CN100464167C - 一种红外测温实时校准的方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种红外测温实时校准的方法及装置，设置用于采集被测物红外辐射信号的红外摄像头，设置与被测物红外发射率相同的温度恒定的恒温源，恒温源与被测物在同一数据采集面上；用红外摄像头采集被测物和恒温源的红外辐射信号输入到计算机，处理形成热图图像，并同步采集恒温源的实际温度值，用求得的温度偏移值对被测物热像温度数据值进行校准。本发明能够有效地消除外界因素对红外温度传感器采集信号的干扰，从而较好地解决了红外检测时温度测不准和热图可比性差的问题，并能较准确地测出被测物的绝对温度值。

Description

一种红外测温实时校准的方法及装置

技术领域

本发明属一种红外线测温的系统及方法。

背景技术

自然界中任何高于绝对零度(-273℃)的物质，其自身都具有一定的红外能量，并在其周围形成能量场。不同物质的红外能可能具有不同的红外波长范围(例如人体的主红外波长为8-14μm)及能量强度。红外能以光波的形式进行传播。人能够感觉到这种红外能——温度，但人眼不能直接观察到红外波。由红外光敏器件组成的红外热像仪，可以探测物体红外热辐射。当被测物体的红外能值高于周围环境时，红外热像仪能够将物体的不可见红外线辐射能量，通过红外摄像头系统收集后转变成数字信号输出给计算机，然后由计算机根据这些信号的大小，赋以一定的色彩或辉度后转换成图像，并显示在监视器上。从而使不可见的物体红外辐射场在空间的分布成为可见的图像，此种图像称为热图，图像的色彩或辉度可以表示温度的高低。

在各种红外探测技术应用中，从探测精度上可分为两类：低分辨率和高分辨率，其中高分辩率需要分辨物体温度分布的细微变化，例如在医学检查中需要分辨的温度变化通常要求小于0.1℃。探测的细微程度取决于红外摄像仪的探测精度——温度分辨率和光学空间分辨率。

目前，国内外现有的红外摄像系统都普遍存在一个问题：红外热像仪系统受环境温度，湿度，光线，空气质量，被测物体的红外发射率，距离等因素的影响较大，并受系统自身的热噪声、器件的非线性、测试环境的未知性等因素影响，致使其不能探测物体的绝对温度。因此传统的红外探测都是用于检测物体的相对温度，即只能用来测量物体的温度分布的梯度变化。这样的应用会导致两个问题：一是不能准确测量物体温度，而有些应用，特别是医学上的应用又与被测物的即时温度密切相关。另外，即使是用于测量物体的相对温度，当系统自身的热噪声、工作温度、测试环境温度等因素发生变化时，导致相对温差也会不同。因此在不同时刻，无论是否为同一物体，所检测到的红外图像的可比性也很差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种红外测温实时校准的方法及装置，采用这种方法及装置能有效地消除外界因素对红外温度传感器采集信号的干扰，解决红外检测时温度测不准和热图可比性差的问题，并可测出被测物绝对温度。

本发明红外测温实时校准的方法包含下述内容：

设置红外摄像头系统和可对该系统采集的不可见红外线辐射能量信号进行数据处理的计算机，其特征在于：

同时设置与被测物红外发射率相同的温度恒定的恒温源，恒温源与被测物在同一数据采集面上；

用所述红外摄像头系统同时采集被测物和恒温源的不可见红外线辐射能量信号，并转变成数字信号输入到计算机；

同时将恒温源的实时温度信号同步输入到计算机作为采样基准；

用计算机将被测体和恒温源的红外辐射能量信号进行数据处理：根据信号的大小赋以一定的色彩或辉度后转换成热图图像；

由计算机对热图中的恒温源图像进行识别，得出其温度数据值；将该温度数据值与恒温源同步传给计算机的实际温度值进行比较，求出其偏差值，再用该偏差值对被测物的热像温度数据值进行校准。

本发明方法的进一步方案是：所述采用的恒温源是红外发射率与被测物相同的黑体源。

本发明红外测温实时校准装置的结构为：设有用于采集被测体红外辐射能量信号的红外摄像头，所述的红外摄像头与数据处理计算机电连接，其特征在于：设有与被测物在同一数据采集面上、且红外发射率与被测物相同的恒温源，恒温源的温度信号输出端与所述的计算机电连接。

本发明的工作原理是：以与被测物在同一数据采集面上的恒温源为采样基准，红外摄像头系统将采集到的被测物和恒温源的红外辐射能量信号转换成数字信号输入到计算机，计算机对其根据信号的大小赋以一定的色彩或辉度后转换成热图图像，再通过软件对热图中的恒温源图像进行识别，得出其热像温度数据值；并把该热像温度数据值与恒温源同步传给计算机的实际温度数据值进行比较，求出其偏差值，然后用该偏差值对被测物体的热像温度数据值进行校准，并可得到被测物的绝对温度值。

本发明采集目标热像时被测目标与恒温源同处一个场景，所以在采集到的红外图像中同时包含被测目标和恒温源的热像温度数据；而当红外摄像头系统采集的数据发生温度漂移时，由于同步输入到计算机的恒温源实际温度是已知的，故可求出恒温源的漂移偏差值，而同一个数据采集场景对被测物体和恒温源的影响是相同的，所以可用恒温源的温度漂移偏差值对被测物的测量值进行校准，并可求出被测物体的实际绝对温度值。

本发明能够有效地消除外界因素对红外温度传感器采集信号的干扰，从而较好地解决了红外检测时温度测不准和热图可比性差的问题，并能较准确地测出被测物的绝对温度值。

附图说明

图1、本发明实施例1结构示意图

图2、本发明实施例1单点黑体源-红外图像数据采集软件流程图

图3、本发明实施例2多点黑体源-红外图像数据采集软件流程图

具体实施方案：

实施例1

本例是一种用于对人体测温的红外测温实时校准方法及装置。

参见图1，本例方法采用的装置设有红外摄像头5，红外摄像头通过数据线与计算机6电连接，并设有可定位被测物3的框架1，在框架内设有与被测物处于同一数据采集面、且可在测试中保持温度恒定的恒温源2，恒温源的红外发射率为0.98，与人体的红外发射率相同，恒温源的中心温度输出端与计算机的基准信号输入端连接。

上述红外摄像头采用重庆伟联公司出售的型号为ATIR-M301的产品。

恒温源采用型号为RS-BB01的低温黑体源，恒温温度为35℃。

用上述装置进行红外线测温的过程是：

用红外摄像头同时采集被测物和黑体源的不可见红外线辐射能量信号，并转换成数字信号传输到计算机；

同时将恒温源的实时温度信号同步输入到计算机RS-232数据通信接口，作为采样基准；

本例采用的是单点黑体—红外图像数据采集方式，即对黑体源采集其中心点的温度值Tc作为采样标准，通过计算机得到黑体源中心热像温度数据值Tc’，再用黑体源中心实际温度值Tc和黑体源中心热像温度数据值Tc’的偏移量Δt＝Tc-Tc’对被测物热像的各点温度数据值进行校准。

参见图2，计算机对上述数据的采集处理步骤是：

101：启动采集过程；

102：接收来自红外摄像头的红外图像(帧)数据；

103：将上述红外数据存入数据缓冲区；

104：若接收到继续采集数据的指令即转回102步；若接到结束数据采集的指令即转到步骤105；

105：访问RS-232数据通信接口，读取黑体源中心温度值Tc；

106：从数据缓冲区中找出黑体源的红外热像数据，并计算黑体源中心热像温度数据的平均值Tc’；

107：计算黑体源中心温度Tc和黑体源中心热像温度数据平均值Tc’的偏移量：

Δt＝Tc-Tc’；

108：显示红外图像，且用Δt值校准原红外系统采集数据形成的热图图像各点的温度数据值T’，使校准后的图像各点温度数据值

t＝T’_{(DataBuf[row][col])}+Δt

式中：T’为原红外系统采集数据的温度计算表达值

row为二维数组DataBuf的行下标变量

col为二维数组DataBuf的列下标变量

109：若接到结束指令，即转到110；若未接到结束指令，即转到102；

110：将取得的数据存到磁盘文件里；

111、结束采集过程。

实施例2

与实施例1不同的是：本例黑体源有中心温度和外壳温度两个温度输出端与计算机连接，并相应采用了多点黑体—红外图像数据采集方式，即对黑体源采集其中心温度值Tc和外壳温度值Ts两点温度值作为采样标准，通过计算机得到黑体源中心热像温度数据值Tc’和外壳热像温度数据值Ts’，再用通过上述数据得到的温度偏移率

k＝(Ts-Tc)/(Ts’-Tc’)对被测物热像的各点温度数据值进行校准。

参见图4，计算机对上述数据的采集处理步骤包括：

201：启动采集过程；

202：接收来自红外摄像头的红外图像(帧)数据；

203：将上述红外数据存入数据缓冲区；

204：若接收到继续采集数据的指令即转回202步；若接到结束数据采集的指令即转到步骤205；

205：访问RS-232数据通信接口，读取黑体源中心温度Tc和黑体源外壳温度Ts；

206：从数据缓冲区中找出黑体源的红外热像数据，并计算黑体源中心热像温度数据值Tc’，和黑体源外壳热像温度数据值Ts’；

若设置了多个黑体源，则上述Tc’为多个黑体源中心热像温度数据的平均值；Ts’为多个黑体源外壳热像温度数据的平均值；

207：根据上述得到的数据计算红外热像中黑体源热像温度数据值的温度偏移率：

k＝(Tc-Ts)/(Tc’-Ts’)

208：显示红外图像，且用温度偏移率k值修正原红外系统采集数据形成的热图图像各点的温度数据值T’，使修正后的图像各点温度数据值

t＝(T’_{(DataBuf[row][col])}-Ts’)*k+Ts

式中：T’为原红外系统采集数据的温度计算表达值

row为二维数组DataBuf的行下标变量

col为二维数组DataBuf的列下标变量

209：若接到结束指令，即转到210；若未接到结束指令，即转到202。

210：将取得的数据存到磁盘文件里；

211、结束采集过程。

用本例多点式黑体—红外图像数据采集方法测温具有更高的准确度。

Claims (1)

1.一种红外测温实时校准的方法，包含下述内容：

设置红外摄像头系统和可对该系统采集的不可见红外线辐射能量信号进行数据处理的计算机，其特征在于：

同时设置与被测物红外发射率相同的温度恒定的恒温源，所述恒温源是红外发射率与被测物相同的黑体源，黑体源与被测物在同一数据采集面上；

用所述红外摄像头系统同时采集被测物和黑体源的不可见红外线辐射能量信号，并转变成数字信号输入到计算机；

同时将黑体源的实时温度信号同步输入到计算机作为采样基准；

用计算机将被测物和恒温源的红外辐射能量信号进行数据处理：根据信号的大小赋以一定的色彩或辉度后转换成热图图像；

由计算机对热图中的恒温源图像进行识别，得出其温度数据值；将该温度数据值与恒温源同步传给计算机的实际温度值进行比较，求出其偏差值，再用该偏差值对被测物的热像温度数据值进行校准，具体为：

对黑体源采集其中心温度值Tc和外壳温度值Ts两点温度值作为采样标准，通过计算机得到黑体源中心热像温度数据值Tc’和外壳热像温度数据值Ts’，再用通过上述数据得到的温度偏移率k＝(Tc-Ts)/(Tc’-Ts’)对被测物热像的各点温度数据值进行校准。

Images