一種背景因素對紅外測溫影響的測量方法
2023-06-07 07:58:56
專利名稱：一種背景因素對紅外測溫影響的測量方法
技術領域：
本發明涉及輻射測溫和紅外熱成像測溫方法，尤其是涉及一種背景因素對紅外測 溫影響的測量方法。
背景技術：
自然界一切溫度高於絕對零度的物體都向外發射紅外輻射，紅外測溫就是利用接 收物體發出的輻射能量來測定物體的溫度。以前的資料都是定性的說明外界背景環境對紅 外測溫有影響，因為實際測溫時，物體都處於一定的背景環境下，因此背景引起的輻射進入 紅外測溫儀器後不可避免影響測溫準確性。如果能定量測量出實際測溫時背景對紅外測溫 的影響，就可以進行相應的補償，最終能夠提高測溫的準確性。
發明內容
本發明的目的在於提供一種背景因素對紅外測溫影響的測量方法，任何溫度高於 絕對零度的物體都發出紅外輻射，紅外焦平面陣列接收到紅外輻射後經信號處理，最後合 成「熱圖像」，本發明就是利用熱圖像的灰度變化來定量測量背景對紅外測溫的影響。本發明採用的技術方案是，該測量方法包括a)進行溫度灰度標定實驗，將標定實驗數據以資料庫形式預先存儲於測量背景環 境對紅外測溫影響軟體系統中；b)啟動步驟用以啟動黑體、紅外熱像組件、工控機以及測量軟體系統；c)圖像採集步驟當黑體恆定在某溫度T後，軟體系統通過圖像採集卡採集到黑 體圖像，根據軟體系統顯示熱圖像視頻，調整紅外熱像組件參數，待熱圖像清晰後，以bmp 格式保存熱圖像；d)測量步驟打開所保存的熱圖像，滑鼠左鍵選擇熱圖像中的黑體區域，系統讀 取黑體平均灰度，然後調用資料庫查找T溫度對應的標定灰度，再求平均灰度與標定灰度 之差，差值定量反映了背景環境對紅外測溫影響的大小；e)結束步驟用以停止測量裝置。本發明具有的有益效果是本發明以黑體為被測對象，在實驗室標定環境和現場環境下使用熱像組件分別測 量相同溫度的黑體對應的灰度，由黑體的特殊性，環境溫度對圖像灰度沒有影響，影響因素 僅是黑體所處的背景，因此，只要求得兩種環境中黑體的灰度差，也就定量地得到了背景對 紅外測溫的影響。本發明能定量測量出實際測溫時背景對紅外測溫的影響，這一結果可以被運用到 測溫補償中，最終能夠提高測溫的準確性。
圖1為測量背景對紅外測溫影響的裝置示意圖。
圖2為熱像組件採集到的黑體圖像。其中，1、紅外熱像組件，2、工控機，3、黑體，4、背景區域，5、黑體區域。
具體實施例方式黑體在輻射測溫中具有一定的特殊性，S卩，對於黑體，環境溫度的改變對紅外探測 器輸出信號的影響為0，反映在熱圖像上則圖像灰度沒有變化。證明過程如下
公式(1)是一個紅外測溫系統的基本公式Vs = Κ[ ε f(T0) + (l- ε )f(Tu)]··· (1)式中Vs是紅外探測器輸出的電壓信號，K為常數，ε是物體的發射率，Ttl為物體表 面真實溫度，Tu為當時的環境溫度。若紅外測溫系統在不同的環境溫度T1, T2下進行測溫實驗，其他實驗條件不改變， 則由式⑴可以得到 Vsl = Κ[ ε f (T0) + (l-e)f (T1)]…(2)Vs2 = Κ[ ε f (T0) + (1_ ε ) f (T2) ]... (3)式(3)減去式⑵可得V' = Κ(1- ε ) Lf(T2)^(T1)]- (4)上式表明，特殊情況下例如被測目標就是黑體(ε = 1)，則V' =O0因此，對於黑 體，環境溫度的改變對熱像輸出信號的影響為0，就熱圖像而言，圖像灰度變化為0，即環境 溫度對熱圖像灰度沒有影響，影響因素僅是黑體所處的背景，因此，只要求得兩種環境中黑 體的灰度差，也就定量地得到了背景對紅外測溫的影響。a)在實驗室進行溫度灰度標定實驗，將標定實驗數據以資料庫形式預先存儲於測 量背景環境對紅外測溫影響軟體系統中。所謂標定就是建立灰度和溫度之間一一對應的關 系。具體標定過程為如圖1所示連接各儀器圖像採集卡正確安裝於工控機PCI插槽中， 紅外熱像組件1鏡頭對準黑體3，紅外熱像組件1的輸出信號接到工控機2內採集卡輸入 端，接通電源，啟動黑體3、紅外熱像組件1、工控機2以及測量軟體系統，設定黑體溫度，待 其穩定後，記錄當前溫度灰度數據；重複改變黑體溫度，待其穩定後，記錄下一組溫度灰度 數據。由以上步驟就可以得到溫度灰度標定數據如表1。表1溫度與灰度對應關係實驗數據
溫度 °C41424344454647484950
灰度134136138 140142145147150152154
溫度。C51525354555657585960~
灰度155158161163164168170173175176"
溫度。C61626364656667686970
灰度177179181183186188190192194197標定完畢關閉儀器、切斷電源。以後各步驟均在現場環境下進行。b)啟動步驟如圖1所示連接各儀器並啟動黑體、紅外熱像組件、工控機以及測量 軟體系統；c)圖像採集步驟設置黑體溫度T，約20分鐘熱像組件已預熱完畢，黑體溫度也 達到τ並恆定，軟體系統通過圖像採集卡採集到紅外圖像，它由黑體區域5和背景區域4組成，根據軟體系統顯示的紅外圖像視頻，調整紅外熱像組件參數，待紅外圖像清晰後，以bmp 格式保存紅外圖像(如圖2)；d)測量步驟打開所保存的熱圖像，滑鼠左鍵選擇熱圖像中的黑體區域，選擇某 區域是通過從按下滑鼠左鍵並拖動到滑鼠左鍵彈起的過程中這兩點構成的矩形區域得到 的，本系統將自動畫出矩形來表示區域。系統計算黑體上所選矩形區域的平均灰度H2，然後 從系統資料庫中查找標定時黑體T溫度對應的標定灰度H1,再求平均灰度與標定灰度之差 H1-H2,差值定量反映了背景環境對紅外測溫影響的大小；e)結束步驟用以停止測量裝置，切斷電源。所述黑體的溫度解析度為0. 1 °C，溫度穩定性為士(0. 1 0. 2) V /30min,有效發 射率為 0. 97 士 0. 02。所述紅外熱像組件的輸出為PAL制式視頻信號，場頻為50HZ。所述圖像採集卡位深為8bit，輸入為PAL制式視頻信號，採集速度為25幀/秒。所述黑體的溫度解析度為0. 1°C，溫度穩定性為士(0. 1 0. 2) 0C /30min，有效發射率為 0. 97 士 0. 02。
權利要求
一種背景因素對紅外測溫影響的測量方法，其特徵是該測量方法包括a)進行溫度灰度標定實驗，將標定實驗數據以資料庫形式預先存儲於測量背景環境對紅外測溫影響軟體系統中；b)啟動步驟用以啟動黑體、紅外熱像組件、工控機以及測量軟體系統；c)圖像採集步驟當黑體恆定在某溫度T後，軟體系統通過圖像採集卡採集到黑體圖像，根據軟體系統顯示熱圖像視頻，調整紅外熱像組件參數，待熱圖像清晰後，以bmp格式保存熱圖像；d)測量步驟打開所保存的熱圖像，滑鼠左鍵選擇熱圖像中的黑體區域，系統讀取黑體平均灰度，然後調用資料庫查找T溫度對應的標定灰度，再求平均灰度與標定灰度之差，差值定量反映了背景環境對紅外測溫影響的大小；e)結束步驟用以停止測量裝置。
2.根據權利要求1所述的一種背景因素對紅外測溫影響的測量方法，其特徵是所 述黑體的溫度解析度為0. 1°C，溫度穩定性為士(0. 1 0. 2) V /30min,有效發射率為 0. 97 士 0. 02。
3.根據權利要求1所述的一種背景因素對紅外測溫影響的測量方法，其特徵是所述 紅外熱像組件的輸出為PAL制式視頻信號，場頻為50HZ。
4.根據權利要求1所述的一種背景因素對紅外測溫影響的測量方法，其特徵是所述 圖像採集卡位深為8bit，輸入為PAL制式視頻信號，採集速度為25幀/秒。
全文摘要
本發明公開了一種背景因素對紅外測溫影響的測量方法。將標定實驗數據存儲於測量背景因素對紅外測溫影響的軟體系統中；啟動黑體、紅外熱像組件、工控機以及測量軟體系統；當黑體恆定在某溫度T後，軟體系統通過圖像採集卡採集並顯示熱圖像視頻，此時調整紅外熱像組件參數，待熱圖像清晰後，以bmp格式保存熱圖像；打開所保存的熱圖像，選擇熱圖像中的黑體區域，系統讀取黑體平均灰度，然後調用資料庫查找T溫度對應的標定灰度，再求平均灰度與標定灰度之差，差值定量反映了背景環境對紅外測溫影響的大小。本發明能定量測量出實際測溫時背景對紅外測溫的影響，這一結果可以被運用到測溫補償中，最終能夠提高測溫的準確性。
文檔編號G01J5/00GK101806627SQ201010136718
公開日2010年8月18日 申請日期2010年3月30日 優先權日2010年3月30日
發明者吳娟, 孫堅, 富雅瓊, 杭慶彪, 鄭恩輝, 陳樂 , 陳亮 申請人:中國計量學院