一種用紅外熱像儀測量目標物體的溫度的方法
2023-07-26 10:23:26 1
一種用紅外熱像儀測量目標物體的溫度的方法
【專利摘要】本發明實施例公開了一種用紅外熱像儀測量目標物體的溫度的方法，其中使用黑體對紅外熱像儀進行定標，獲得其溫度-灰度曲線，並利用在不同的紅外熱像儀的快門溫度和黑體溫度下獲得的圖像的灰度值計算紅外圖像的搬移調整參數，並用搬移調整參數對目標物體的紅外圖像進行校正，並且對該紅外圖像進行形變校正，最後根據校正後的紅外圖像的各個像素點的灰度值和前述的溫度-灰度曲線確定目標物體的溫度值。這樣，通過這些校正極大的減小了環境因素對紅外測溫的影響，能夠精確的測出被測物體的溫度。
【專利說明】一種用紅外熱像儀測量目標物體的溫度的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及紅外測溫【技術領域】，尤其是涉及一種用紅外熱像儀測量目標物體的溫度的方法。
【背景技術】
[0002]自然界中的一切物體，只要其溫度高於絕對零度，就會向外發出射線，利用這些射線的探測和收集，可以獲取所需物理量，例如溫度測量、物體方位判斷、目標識別等等。
[0003]紅外測溫技術可以實現物體表面溫度的快速測量。紅外測溫的準確性受到被測表面的發射率、反射率(或吸收率)、大氣透射率、大氣溫度、環境溫度及附近高溫物體等等的影響。因此，在進行設備運行狀態的紅外檢測和物體溫度測量時，必須考慮各種因素對測溫準確性的影響。目前，雖然對紅外熱像儀測溫準確性和補償修正方法有一定的研究，但其系統性和深入性還有待繼續發展和完善。現有技術的紅外測溫方法中，測溫結果受環境因素的影響較大，難以實現準確的溫度測量。
【發明內容】
[0004]本發明的目的之一是提供一種測溫結果受環境因素影響較小、溫度測量結果較準確的用紅外熱像儀測量目標物體的溫度的方法。
[0005]本發明公開的技術方案包括:
提供了一種用紅外熱像儀測量目標物體的溫度的方法，其特徵在於，包括:在定標溫度下使用黑體對所述紅外熱像儀進行定標，確定所述紅外熱像儀的溫度-灰度曲線；將所述紅外熱像儀的快門調節到第一溫度，用所述紅外熱像儀對所述快門進行成像，確定所獲得的圖像的中心的第一灰度值；將所述黑體調節到所述第一溫度，用所述紅外熱像儀對所述黑體進行成像，確定所獲得的圖像的中心的第二灰度值；將所述紅外熱像儀的快門調節到第二溫度，用所述紅外熱像儀對所述快門進行成像，確定所獲得的圖像的中心的第三灰度值；將所述黑體調節到所述第二溫度，用所述紅外熱像儀對所述黑體進行成像，確定所獲得的圖像的中心的第四灰度值；根據所述第一灰度值、所述第二灰度值、所述第三灰度值和所述第四灰度值確定所述紅外熱像儀所成圖像的搬移調整參數；用所述紅外熱像儀對要測量溫度的目標物體進行成像，獲得所述目標物體的紅外圖像；根據所述搬移調整參數對所述紅外圖像進行校正，獲得搬移校正紅外圖像；根據所述定標溫度和所述工作溫度對所述搬移校正紅外圖像進行形變校正，獲得形變校正紅外圖像；根據所述形變校正紅外圖像和所述溫度-灰度曲線確定所述目標物體的溫度。
[0006]本發明一個實施例中，所述定標溫度在15攝氏度至25攝氏度的範圍內。
[0007]本發明一個實施例中，所述第一溫度在20攝氏度至60攝氏度的範圍內，所述第二溫度在20攝氏度至60攝氏度的範圍內，並且所述第一溫度和所述第二溫度不同。
[0008]本發明的實施例還提供了一種用紅外熱像儀測量目標物體的溫度的方法，其特徵在於，包括:在定標溫度下使用黑體對所述紅外熱像儀進行定標，確定所述紅外熱像儀的溫度-灰度曲線；將所述紅外熱像儀的快門調節到第一溫度，用所述紅外熱像儀對所述快門進行成像，確定所獲得的圖像的中心的第一灰度值；將所述黑體調節到所述第一溫度，用所述紅外熱像儀對黑體進行成像，確定所獲得的圖像的中心的第二灰度值；將所述紅外熱像儀的快門調節到第二溫度，用所述紅外熱像儀對所述快門進行成像，確定所獲得的圖像的中心的第三灰度值；將所述黑體調節到所述第二溫度，用所述紅外熱像儀對黑體進行成像，確定所獲得的圖像的中心的第四灰度值；根據所述第一灰度值、所述第二灰度值、所述第三灰度值和所述第四灰度值確定所述紅外熱像儀所成圖像的搬移調整參數；用所述紅外熱像儀對要測量溫度的目標物體進行成像，獲得所述目標物體的紅外圖像，並獲得此時所述快門的工作溫度；根據所述定標溫度和所述工作溫度對所述紅外圖像進行形變校正，獲得形變校正紅外圖像；根據所述搬移調整參數對所述形變校正紅外圖像進行校正，獲得搬移校正紅外圖像；根據所述搬移校正紅外圖像和所述溫度-灰度曲線確定所述目標物體的溫度。
[0009]本發明實施例的方法中，使用黑體對紅外熱像儀進行定標，獲得其溫度-灰度曲線，並利用在不同的紅外熱像儀的快門溫度和黑體溫度下獲得的圖像的灰度值計算紅外圖像的搬移調整參數，並用搬移調整參數對目標物體的紅外圖像進行校正，並且對該紅外圖像進行形變校正，最後根據校正後的紅外圖像的各個像素點的灰度值和前述的溫度-灰度曲線確定目標物體的溫度值。這樣，通過這些校正極大的減小了環境因素對紅外測溫的影響，能夠精確的測出被測物體的溫度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1是本發明一個實施例的用紅外熱像儀測量目標物體的溫度的方法的流程示意圖。
[0011]圖2是本發明一個實施例的紅外熱像儀的示意圖。
[0012]
【具體實施方式】
[0013]下面將結合附圖詳細說明本發明的實施例的用紅外熱像儀測量目標物體的溫度的方法的具體步驟。
[0014]圖1為本發明一個實施例的用紅外熱像儀測量目標物體溫度的方法的流程示意圖。圖2為本發明一個實施例的紅外熱像儀的示意圖，其中紅外熱像儀6包括紅外焦平面陣列1、溫度傳感器2、快門3和紅外鏡頭4。容易理解，紅外熱像儀6還包括其他的結構，圖2中只是示意性地示出了紅外熱像儀的主要元件。此外，圖2中還示出了黑體5。
[0015]下面參考圖1和圖2對本發明的實施例的用紅外熱像儀測量目標物體的溫度的方法進行詳細說明。
[0016]步驟10:對紅外熱像儀進行定標，確定紅外熱像儀的溫度-灰度曲線。
[0017]本發明的實施例中，在步驟10，在定標溫度下使用黑體對紅外熱像儀進行定標，以確定該紅外熱像儀的溫度-灰度曲線。
[0018]這裡，對紅外熱像儀進行定標是指通過實驗，建立紅外熱像儀6的輸出灰度值與被測物體的輻射溫度值之間的關係。定標的方法為在定標溫度下，記錄此時的快門3的溫度，並且調節黑體5的溫度，用紅外熱像儀對黑體5熱成像，記錄黑體5的紅外圖像的中心區域的灰度值和黑體5的溫度值；獲得多組黑體5的溫度值和黑體5的紅外圖像的中心區域的灰度值，然後以記錄的黑體5的溫度值為自變量，黑體5的紅外圖像的中心區域的灰度值為因變量，擬合出紅外熱像儀的溫度-灰度關係，該測得的溫度-灰度關係曲線即為紅外熱像儀6的溫度-灰度曲線。
[0019]本發明一個實施例中，可以採用四次函數進行擬合，從而得到溫度-灰度曲線:P=f (T)0其中T為溫度值，f (T)是指T的四次函數，P為灰度值。
[0020]本發明的實施例中，這裡的定標溫度是指定標時的環境溫度。一個實施例中，定標溫度可以是在15攝氏度至25攝氏度的範圍內。
[0021]步驟12:獲得快門在第一溫度時圖像中心的第一灰度值。
[0022]本發明的實施例中，在步驟12，將紅外熱像儀的快門調節到第一溫度，然後用紅外熱像儀對快門3進行成像，並確定獲得的圖像的中心的第一灰度值。
[0023]例如，一個實施例中，將紅外熱像儀的環境溫度調節到預定溫度(例如，20°C )，待紅外熱像儀工作穩定後，記錄此時的快門3的溫度Tl (由於紅外熱像儀發熱等原因可能比環境溫度略高)作為第一溫度，並且記錄此時獲得的快門圖像的中心灰度值Pl作為第一灰度值。
[0024]紅外熱像儀6的紅外焦平面陣列I的探測單元陣列為MXN時，每一幀紅外圖像將包含MXN個像素點，每個像素點(i，j)具有各自的灰度值P(i，j)。這裡的中心灰度值是指紅外圖像的中心位置處的像素點的灰度值。例如，一個實施例中，這裡的中心位置可以是i=M/2, j=N/2 (當Μ、N能被2整除時)的位置。
[0025]本發明一個實施例中，前述的第一溫度可以是在20攝氏度至60攝氏度的範圍內。
[0026]步驟14:獲得黑體在第一溫度時圖像中心的第二灰度值。
[0027]步驟12中獲得了第一灰度值之後，調節黑體5的溫度到前述的第一溫度Tl，並用紅外熱像儀6對黑體5進行成像，記錄此時獲得的紅外圖像的中心灰度值Ρ2作為第二灰度值。
[0028]步驟16:獲得快門在第二溫度時圖像中心的第三灰度值。
[0029]類似地，將紅外熱像儀的環境溫度調節到預定溫度(例如，30°C )，待紅外熱像儀工作穩定後，記錄此時的快門3的溫度T2(由於紅外熱像儀發熱等原因可能比環境溫度略高)作為第二溫度，用紅外熱像儀對快門3進行成像，並且記錄此時獲得的紅外圖像的中心灰度值Ρ3作為第三灰度值。
[0030]本發明的一個實施例中，該第二溫度可以是在20攝氏度至60攝氏度的範圍內，並且該第二溫度與前述的第一溫度不相同。
[0031]步驟18:獲得黑體在第二溫度時圖像中心的第四灰度值。
[0032]類似地，調節黑體5的溫度到前述的第二溫度Τ2，並用紅外熱像儀6對黑體5進行成像，記錄此時獲得的紅外圖像的中心灰度值Ρ4作為第四灰度值。
[0033]前述步驟中，與步驟12中類似，其中的「中心灰度值」均是指紅外圖像的中心位置處的像素點的灰度值。
[0034]步驟20:計算紅外圖像的搬移調整參數。
[0035]本發明的實施例中，獲得了前述的第一灰度值、第二灰度值、第三灰度值和第四灰度值之後，在步驟20中，根據該第一灰度值、第二灰度值、第三灰度值和第四灰度值確定紅外圖像的搬移調整參數。
[0036]例如，一個實施例中，把第一灰度和第二灰度作為第一組數據，第三灰度和第四灰度作為第二組數據，並且把第一組數據和第二組數據代入公式:
【權利要求】
1.一種用紅外熱像儀測量目標物體的溫度的方法，其特徵在於，包括: 在定標溫度下使用黑體對所述紅外熱像儀進行定標，確定所述紅外熱像儀的溫度-灰度曲線； 將所述紅外熱像儀的快門調節到第一溫度，用所述紅外熱像儀對所述快門進行成像，確定所獲得的圖像的中心的第一灰度值； 將所述黑體調節到所述第一溫度，用所述紅外熱像儀對黑體進行成像，確定所獲得的圖像的中心的第二灰度值； 將所述紅外熱像儀的快門調節到第二溫度，用所述紅外熱像儀對所述快門進行成像，確定所獲得的圖像的中心的第三灰度值； 將所述黑體調節到所述第二溫度，用所述紅外熱像儀對黑體進行成像，確定所獲得的圖像的中心的第四灰度值； 根據所述第一灰度值、所述第二灰度值、所述第三灰度值和所述第四灰度值確定所述紅外熱像儀所成圖像的搬移調整參數； 用所述紅外熱像儀對要測量溫度的目標物體進行成像，獲得所述目標物體的紅外圖像，並獲得此時所述快門的工作溫度； 根據所述搬移調整參數對所述紅外圖像進行校正，獲得搬移校正紅外圖像； 根據所述定標溫度和所述工作溫度對所述搬移校正紅外圖像進行形變校正，獲得形變校正紅外圖像； 根據所述形變校正紅外圖像和所述溫度-灰度曲線確定所述目標物體的溫度。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於:所述定標溫度在15攝氏度至25攝氏度的範圍內。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於:所述第一溫度在20攝氏度至60攝氏度的範圍內，所述第二溫度在20攝氏度至60攝氏度的範圍內，並且所述第一溫度和所述第二溫度不相同。
4.一種用紅外熱像儀測量目標物體的溫度的方法，其特徵在於，包括: 在定標溫度下使用黑體對所述紅外熱像儀進行定標，確定所述紅外熱像儀的溫度-灰度曲線； 將所述紅外熱像儀的快門調節到第一溫度，用所述紅外熱像儀對所述快門進行成像，確定所獲得的圖像的中心的第一灰度值； 將所述黑體調節到所述第一溫度，用所述紅外熱像儀對黑體進行成像，確定所獲得的圖像的中心的第二灰度值； 將所述紅外熱像儀的快門調節到第二溫度，用所述紅外熱像儀對所述快門進行成像，確定所獲得的圖像的中心的第三灰度值； 將所述黑體調節到所述第二溫度，用所述紅外熱像儀對黑體進行成像，確定所獲得的圖像的中心的第四灰度值； 根據所述第一灰度值、所述第二灰度值、所述第三灰度值和所述第四灰度值確定所述紅外熱像儀所成圖像的搬移調整參數； 用所述紅外熱像儀對要測量溫度的目標物體進行成像，獲得所述目標物體的紅外圖像，並獲得此時所述快門的工作溫度；根據所述定標溫度和所述工作溫度對所述紅外圖像進行形變校正，獲得形變校正紅外圖像； 根據所述搬移調整參數對所述形變校正紅外圖像進行校正，獲得搬移校正紅外圖像； 根據所述搬移校正紅外 圖像和所述溫度-灰度曲線確定所述目標物體的溫度。
【文檔編號】G01J5/52GK103528694SQ201310436256
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年9月24日 優先權日:2013年9月24日
【發明者】劉子驥, 章翔, 馬宣, 李宵, 鄭興, 蔣亞東 申請人:電子科技大學