近年来,从军用领域到民用领域,红外热成像系统的应用越来越广泛,可适应强辐射干扰场景的大动态范围热成像已成为国内外发展的重要方向。红外相机的技术指标直接影响红外热成像系统的应用性能,而动态范围是评价红外相机性能的一项重要准则。大动态范围测试技术与传统测试技术的不同之处在于采用宽温度范围的辐射源、硬件装置对辐射能量传输的影响较大、测试效率较低等。本文主要针对红外相机大动态范围的测试需求,提出了新的测试方法,建立了测试装置空间分布模型,并研究了黑体均匀性、稳定度差对测试结果的影响,在此基础上重新设计并搭建了高精度、高效率的大动态范围测试系统,得到了满意的测试结果。首先,根据红外相机测温原理,建立了能量信号转换模型,从数学模型出发对影响测温的因素进行了深入分析,同时对红外相机的噪声进行了分析和归类,分析了影响测温精度的主要噪声源,得出光子散粒噪声在时间域、空间域均服从泊松分布的结论。第二,从测试原理出发建立了测试误差树,分析了测试系统主要误差源,针对大动态范围测试中时域噪声测试效率低、国产黑体稳定度达不到要求等问题,提出光子转移曲线与帧相减结合的测试方法,通过剔除不合格的像元,可在每个测温点用两帧图像完成此点噪声的计算,在保证测试精度的同时有效提高了测试效率,并节省了内存空间。第三,为了保证测试装置提供给待测红外相机焦平面的辐射均匀、稳定、准确,根据经典几何光学和辐射传输理论,建立了测试装置各组件空间分布关系模型,得出各组件间相对位置和口径的定量约束关系,为系统的硬件架构建立提供理论依据。第四,利用光子转移曲线与帧相减结合的方法测得的噪声结果中,含有黑体均匀性差对测试的影响,根据黑体均匀性分布函数,建立了数学模型,对模型进行仿真分析,量化黑体均匀性差对测试精度的影响误差,进一步提高测试精度。第五,基于测试装置空间分布模型和优化方法等完成了测试系统软硬件设计、硬件平台的搭建、软件程序的编写。最后进行了实验验证,证明本测试系统精度与传统方法相比提高了3.22%,噪声测试效率提高了12.2%。证明了本文所建模型和所用方法的正确性和可行性。