本發(fā)明涉及輻射測(cè)溫裝置領(lǐng)域，具體而言，涉及一種瞬態(tài)溫度場(chǎng)測(cè)量方法及裝置。

背景技術(shù)：

在沖擊波物理研究中，瞬態(tài)溫度場(chǎng)分布測(cè)量方法及系統(tǒng)可用于研究材料沖擊溫度分布；發(fā)現(xiàn)局部熱點(diǎn)、局部熔化等現(xiàn)象；驗(yàn)證均勻溫度分布假設(shè)，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等。在慣性約束聚變研究中，瞬態(tài)溫度場(chǎng)的分布也極其重要。目前，對(duì)溫度場(chǎng)測(cè)量，通過測(cè)量等離子體不同位置的光譜分布來推導(dǎo)出溫度分布，但是這種方法只能得出靜態(tài)的測(cè)量結(jié)果；另外還有通過平面激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)進(jìn)行測(cè)量，但是這種方法必須注入或選定一種特定的粒子作為檢測(cè)對(duì)象，并不具有普遍性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種瞬態(tài)溫度場(chǎng)測(cè)量方法及裝置，以改善上述問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)施例采用的技術(shù)方案如下：

第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種瞬態(tài)溫度場(chǎng)的測(cè)量方法，包括分光耦合成像系統(tǒng)、相機(jī)系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，所述方法包括：所述分光耦合成像系統(tǒng)接收所述目標(biāo)發(fā)出的輻射光，分割為多個(gè)預(yù)設(shè)波長(zhǎng)范圍的光束，并將所述多個(gè)預(yù)設(shè)波長(zhǎng)范圍的光束耦合至所述相機(jī)系統(tǒng)，所述多個(gè)預(yù)設(shè)波長(zhǎng)范圍各不相同。所述相機(jī)系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)曝光時(shí)間控制所述多個(gè)預(yù)設(shè)波長(zhǎng)范圍的光束的曝光時(shí)間，并將所述多個(gè)預(yù)設(shè)波長(zhǎng)范圍的光束轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像輸出至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)接收到的所述數(shù)字圖像得到所述多個(gè)預(yù)設(shè)波長(zhǎng)范圍的瞬態(tài)灰度圖像以及所述瞬態(tài)灰度圖像的灰度分布情況，根據(jù)所述瞬態(tài)灰度圖像的灰度分布情況，基于標(biāo)定試驗(yàn)獲得每個(gè)像素在所述多個(gè)預(yù)設(shè)波長(zhǎng)范圍下的能量響應(yīng)線性常數(shù)，再灰度值，并根據(jù)所述能量響應(yīng)線性常數(shù)以及灰度值計(jì)算所述每個(gè)像素的溫度值，從而獲得瞬態(tài)溫度場(chǎng)分布情況。

第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種瞬態(tài)溫度場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)，包括分光耦合成像系統(tǒng)、相機(jī)系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。所述分光耦合成像系統(tǒng)接收所述目標(biāo)發(fā)出的輻射光，將其分割為多個(gè)預(yù)設(shè)波長(zhǎng)范圍的光束，并將所述多個(gè)預(yù)設(shè)波長(zhǎng)范圍的光束耦合至所述相機(jī)系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)預(yù)設(shè)波長(zhǎng)范圍各不相同。所述相機(jī)系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)曝光時(shí)間控制所述多個(gè)預(yù)設(shè)波長(zhǎng)范圍的光束的曝光時(shí)間，并將所述多個(gè)預(yù)設(shè)波長(zhǎng)范圍的光束轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像輸出至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)接收到的所述數(shù)字圖像得到所述多個(gè)預(yù)設(shè)波長(zhǎng)范圍的瞬態(tài)灰度圖像以及所述瞬態(tài)灰度圖像的灰度分布情況，根據(jù)所述瞬態(tài)灰度圖像的灰度分布情況，根據(jù)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)獲得每個(gè)像素分別在所述多個(gè)預(yù)設(shè)波長(zhǎng)范圍下的能量響應(yīng)線性常數(shù)，再獲取灰度值，并根據(jù)所述能量響應(yīng)線性常數(shù)以及灰度值計(jì)算所述每個(gè)像素的溫度值，從而獲得瞬態(tài)溫度場(chǎng)分布情況。

本發(fā)明實(shí)施例的有益效果是：

本發(fā)明實(shí)施例提供的瞬態(tài)溫度場(chǎng)測(cè)量方法及系統(tǒng)，通過分光耦合成像系統(tǒng)將目標(biāo)的輻射光分為多個(gè)預(yù)定范圍的波長(zhǎng)的光束，并通過具有納秒級(jí)門控以及高空間分辨圖像點(diǎn)陣的相機(jī)系統(tǒng)，測(cè)得瞬態(tài)溫度場(chǎng)的溫度分布。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。通過附圖所示，本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢(shì)將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按實(shí)際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點(diǎn)在于示出本發(fā)明的主旨。

圖1示出了本發(fā)明第一實(shí)施例提供的瞬態(tài)溫度場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2示出了本發(fā)明第一實(shí)施例提供的分光耦合成像系統(tǒng)的一種具體實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3示出了本發(fā)明第一實(shí)施例提供的像素點(diǎn)陣分布結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4示出了本發(fā)明第二實(shí)施例提供的瞬態(tài)溫度場(chǎng)測(cè)量方法的步驟流程圖。

圖標(biāo)：100-瞬態(tài)溫度場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)；101-目標(biāo)；211-第一分光鏡；213-第一全反射鏡；215-第一濾光器；217-第一耦合鏡頭；221-第二分光鏡；223-第二全反射鏡；225-第二濾光器；227-第二耦合鏡頭；231-第三分光鏡；233-第三全反射鏡；235-第三濾光器；237-第三耦合鏡頭；245-第四濾光器；247-第四耦合鏡頭；250-成像鏡頭；261-第六分光鏡；263-第六全反射鏡；265-第六濾光器；267-第六耦合鏡頭；271-第七分光鏡；273-第七全反射鏡；275-第七濾光器；277-第七耦合鏡頭；283-第八全反射鏡；285-第八濾光器；287-第八耦合鏡頭；310-像增強(qiáng)器；320-CCD相機(jī)；400-計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發(fā)明實(shí)施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設(shè)計(jì)。

因此，以下對(duì)在附圖中提供的本發(fā)明的實(shí)施例的詳細(xì)描述并非旨在限制要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

應(yīng)注意到：相似的標(biāo)號(hào)和字母在下面的附圖中表示類似項(xiàng)，因此，一旦某一項(xiàng)在一個(gè)附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步定義和解釋。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等僅用于區(qū)分描述，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。

在本發(fā)明的描述中，還需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“設(shè)置”、“耦合”應(yīng)做廣義理解，例如，“耦合”可以是直接光耦合，也可以通過中間媒介間接光耦合。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

在沖擊加載、慣性約束巨變等極端條件下，待測(cè)物質(zhì)的溫度高達(dá)至幾千k甚至幾萬k，但是卻只持續(xù)幾納秒或幾微妙。

在沖擊波物理研究中，瞬態(tài)溫度二維分布的測(cè)量可用于研究材料沖擊溫度分布，發(fā)現(xiàn)局部熱點(diǎn)、局部熔化等現(xiàn)象，驗(yàn)證均勻溫度分布假設(shè)，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)等；在慣性約束巨變的研究中，瞬態(tài)溫度的二維分布也顯得極為重要；此外瞬態(tài)溫度的二維分布還可用于等離子溫度的分布測(cè)量以及航空航天工業(yè)領(lǐng)域中火焰溫度的分布測(cè)量及材料鈦火溫度分布的測(cè)量等。

但是在實(shí)際應(yīng)用中，一般通過多波長(zhǎng)瞬態(tài)光學(xué)高溫計(jì)或者紅外熱像儀來測(cè)得溫度場(chǎng)，多波長(zhǎng)瞬態(tài)光學(xué)高溫計(jì)只能用于測(cè)量單點(diǎn)溫度，而紅外熱像儀存在時(shí)間分辨率過低的缺點(diǎn)。

有鑒于與此，發(fā)明人經(jīng)長(zhǎng)期的探究與實(shí)驗(yàn)，得出本發(fā)明實(shí)施例提供的瞬態(tài)溫度場(chǎng)測(cè)量方法及系統(tǒng)。

第一實(shí)施例

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種瞬態(tài)溫度場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)100，用于對(duì)目標(biāo)101進(jìn)行瞬態(tài)輻射測(cè)溫。所述瞬態(tài)溫度場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)100包括分光耦合成像系統(tǒng)、相機(jī)系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)400。

其中，所述分光耦合成像系統(tǒng)用于接收目標(biāo)101發(fā)出的輻射光，將其分割為多個(gè)預(yù)設(shè)波長(zhǎng)范圍的光束，并將所述多個(gè)預(yù)設(shè)波長(zhǎng)范圍的光束耦合至所述相機(jī)系統(tǒng)。

具體地，作為一種實(shí)施方式，分光耦合成像系統(tǒng)包括第一分光鏡211、第一全反射鏡213、第一濾光器215、第一耦合鏡頭217；第二分光鏡221、第二全反射鏡223、第二濾光器225、第二耦合鏡頭227；第三分光鏡231、第三全反射鏡233、第三濾光器235、第三耦合鏡頭237；第四濾光器245、第四耦合鏡頭247以及成像鏡頭250。

目標(biāo)101發(fā)出的輻射光經(jīng)所述成像鏡頭250后，經(jīng)所述第一分光鏡211反射，一部分所述輻射光入射至所述第二分光鏡221，經(jīng)第二分光鏡221反射后，一部分經(jīng)所述第二分光鏡221反射的所述輻射光入射至所述第一濾光器215，經(jīng)第一濾光器215處理為第一預(yù)設(shè)波長(zhǎng)范圍的光束，通過第一耦合鏡頭217會(huì)聚到所述相機(jī)系統(tǒng)；另一部分經(jīng)所述第二分光鏡221反射的所述輻射光經(jīng)所述第二全反射鏡223反射后，入射至所述第二濾光器225，經(jīng)第二濾光器225處理為第二預(yù)設(shè)波長(zhǎng)范圍的光束，通過第二耦合鏡頭227會(huì)聚到所述相機(jī)系統(tǒng)；另一部分所述輻射光經(jīng)所述第一全反射鏡213反射后，入射至所述第三分光鏡231，經(jīng)所述第三分光鏡231反射的所述輻射光，一部分經(jīng)第三分光鏡231反射的所述輻射光經(jīng)所述第三全反射鏡233反射至所述第三濾光器235，經(jīng)第三濾光器235處理為第三預(yù)設(shè)波長(zhǎng)范圍的光束，通過第三耦合鏡頭237會(huì)聚到所述相機(jī)系統(tǒng)，另一部分經(jīng)所述第三分光鏡231反射的所述輻射光入射至所述第四濾光器245，經(jīng)第四濾光器245處理為第四預(yù)設(shè)波長(zhǎng)范圍的光束，通過第四耦合鏡頭247會(huì)聚到所述相機(jī)系統(tǒng)。

其中，第一預(yù)設(shè)波長(zhǎng)范圍由第一濾光器215的工作波段決定，第二預(yù)設(shè)波長(zhǎng)范圍由第二濾光器225的工作波段決定，第三預(yù)設(shè)波長(zhǎng)范圍由第三濾光器235決定，第四預(yù)設(shè)波長(zhǎng)范圍由第四濾光器245決定。且第一預(yù)設(shè)波長(zhǎng)范圍、第二預(yù)設(shè)波長(zhǎng)范圍第三預(yù)設(shè)波長(zhǎng)范圍以及第四預(yù)設(shè)波長(zhǎng)范圍不盡相同。

當(dāng)然，在其他應(yīng)用本方案的實(shí)施例中，可根據(jù)實(shí)際的需要和系統(tǒng)配置選擇具體的波長(zhǎng)的數(shù)量。例如，將目標(biāo)101的輻射光分為經(jīng)分光耦合成像系統(tǒng)處理后分為三路光束。

具體地，在這種實(shí)施方式中，請(qǐng)參見圖2，分光耦合成像系統(tǒng)包括第六分光鏡261、第六全反射鏡263、第六濾光器265、第六耦合鏡頭267；第七分光鏡271、第七全反射鏡273、第七濾光器275、第七耦合鏡頭277；第八全反射鏡283、第八濾光器285、第八耦合鏡頭287。

目標(biāo)101發(fā)出的輻射光經(jīng)所述成像鏡頭250后，經(jīng)所述第六分光鏡261反射，一部分所述輻射光入射至所述第六全反射鏡263，經(jīng)第六全反射鏡263反射后，入射至所述第六濾光器265，經(jīng)第六濾光器265處理為第六預(yù)設(shè)波長(zhǎng)范圍的光束，通過第六耦合鏡頭267會(huì)聚到所述相機(jī)系統(tǒng)；另一部分所述輻射光經(jīng)所述第七全反射鏡273反射后，入射至所述第七分光鏡271，經(jīng)所述第七分光鏡271反射的所述輻射光，一部分經(jīng)第七分光鏡271反射的所述輻射光經(jīng)所述第八全反射鏡283反射至所述第八濾光器285，經(jīng)第八濾光器285處理為第八預(yù)設(shè)波長(zhǎng)范圍的光束，通過第八耦合鏡頭287會(huì)聚到所述相機(jī)系統(tǒng)，另一部分經(jīng)所述第七分光鏡271反射的所述輻射光入射至所述第七濾光器275，經(jīng)第七濾光器275處理為第七預(yù)設(shè)波長(zhǎng)范圍的光束，通過第七耦合鏡頭277會(huì)聚到所述相機(jī)系統(tǒng)。

進(jìn)一步地，濾光器可以為濾光片，濾光片上通過鍍有不同的介質(zhì)膜，以實(shí)現(xiàn)分別提取不同中心波長(zhǎng)的光信號(hào)。如果要提取相同中心波長(zhǎng)的光信號(hào)，也可以在不同反射面鍍相同的介質(zhì)膜。進(jìn)一步地，濾光器也可以為氣體或溶液制成的濾光器。優(yōu)選的，本實(shí)施例中，濾光器的光片截止區(qū)應(yīng)覆蓋相機(jī)系統(tǒng)的波長(zhǎng)響應(yīng)范圍，中心波長(zhǎng)按測(cè)溫范圍和相機(jī)系統(tǒng)的波長(zhǎng)響應(yīng)范圍合理確定，通帶寬度在5nm－100nm之間優(yōu)化選擇。

本實(shí)施例中，分光鏡用于將目標(biāo)101發(fā)出的輻射光分為兩束光。透過分光鏡的輻射光與由分光鏡反射的輻射光的能量比由具體使用的分光鏡的透過率與反射率之比決定。例如，分光鏡可以為高阻硅片、半透半反鏡等。優(yōu)選的，透過分光鏡的輻射光與由分光鏡反射的輻射光的能量相等，即分光鏡的透過率與反射率之比優(yōu)選為1:1。

當(dāng)然，在本發(fā)明實(shí)施中，還可以用分幅棱鏡以及反射鏡代替分光鏡。例如，要將目標(biāo)101的輻射光經(jīng)過處理得四輻數(shù)字圖像，需要一塊分幅棱鏡和四塊反射鏡。光線從成像鏡頭250的入射面反射至分輻棱鏡。經(jīng)分幅棱錐的四個(gè)反射面分為四路光線后，分別反射至四個(gè)反射鏡，經(jīng)四個(gè)反射鏡分別反射至四個(gè)濾光器之后，在通過四個(gè)耦合鏡頭耦合至相機(jī)系統(tǒng)。

耦合鏡頭為具有會(huì)聚功能的透鏡。可以為球面透鏡，也可以為非球面透鏡。例如，在本發(fā)明實(shí)施例中，耦合透鏡可以為凸透鏡或具有消色差功能的透鏡組。

在本發(fā)明實(shí)施例中，相機(jī)系統(tǒng)用于根據(jù)預(yù)設(shè)曝光時(shí)間控制所述多個(gè)預(yù)設(shè)波長(zhǎng)范圍的光束的曝光時(shí)間，并將所述多個(gè)預(yù)設(shè)波長(zhǎng)范圍的光束轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像輸出至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)400?？梢詾樵鰪?qiáng)電荷耦合相機(jī)(Intensified Charge-coupled Device，ICCD)，ICCD相機(jī)包括像增強(qiáng)器310以及電荷耦合相機(jī)(Charge-coupled Device，CCD)相機(jī)320。CCD探測(cè)器陣列按工作波段可分為：可見光CCD探測(cè)器陣列、紅外CCD探測(cè)器陣列和紫外CCD探測(cè)器陣列。因此，當(dāng)目標(biāo)101發(fā)出的輻射光的波段范圍是可見-紅外波段范圍內(nèi)時(shí)，本實(shí)施例采用的CCD探測(cè)器陣列包括可見光CCD探測(cè)器陣列和紅外CCD探測(cè)器陣列。例如，可見光CCD探測(cè)器陣列的工作波段可以為400～1000nm，紅外CCD探測(cè)器陣列的工作波段可以為700～1000nm、1000～3000nm等。

進(jìn)一步地，為了提高CCD相機(jī)320采集到的輻射通量，以便于目標(biāo)101的瞬態(tài)溫度的獲取，ICCD相機(jī)還包括像增強(qiáng)器310。所述像增強(qiáng)器310根據(jù)預(yù)設(shè)曝光時(shí)間控制曝光時(shí)間，將所述預(yù)設(shè)波長(zhǎng)范圍的光束增強(qiáng)。

具體地，像增強(qiáng)器310用于將第一耦合鏡頭217輸出的第一預(yù)設(shè)波長(zhǎng)范圍的輻射光、第二耦合鏡頭227輸出的第二預(yù)設(shè)波長(zhǎng)范圍的輻射光、第三耦合鏡頭237輸出的第三預(yù)設(shè)波長(zhǎng)范圍的輻射光以及第四耦合鏡頭247輸出的第四預(yù)設(shè)波長(zhǎng)范圍的輻射光增強(qiáng)后，輸出至CCD相機(jī)。

像增強(qiáng)器310設(shè)置在所述第一耦合鏡頭217與所述CCD相機(jī)320、第二耦合鏡頭227與所述CCD相機(jī)320、第三耦合鏡頭237與所述CCD相機(jī)320以及第四耦合鏡頭247與所述CCD相機(jī)320之間的光傳播路徑中。入射到第一耦合鏡頭217的所述輻射光，經(jīng)第一濾光器215處理為第一預(yù)設(shè)波長(zhǎng)范圍的光束后由第一耦合鏡頭217會(huì)聚到像增強(qiáng)器310，經(jīng)像增強(qiáng)器310放大后入射到CCD相機(jī)320。像增強(qiáng)器310對(duì)其他預(yù)設(shè)波長(zhǎng)范圍的光束的處理與此類似，這里不再一一贅述。

所述CCD相機(jī)320將預(yù)設(shè)波長(zhǎng)范圍的光束轉(zhuǎn)換為電荷，并將所述電荷轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像輸出至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)400。

進(jìn)一步地，相機(jī)系統(tǒng)還可以為光電分幅相機(jī)，用于瞬態(tài)溫度場(chǎng)隨時(shí)間變化的過程測(cè)量，測(cè)量幅數(shù)由光電分幅相機(jī)的幅數(shù)決定。

進(jìn)一步地，相機(jī)系統(tǒng)還可以為高速數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，用于快速過程的溫度場(chǎng)隨時(shí)間變化的過程的連續(xù)測(cè)量，其時(shí)間分辨率和空間分辨率由高速數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的性能決定。

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)400根據(jù)接收到的所述數(shù)字圖像得到所述多個(gè)預(yù)設(shè)波長(zhǎng)范圍的瞬態(tài)灰度圖像以及所述瞬態(tài)灰度圖像的灰度分布情況，根據(jù)所述瞬態(tài)灰度圖像的灰度分布情況，通過標(biāo)定實(shí)驗(yàn)，獲得每個(gè)像素在所述多個(gè)預(yù)設(shè)波長(zhǎng)范圍下的能量響應(yīng)線性常數(shù)，再根據(jù)所述瞬態(tài)灰度圖像獲取灰度值，根據(jù)所述能量響應(yīng)線性常數(shù)以及灰度值計(jì)算所述每個(gè)像素的溫度值，從而獲得瞬態(tài)溫度場(chǎng)分布情況。

具體地，可根據(jù)普朗克算法計(jì)算所述每個(gè)像素的溫度值，其中，普朗克算法為：

可知，j_i(λ_i,T11)＝A_λi11/K_λi11，式中，λ表示波長(zhǎng)，K為能量線性常數(shù)，A表示灰度值，i表示像素位置。

式中λ、K、A、i均為量，帶入公式j(luò)_i(λ_i,T11)＝A_λi11/K_λi11中，即可得知每個(gè)像素的溫度值，從而獲得瞬態(tài)溫度場(chǎng)分布情況。

為了清楚說明以上算法，將舉例說明：

請(qǐng)參見圖3，以每幅像的左上角第一個(gè)像素X11為例，其對(duì)應(yīng)的四個(gè)波長(zhǎng)λ1、λ2、λ3、λ4下,圖像灰度值分別為A_λ111、A_λ211、A_λ311和A_λ411；對(duì)應(yīng)的能量響應(yīng)線性常數(shù)為K_λ111、K_λ211、K_λ311和K_λ411。則X11對(duì)應(yīng)的溫度T11可用A_λ111、A_λ211、A_λ311和A_λ411及K_λ111、K_λ211、K_λ311和K_λ411通過最小二乘法擬合一條普朗克曲線獲得，最終得出j_i(λ_i,T11)＝A_λi11/K_λi11。

本發(fā)明實(shí)施例提供的瞬態(tài)溫度場(chǎng)測(cè)量方法，使用像增強(qiáng)器310控制開門時(shí)刻和門寬可精確同步瞬態(tài)過程并使溫度場(chǎng)的時(shí)間分辨力提高到納秒量級(jí)；此外，通過使用CCD相機(jī)320記錄多幅單色圖像，可獲得溫度場(chǎng)的二維分布，空間分辨力提高到微米量級(jí)。

第二實(shí)施例

請(qǐng)參見圖4，為本發(fā)明實(shí)施例提供的瞬態(tài)溫度場(chǎng)測(cè)量方法的步驟流程圖。應(yīng)用于瞬態(tài)溫度場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)100，所述瞬態(tài)溫度場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)100包括分光耦合成像系統(tǒng)、相機(jī)系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)400。所述方法包括：

步驟S510，所述分光耦合成像系統(tǒng)接收所述目標(biāo)101發(fā)出的輻射光，分割為多個(gè)預(yù)設(shè)波長(zhǎng)范圍的光束，并將所述多個(gè)預(yù)設(shè)波長(zhǎng)范圍的光束耦合至所述相機(jī)系統(tǒng)，所述多個(gè)預(yù)設(shè)波長(zhǎng)范圍各不相同。

作為一種實(shí)施方式，以將目標(biāo)101發(fā)出的輻射光分為四路預(yù)設(shè)波長(zhǎng)范圍的光路為例，對(duì)此步驟進(jìn)行說明。

具體的，分光耦合成像系統(tǒng)包括成像鏡頭250、分光鏡、反射鏡、濾光器，分光鏡包括第一分光鏡211、第二分光鏡221以及第三分光鏡231。全反射鏡包括第一全反射鏡213、第二全反射鏡223以及第三全反射鏡233。濾光器包括第一濾光器215、第二濾光器225、第三濾光器235以及第四濾光器245。

目標(biāo)101發(fā)出的輻射光經(jīng)所述成像鏡頭250經(jīng)所述第一分光鏡211反射后，一部分所述輻射光入射至所述第二分光鏡221，經(jīng)第二分光鏡221反射后，一部分經(jīng)所述第二分光鏡221的所述輻射光入射至所述第一濾光器215，經(jīng)第一濾光器215處理為第一預(yù)設(shè)波長(zhǎng)范圍的光束，會(huì)聚到所述相機(jī)系統(tǒng)，另一部分經(jīng)所述第二分光鏡221反射的所述輻射光經(jīng)所述第二反射鏡反射后，入射至所述第二濾光器225，經(jīng)第二濾光器225處理為第二預(yù)設(shè)波長(zhǎng)范圍的光束，會(huì)聚到所述相機(jī)系統(tǒng)；另一部分所述輻射光經(jīng)所述第一全反射鏡213反射后，入射至所述第三分光鏡231，經(jīng)所述第三分光鏡231反射的所述輻射光，一部分經(jīng)第三分光鏡231反射的所述輻射光經(jīng)所述第三反射鏡反射至所述第三濾光器235，經(jīng)第三濾光器235處理為第三預(yù)設(shè)波長(zhǎng)范圍的光束，會(huì)聚到所述相機(jī)系統(tǒng)，另一部分經(jīng)所述第三分光鏡231反射的所述輻射光入射至所述第四濾光器245，經(jīng)第四濾光器245處理為第四預(yù)設(shè)波長(zhǎng)范圍的光束，會(huì)聚到所述相機(jī)系統(tǒng)；其中，所述第一預(yù)設(shè)波長(zhǎng)范圍的光束、第二預(yù)設(shè)波長(zhǎng)范圍的光束、第三預(yù)設(shè)波長(zhǎng)范圍的光束以及第四預(yù)設(shè)波長(zhǎng)范圍的光束的各不相同。

步驟S520，所述相機(jī)系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)曝光時(shí)間控制所述多個(gè)預(yù)設(shè)波長(zhǎng)范圍的光束的曝光時(shí)間，并將所述多個(gè)預(yù)設(shè)波長(zhǎng)范圍的光束轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像輸出至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)400。

作為一種實(shí)施方式，相機(jī)系統(tǒng)可以為ICCD相機(jī)，包括像增強(qiáng)器310以及CCD相機(jī)320。

所述像增強(qiáng)器310根據(jù)預(yù)設(shè)曝光時(shí)間控制曝光時(shí)間，將所述預(yù)設(shè)波長(zhǎng)范圍的光束增強(qiáng)。

所述CCD相機(jī)320將所述預(yù)設(shè)波長(zhǎng)范圍的光束轉(zhuǎn)換為電荷，并將所述電荷轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像輸出至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)400。

步驟S530，所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)400根據(jù)接收到的所述數(shù)字圖像得到所述多個(gè)預(yù)設(shè)波長(zhǎng)范圍的瞬態(tài)灰度圖像以及所述瞬態(tài)灰度圖像的灰度分布情況，根據(jù)所述瞬態(tài)灰度圖像的灰度分布情況，通過標(biāo)定實(shí)驗(yàn)獲得每個(gè)像素在所述多個(gè)預(yù)設(shè)波長(zhǎng)范圍下的能量響應(yīng)線性常數(shù)，再進(jìn)行一次實(shí)驗(yàn)獲得灰度值，并根據(jù)所述能量響應(yīng)線性常數(shù)以及灰度值計(jì)算所述每個(gè)像素的溫度值，從而獲得瞬態(tài)溫度場(chǎng)分布情況。

其中，普朗克算法為：

可知，j_i(λ_i,T11)＝A_λi11/K_λi11，式中，λ表示波長(zhǎng)，K為能量線性常數(shù)，A表示灰度值，i表示像素位置。

綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例提供的瞬態(tài)溫度場(chǎng)測(cè)量方法及系統(tǒng)，用于測(cè)量瞬態(tài)溫度場(chǎng)的二維溫度分布。

若相機(jī)系統(tǒng)為ICCD相機(jī)，可通過像增強(qiáng)器310的納秒級(jí)門控和CCD相機(jī)320的高空間分辨圖像點(diǎn)陣，獲得瞬態(tài)過程溫度場(chǎng)的多幅單色圖像，克服了多波長(zhǎng)瞬態(tài)光學(xué)高溫計(jì)只能測(cè)量單點(diǎn)溫度的缺點(diǎn)及紅外熱像儀時(shí)間分辨力過低的缺點(diǎn)。像增強(qiáng)器310控制開門時(shí)刻和門寬可精確同步瞬態(tài)過程并使溫度場(chǎng)的時(shí)間分辨力提高到納秒量級(jí)；CCD相機(jī)320可獲得溫度場(chǎng)的二維分布，空間分辨力提高到微米量級(jí)。

若相機(jī)系統(tǒng)為光電分幅相機(jī)，可獲得多個(gè)時(shí)刻的溫度場(chǎng)分布情況，從而獲得瞬態(tài)過程的溫度場(chǎng)變化情況。

若相機(jī)系統(tǒng)為高速數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，可用于快速過程的溫度場(chǎng)隨時(shí)間變化的過程的連續(xù)測(cè)量。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。