一種基于紅外成像系統(tǒng)的溫度測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及溫度測量領(lǐng)域，具體屬于一種基于紅外成像系統(tǒng)的溫度測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 非制冷紅外成像系統(tǒng)體積小、質(zhì)量輕、功耗低，極具市場競爭力。在軍事應(yīng)用領(lǐng)域， 非制冷紅外成像系統(tǒng)特別適合低成本的輕武器使用；而在民用方面，非制冷紅外成像系統(tǒng) 在非接觸溫度測量、安防監(jiān)控、輔助駕駛等方面具有廣闊的市場應(yīng)用前景。
[0003] 隨著工農(nóng)業(yè)、國防事業(yè)、醫(yī)學(xué)等的發(fā)展，在許多場合，溫度測量逐步上升為主要矛 盾，例如在不停機(jī)的情況下對機(jī)械設(shè)備、電力設(shè)備、生產(chǎn)設(shè)備等進(jìn)行溫度測量；火箭、飛機(jī)尾 焰溫度測量；光纖拉制和玻璃板彎曲溫度測量等，送是傳統(tǒng)常規(guī)測溫方法不能解決的測溫 難題。在送種情況下，利用非接觸、無損測量的紅外測溫技術(shù)可快速對物體溫度進(jìn)行測量。 非接觸紅外測溫具有如下優(yōu)點(diǎn)；測量不干擾被測溫場，不影響溫場分布，從而具有較高的測 量準(zhǔn)確度；測溫范圍寬，在理論上無測量上限，可W測量相當(dāng)高的溫度；探測器的響應(yīng)時(shí)間 短，反應(yīng)速度快，易于快速與動態(tài)測量；不必接觸被測物體，操作方便；可W確定微小目標(biāo) 的溫度。目前，紅外測溫技術(shù)由于自身的優(yōu)點(diǎn)W及解決了許多傳統(tǒng)測溫方法不能解決的難 題得到了快速的發(fā)展W及廣泛的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對W上現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于紅外成像系統(tǒng)的溫度 測量方法。
[0005] 本發(fā)明采用如下技術(shù)方案；一種基于紅外成像系統(tǒng)的溫度測量方法，其中，包括下 述步驟：
[000引步驟一；劃分溫度區(qū)間 [0007] 劃分η個(gè)溫度標(biāo)定區(qū)間；
[000引步驟二；標(biāo)定
[0009] 在溫度標(biāo)定區(qū)間的每個(gè)溫度范圍內(nèi)，將紅外成像器黑體中保溫，然后記錄溫度及 紅外成像器輸出，對每個(gè)溫度區(qū)間進(jìn)行參數(shù)擬合，得到每個(gè)焦平面溫度值（Τι，Τ2, ···!；）的溫 度參數(shù)（Ai, Αζ,…Am, Bi, Βζ,…Bm, Cl,〔2,…Cm);
[0010] 步驟立；探測
[0011] 用紅外成像器進(jìn)行探測間，讀取實(shí)時(shí)溫度值Τ，同時(shí)讀取圖像的均值，根據(jù)生成溫 度定標(biāo)數(shù)據(jù)時(shí)記錄的每個(gè)溫度段對應(yīng)的焦平面溫度進(jìn)行查詢，尋找此時(shí)焦平面溫度所在的 溫度段區(qū)間，使其滿足Tk《Τ《Tw，由此得到對溫度進(jìn)行插值所需的比例系數(shù)q，如式（1) 所示：
[0012]
：(1)
[0013] 利用讀取的圖像均值，根據(jù)溫度Tk、Tw下的溫度標(biāo)定區(qū)間，計(jì)算得到此圖像均值 分別對應(yīng)的溫度L、Tb，用式（1)所得的比例系數(shù)對溫度L、Tb進(jìn)行插值就得到所測物體的 溫度值，如式（2)所示：
[0014] T = V(Tb-Tj Xq 似。
[0015] 如上所述的一種基于紅外成像系統(tǒng)的溫度測量方法，其中，所述的步驟一中的保 溫持續(xù)為1小時(shí)。
[0016] 本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：利用溫度定標(biāo)參數(shù)根據(jù)焦平面溫度動態(tài)插值的方法，可W 使測溫系統(tǒng)適應(yīng)環(huán)境溫度的變化，并且紅外成像系統(tǒng)不受大霧等天氣的影響，極大的提高 了測溫系統(tǒng)的適應(yīng)性；溫度定標(biāo)參數(shù)一經(jīng)標(biāo)定，可W長期使用而不需要再重復(fù)標(biāo)定，實(shí)現(xiàn)了 巧IJ溫系統(tǒng)"免維護(hù)"的需求，節(jié)省了各種成本桐時(shí)，溫度定標(biāo)的套數(shù)W及每套之間的溫度間 隔可W根據(jù)實(shí)際應(yīng)用調(diào)整，具有很強(qiáng)的靈活性。
【附圖說明】
[0017] 圖1是本發(fā)明溫度定標(biāo)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 一種基于紅外成像系統(tǒng)的溫度測量方法，包括下述步驟：
[0019] 步驟一；劃分溫度區(qū)間
[0020] 根據(jù)非制冷紅外成像器的工作溫度范圍由低溫至高溫劃分η個(gè)溫度標(biāo)定區(qū)間，劃 分溫度標(biāo)定區(qū)間的個(gè)數(shù)和相互之間的溫度間隔可W根據(jù)所需的工作溫度范圍W及測溫精 度靈活設(shè)置。
[00川步驟二：標(biāo)定
[0022] 根據(jù)測溫要求選擇合適的黑體，將紅外成像器W及黑體在所劃分溫度標(biāo)定區(qū)間對 應(yīng)的環(huán)境中保溫約1小時(shí)，為探測器提供不同溫度的場景福射，通過測溫芯片讀出此時(shí)焦 平面的溫度值并記錄；改變黑體的溫度，并讀取相應(yīng)的灰度值，最后對黑體的溫度和均值進(jìn) 行二次擬合，W獲得均值和溫度之間的關(guān)系。送樣得到η個(gè)溫度標(biāo)定區(qū)間即不同焦平面溫 度下黑體溫度與黑體圖像均值之間的二次擬合系數(shù)（Ai，Αζ，'"Am，Bi，Βζ，…Bm，Cl, C2,…Cm)和 對應(yīng)的η個(gè)焦平面溫度值燈1，Τ2,…Τ。)。
[0023] 步驟Η ;探測
[0024] 用紅外探測器進(jìn)行探測間，通過測溫芯片讀取焦平面的實(shí)時(shí)溫度值Τ，同時(shí)讀取圖 像的均值，根據(jù)生成溫度定標(biāo)數(shù)據(jù)時(shí)記錄的每個(gè)溫度段對應(yīng)的焦平面溫度進(jìn)行查詢，尋找 此時(shí)焦平面溫度所在的溫度段區(qū)間，使其滿足Tk《Τ《Tw，由此得到對溫度進(jìn)行插值所需 的比例系數(shù)q，如式（1)所示：
[0025]
(1)
[0026] 利用讀取的圖像均值，根據(jù)溫度Tk、Tw下的溫度標(biāo)定區(qū)間，計(jì)算得到此圖像均值 分別對應(yīng)的溫度L、Tb，用式（1)所得的比例系數(shù)對溫度L、Tb進(jìn)行插值就得到所測物體的 溫度值，如式（2)所示：
[0027] Τ = Ta+OV-Ta) Xq 似
[002引下面給出一個(gè)具體的例子：
[0029] 本例使用單FPGA搭載NI0SII軟核的數(shù)字處理平臺實(shí)現(xiàn)，焦平面測溫芯片采用IIC 總線將采樣得到的AD值傳給NI0S核，NI0S核再通過GPI0 口讀取該AD值，AD值與焦平面 溫度的轉(zhuǎn)換關(guān)系如式（4)所示：
[0030] T = (0. 5435 - AD/16000) /0. 00645 (4)
[0031] 插值比例系數(shù)k和溫度值由NI0S核計(jì)算。
[0032] (1)該實(shí)例中探測器要求的工作溫度范圍為-12°C~4(TC，將探測器溫度定標(biāo)表 從-12°C到4(TC每4°C等間隔劃分成14個(gè)溫度段。
[0033] (2)將探測器和黑體放在溫箱中，根據(jù)每個(gè)溫度段對應(yīng)的工作溫度將探測器在溫 箱中保溫一個(gè)小時(shí)，讀取此時(shí)焦平面的溫度值，打開黑體，在黑體允許的溫度下，每隔4°改 變黑體的溫度，記錄相應(yīng)的圖像均值，利用二次多項(xiàng)式擬合黑體溫度與圖像均值得到定標(biāo) 參數(shù)即擬合系數(shù)，保存14個(gè)溫度標(biāo)定區(qū)間和每個(gè)參數(shù)生成時(shí)的焦平面溫度。
[0034] (3)在頓消隱期間讀取焦平面的溫度值，在記錄的14個(gè)不同溫度段焦平面溫度列 表中進(jìn)行查詢，找到實(shí)時(shí)的焦平面溫度所處的區(qū)間，根據(jù)式（2)進(jìn)行溫度計(jì)算，然后根據(jù)式 (1)進(jìn)行插值，得到測量目標(biāo)的溫度，并通過上位機(jī)進(jìn)行顯示。
[0035] 紅外測溫技術(shù)同傳統(tǒng)的測溫方法相比，能解決許多傳統(tǒng)測溫方法難W解決的難 題，體積小，結(jié)構(gòu)簡單，通過單FPGA搭載NI0SII軟核的方式可W實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)溫度測量。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于紅外成像系統(tǒng)的溫度測量方法，其特征在于，包括下述步驟： 步驟一：劃分溫度區(qū)間 劃分η個(gè)溫度標(biāo)定區(qū)間； 步驟二：標(biāo)定 在溫度標(biāo)定區(qū)間的每個(gè)溫度范圍內(nèi)，將紅外成像器黑體中保溫，然后記錄溫度及紅外 成像器輸出，對每個(gè)溫度區(qū)間進(jìn)行參數(shù)擬合，得到每個(gè)焦平面溫度值（H，"·Τη)的溫度參 數(shù) ％，Α2,…A"，Bn Β2,…B"，Q，C2,…CJ ; 步驟三：探測 用紅外成像器進(jìn)行探測間，讀取實(shí)時(shí)溫度值T，同時(shí)讀取圖像的均值，根據(jù)生成溫度定 標(biāo)數(shù)據(jù)時(shí)記錄的每個(gè)溫度段對應(yīng)的焦平面溫度進(jìn)行查詢，尋找此時(shí)焦平面溫度所在的溫度 段區(qū)間，使其滿足Tk彡Τ彡T k+1，由此得到對溫度進(jìn)行插值所需的比例系數(shù)q，如式（1)所 示：利用讀取的圖像均值，根據(jù)溫度Tk、Tk+1下的溫度標(biāo)定區(qū)間，計(jì)算得到此圖像均值分別 對應(yīng)的溫度Ta、Tb，用式（1)所得的比例系數(shù)對溫度Ta、T b進(jìn)行插值就得到所測物體的溫度 值，如式⑵所示： T = Ta+(Tb-Ta)Xq (2)。2. 如權(quán)利要求1所述的一種基于紅外成像系統(tǒng)的溫度測量方法，其特征在于：所述的 步驟一中的保溫持續(xù)為1小時(shí)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及溫度測量領(lǐng)域，具體屬于一種基于紅外成像系統(tǒng)的溫度測量方法。它包括：步驟一：劃分溫度區(qū)間劃分n個(gè)溫度標(biāo)定區(qū)間；步驟二：標(biāo)定得到每個(gè)焦平面溫度值的溫度參數(shù)；步驟三：探測，先計(jì)算比例系數(shù)q，然后計(jì)算溫度值T。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：利用溫度定標(biāo)參數(shù)根據(jù)焦平面溫度動態(tài)插值的方法，可以使測溫系統(tǒng)適應(yīng)環(huán)境溫度的變化，并且紅外成像系統(tǒng)不受大霧等天氣的影響，極大的提高了測溫系統(tǒng)的適應(yīng)性；溫度定標(biāo)參數(shù)一經(jīng)標(biāo)定，可以長期使用而不需要再重復(fù)標(biāo)定，實(shí)現(xiàn)了測溫系統(tǒng)“免維護(hù)”的需求，節(jié)省了各種成本；同時(shí)，溫度定標(biāo)的套數(shù)以及每套之間的溫度間隔可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用調(diào)整，具有很強(qiáng)的靈活性。
【IPC分類】G01J5/00
【公開號】CN105628208
【申請?zhí)枴緾N201410605765
【發(fā)明人】師夢夢, 馬群, 孫琳
【申請人】天津津航技術(shù)物理研究所
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2014年10月31日