆图案远⼩于靶板总⾯积的情况。实际上，这⼀特性限制了其在空间频率超⾼频场景中的应⽤。

8 边缘靶标

边缘靶标通常采用金属板材制成，带有单一半月形或半方形孔洞。后者形状的优势在于边缘两侧可分析区域更大。

这些靶标用于测量热像仪的调制传递函数(MTF)，以模拟温度的阶跃变化。Inframet 提供的边缘靶标局部直线度偏差低于 2μm，与采用激光切割技术从薄金属板制成的典型边缘靶标形成鲜明对比，后者偏差可能高达 10μ ，这种不完美的边缘形状会影响测量结果。

边缘靶标通常以所谓的斜边靶标形式提供，这意味着边缘线相对于垂直 水平面略微旋转约5°角度。这种倾斜设计是为了在 MTF 计算过程中实现边缘图像的亚像素级采样。

9 点十字靶标

点十字靶标在固定于准直仪焦平面后，用于生成已知角度大小的图像。被测成像仪生成的这些靶标图像通过软件分析，可测量 FOV和畸变。

10 瞄准十字靶标

十字瞄准靶标用于为被测热像仪显示应通过该成像器瞄准标志指示的瞄准点。十字靶标图案通过切割四条条形及中心圆点制成，如表1所示。十字瞄准靶标提供多种不同尺寸可选。

11 IR USAF1951 靶标

IR USAF1951 靶标(见表1)是广为人知的 IRUSAF1951 分辨率靶标的变体。后者通常采用光刻技术在玻璃基板的铬涂层上印制不透光三线组图案阵列的方式制造。IR USAF1951靶标通过在金属薄板上切割孔洞制成。由于这种差异，典型的 USAF1951靶标仅能为工作在玻璃透射波段(可见光、近红外、部分SWIR及部分 UV)的成像仪生成图像，而IR USAF1951 靶标则可为覆盖包括热像仪光谱波段(MWIR-LWIR)在内的任何光学谱段的成像仪生成图像。IR USAF1951 靶标因其测量时间短，是快速评估图像质量和初步测量热像仪分辨率的理想工具。但基于第7节所述原因(可将其视为多尺寸双旋转三杆靶标)，不建议将其用于MRTD的精确测量。生产两种类型的IR USAF1951 靶标:

12 红外靶标的角度参数红外靶标通常用作图像投影仪的模块组件。

它们位于准直器焦平面上，并与紧贴靶标后方放置的面源黑体相结合，可在热光谱波段(MWIR-LWIR)生成所需形状的参考目标图像。投影图像的角特性不仅取决于红外靶标上孔洞的线性尺寸，还与准直器焦距相关。因此同一红外靶标可生成一系列具有不同角特性的参考图像。采用三个角参数来表征投影图像的角特性:空间频率、角尺寸以及更少见的反角尺寸。空间频率是用于表征周期性靶标(如四杆靶标或三杆靶标，即 IRUSAF1951 靶标)的参数。该参数表示周期性函数(正弦或矩形波)每单位角度内重复出现的频次。

在测量TOD或MDTD时，等效靶标角尺寸或等效逆角尺寸常用于表征三角形 针孔靶标的角特性。这些参数表示与不同形状靶标面积相等的等效正方形的角参数。但本文件所述为实际靶标的真实角特性。

13 典型红外靶标的尺寸规格

本节介绍由lInframet制造的典型红外靶标的基本技术规格。红外靶标板上的图案可在以下面积的金属薄板上制作。

 直径 42mm 的圆形或方形 42x42 mm(针对发射面 50x50 mm 的TCB-2D 黑体优化方案)

 直径70mm的圆形或方形70x70mm(针对发射面100x100mn的TCB-4D黑体优化方案)

直径 105mm 的圆形或方形 110x110 mm(针对发射面 150x150mm 的TCB-6D黑体优化方案)。