CN102221410A - 用于基于ir辐射的温度测定的方法和基于ir辐射的温度测量设备 - Google Patents

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Abstract

在温度测量设备(1)中设有IR辐射探测器(2)和与一物体(7)的表面良好传热地连接的基准元件(3)，其中在基准元件(3)上构造有具有高发射率的第一区域(4)和具有高反射率的第二区域(5)并且IR辐射探测器(2)设置用于单独地检测各区域(4、5)和物体(7)的表面区域(12)的IR辐射(9、10、11)，其中在IR辐射探测器(2)中构造有计算装置(13)，所述计算装置设置用于由检测的IR辐射(9、10、11)得出物体(7)的发射和反射校正的温度值。

Description

用于基于IR辐射的温度测定的方法和基于IR辐射的温度测量设备
技术领域
本发明涉及一种用于基于IR(红外线)辐射对物体进行温度测定的方法。
本发明还涉及一种基于IR辐射的温度测量设备，包括IR辐射探测器和基准元件。
背景技术
在无线测量的温度测量中，发射率和反射的热辐射的知识是必不可缺少的，以便避免测量误差。由于这些参数通常只大致是已知的，通常估计它们。为此经常使用包括估计数值的表格集，并且利用专用仪器实施发射率测定。同样已知的是，反射的环境辐射的部分作为反射的温度利用一基准元件来确定，它是相应涂层的。
发明内容
本发明的目的在于，简化和改进基于IR辐射的温度测定。
为了达到该目的，本发明在一种开头所述型式的方法中建议，使一基准元件处于与物体的传热的接触，其中基准元件在其表面上包括具有高发射率的第一区域和具有高反射率的第二区域；单独地检测由基准元件的第一区域发出的第一IR辐射、由基准元件的第二区域发出的第二IR辐射和由物体的表面区域发出的第三IR辐射；对检测出的各IR辐射分别确定至少一个测量值，并且由确定的各测量值求得物体的表面区域的发射率和物体的反射的IR辐射的部分。因此可能实施自动地测定物体的发射率和反射的环境辐射。优选得出反射的IR 辐射的部分，作为反射的温度。
在这方面可以设定，由第一IR辐射和第二IR辐射的测量值确定反射的温度。也可以设定，物体的发射系数由物体的表面区域的IR辐射来确定，例如通过与第一IR辐射的测量值的对比来确定。
为了校正测量值，在按照本发明的方法中可以设定，由第一IR辐射的测量值确定物体的关于发射系数和/或由环境反射的部分校正的温度。
如果通过热像图的拍摄来检测各IR辐射，则可以简单地单独检测第一、第二和第三IR辐射。因此可以使各个IR辐射与热像图的各个区域相配，可以单独地对它们进行分析。
可以附加地设定，在可见的光谱范围内拍摄与热像图对应的VIS(可见光谱)图，对此其优点是，利用VIS图可以简单地控制热像图。
可以设定，在进一步处理之前修正热像图和/或VIS图。在这里所谓修正应该被理解为对拍摄的物体的透视失真进行的校正。对此其优点是，可以避免已拍摄的各图像的分析误差。此外其优点是，热像图与VIS图在修正以后可以简单地记录下来。
在修正已拍摄的图像以后，可以设定，在VIS图中和在热像图中确定各对应的区域、亦即第一区域和/或第一区域和/或表面区域。这优选自动化地实现。
为了自动地识别在各拍摄的图像中的基准元件，可以设定，利用电子的图像分析装置在已拍摄的图像中识别基准元件。在这方面可以通过已拍摄的热像图或已拍摄的VIS图的分析来进行识别。优选图像分析装置在这方面包括图案识别和/或特征识别算法，借其可以识别基准元件。为了简单的识别，可以在基准元件上构造有一标记，所述标记指定一特征。
在此特别有利的是，按这种方式可以识别基准元件的第一区域和/或第二区域。
为了简化的识别可以设定，基准元件在使用之前设有一标记，利用电子的图像分析装置在已拍摄的图像中识别该标记并确定该标记位 置，并且关于识别的和定位的标记自动地选择由第一区域和/或由第二区域待检测的IR辐射。对此优点是，标记用作为基准点，以便可以确定第一或第二区域在各拍摄的图像中的位置并可以对它们进行分析。
在这方面可以设定，该标记在红外光谱范围内完全或至少在所需的测量精度的范围内是看不见的并因此不干扰IR辐射的测定。因此可以经由VIS图在与基于IR辐射的温度测定无关的测定信道中实施基准元件的识别。
因此本发明的可选的特征也可以设定，在检测各IR辐射之前将一瞄准装置对准物体的表面区域。对此其优点是，使用者按这种方法可以直接测定基准元件的方位。
为了达到该目的，本发明在开头所述型式的温度测量设备中设定，基准元件在其表面上包括具有高发射率的第一区域和具有高反射率的第二区域；构造有IR探测器单元，通过所述IR探测器单元可分别单独检测和分析由安装在一物体上的基准元件的第一区域和第二区域以及由物体的一表面区域发出的IR辐射；构造有测量装置，所述测量装置构造成用于由检测的IR辐射确定各至少一个测量值；并且存在计算装置，所述计算装置设置用于由测定的各测量值求出物体的表面区域的发射率和物体的由环境反射的IR辐射的反射的部分。优选其由检测出的各IR辐射得出与相应的IR辐射的温度对应的测量值，对此其优点是，利用一按照本发明构成的温度测量设备测量各温度测量值，并且可以在很大程度上或完全自动化地校正关于来自事先未知的发射系数和同样事先未知的反射的温度的影响。因此温度测量设备提供可能性，按简单的方式自动地确定物体的发射和反射校正的温度值。
对此特别有利的是，IR辐射探测器构成为红外摄像机。
可以设定，构造有VIS摄像机用以拍摄VIS图。对此其优点是，借助VIS图可控制已拍摄的热像图。
为了能够实现及简化已拍摄的VIS图与已拍摄的热像图的重叠或记录，可以设定，设置图像分析装置用以修正已拍摄的热像图和/或已 拍摄的VIS图。
为了在各拍摄的图像中识别基准元件并且为了进一步处理提供基准元件的各个区域，可以设定，构造有图像分析装置，其设置用以识别和定位在基准元件上施设的标记。在这种情况下可以通过已拍摄的热像图或已拍摄的VIS图的分析来实现识别：
对此特别有利的是，该标记指定一特征，可以利用图像分析装置的图案识别和/或特征识别算法选出和识别该特征。
为了尽可能少地干扰IR辐射的测定，可以设定，该标记构成在红外光谱范围内在测量精度的范围内是不可见的。
还可以设定，构造有选择装置，所述选择装置设置用于关于识别的和定位的标记手工和/或自动地选择由第一区域和/或由第二区域待检测的IR辐射。例如通过选择在IR传感器区内的与第一区域或第二区域相对应的各IR传感器来实施这种选择。对此其优点是，自动化地实施各个区域的选择和分析。在这种情况下，利用选择装置可以实现第一区域、第二区域和/或表面区域或由它们向温度测量设备发出的IR辐射的自动的选择。
由此将识别的和定位的标记用作为基准点，关于该基准点选择物体的待选择的各区域。在这方面例如可以设定，关于识别的和定位的标记存储和提供第一区域和/或第二区域的相对的图像位置。
现在借助各实施例更详细地描述本发明，但并不限于这些实施例。由各权利要求的单个或多个特征相互组合和/或与各实施例的单个或多个特征的组合得出其他的实施例。
附图说明
以部分简化的视图示出：
图1按照本发明的基准元件，
图2按照本发明的温度测量设备在按照本发明的方法中的应用，
图3按照本发明的方法，和
图4另一按照本发明的方法。
具体实施方式
图2示出总体用1标记的温度测量设备，其至少包括构成为红外摄像机的IR辐射探测器2和基准元件3。
图1中更详细示出基准元件3。它详细地具有第一区域4，其设有一种涂层或由一种材料制成，该涂层或材料具有高的发射率，亦即具有高的发射系数。此外在基准元件3上邻接于第一区域4构造有第二区域5，所述第二区域设有高反射率的材料，亦即设有高的反射系数。
基准元件3在使用位置良好传热地安装在待检验的物体7的表面6上。
IR辐射探测器2在其内部具有不能进一步看出的并以本身已知的方式构成的IR探测器单元8，所述IR探测器单元包括多个IR传感器的IR传感器区。
因此利用IR辐射探测器2可以彼此分开地检测第一区域4的第一IR辐射9、第二区域5的第二IR辐射10和物体7的表面6的表面区域12的第三IR辐射11。
在这种情况下各IR传感器形成测量装置用以检测IR辐射9、10、11，相应的IR辐射9、10、11射向所述IR传感器。
在IR辐射探测器2中还设置计算装置13，所述计算装置通过适合的编程这样地设置，使得由利用各测量装置得到的测量值根据已知的物理的或存储的规律性可以求得表面区域12的发射率和物体7的反射的温度值。
在这种情况下，比较第一IR辐射9和第三IR辐射11的测量值，以便确定表面6的发射系数，并且由第二IR辐射10的测量值得出反射的温度值，所述反射的温度值描述反射的IR辐射的部分，亦即这样的IR辐射，它不由物体7的自身温度确定，而通过环境射向物体7并由该物体反射。
将计算装置13进一步这样地设置，使得利用所述计算装置由第一 IR辐射9的测量值或第三IR辐射11的测量值可以求得物体的关于发射系数和/或反射的温度值校正的温度。
IR辐射探测器2还具有显示装置14，在该显示装置上可以显示用IR探测器单元8拍摄的热像图15以及基准元件3。
在显示装置14上还可显示出求得的或测量的各测量值。
IR辐射探测器2还包括VIS摄像机16，借其拍摄物体7的与热像图15对应的VIS图17，并且按选择可以显示在显示装置14上。
为了可以在热像图15或VIS图中确定基准元件3及其区域4和5或表面区域12的位置，在基准元件3上构造有标记18，其指定了在图像分析或图像处理中可处理的特征。
在IR辐射探测器2设置不能进一步看出的电子的图像分析装置19，该图像分析装置实现图案识别和/或特征识别算法，借其可以在热像图15或VIS图17中识别和定位标记18或由其该标记指定的特征。
在这方面在一实施例中，标记18只在可见的光谱范围内是可识别的而在红外光谱范围内在要求的测量精度的范围内是看不见的。在这种情况下，将图案识别和/或特征识别算法用到已拍摄的VIS图17上。
如果要用图像分析装置19直接分析热像图15，则标记18在红外光谱范围内构成可见的。
附加地，可以在IR辐射探测器2上设置未进一步示出的瞄准装置，例如激光笔(Laserpoiter)，借助所述激光笔测定基准元件3的方位。
图像分析装置19还具有程序，借该程序在进一步处理之前可以修正已拍摄的热像图15和/或已拍摄的VIS图。
在识别和定位在热像图15或VIS图17中的标记18以后，可以将该标记18用作为基准点，关于该基准点可确定区域4、5、12在拍摄的图像15、17中的图像位置。
如果确定了区域4、5、12在拍摄的图像15、17中的位置，则可以通过检测各相应的IR传感器的测量值来确定配设的IR辐射9、10、11。通过各相应的温度值的对比得出所需的校正的温度值。
按照本发明的方法因此在一实施例中按照图3的简化图延伸。
首先，在热像图拍摄步骤20中用IR辐射探测器2拍摄热像图15。紧接着，在基准元件识别步骤21中确定基准元件3在热像图15中的图像位置。然后在测量步骤22中分别求得IR辐射9、10、11的测量值。
由各求得的测量值在分析步骤23中求得发射系数、反射的温度的数值和发射和反射校正的温度值。
图4示出按照本发明的方法的一个变型方案，其中首先在摄像步骤24中拍摄VIS图17和热像图15。
紧接着在基准元件识别步骤25中确定基准元件3在VIS图17中的图像位置。
现在，在间距确定步骤26中由基准元件3在VIS图17中的图像的形状和/或尺寸确定到物体7的间距。
在基本元件定位步骤27中，由确定的间距确定基准元件3在已拍摄的与VIS图17对应的热像图中的图像位置。
利用这样确定的基准元件3在热像图15中的位置可以在跳接点28上继续进行按图3的方法。
在温度测量设备1中设有IR辐射探测器2和与物体7的一表面6很好传热连接的基准元件3，其中在基准元件3上构成具有高发射率的第一区域4和具有高反射率的第二区域5，并且IR辐射探测器2设置用于单独地检测区域4、5和物体7的一表面区域12的IR辐射9、10、11，其中在IR辐射探测器2中构造有计算装置13，所述计算装置设置用于由检测的IR辐射9、10、11得出物体7的发射和反射校正的温度值。

Claims (10)

1.用于基于IR辐射对物体(7)进行温度测定的方法，其特征在于，使一基准元件(3)处于与物体(7)传热的接触，其中基准元件(3)在其表面上包括具有高发射率的第一区域(4)和具有高反射率的第二区域(5)；单独地检测由基准元件(3)的第一区域(4)发出的第一IR辐射(9)、由基准元件(3)的第二区域(5)发出的第二IR辐射(10)和由物体(7)的表面区域(12)发出的第三IR辐射(11)；对检测出的各IR辐射(9、10、11)分别确定至少一个测量值，并且由确定的各测量值求得物体的表面区域(12)的发射率和物体(7)的反射的IR辐射的部分。
2.按照权利要求1的方法，其特征在于，由第一IR辐射(9)的测量值确定物体(7)的温度，所述温度是关于发射系数和/或由环境反射的部分修正的。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过热像图(15)的拍摄来检测IR辐射(9、10、11)和/或在可见的光谱范围内拍摄与热像图(15)对应的VIS图。
4.按照权利要求1至3之一项所述的方法，其特征在于，在进一步处理之前修正热像图(15)和/或VIS图(17)，以及确定在VIS图中和在热像图(15)中相应的区域(4、5、12)。
5.按照权利要求1至4之一项所述的方法，其特征在于，利用电子的图像分析装置(19)、特别是利用图案识别算法和/或特征识别算法，在已拍摄的图像中(15、17)、特别是在已拍摄的热像图(15)或已拍摄的VIS图(17)中识别基准元件(3)、特别是第一区域(4)和/或第二区域(5)。
6.按照权利要求1至5之一项所述的方法，其特征在于，基准元件(3)在使用之前设有优选在红外光谱范围内不可见的标记(18)、特别是设有定义一个特征的标记(18)，通过电子的图像分析装置(19)在已拍摄的图像(15、17)中识别该标记(18)并确定该标记的位置，并且关于识别的和定位的标记(18)选择要从第一区域(4)和/或由第二区域(5)检测的IR辐射(9、10)，和/或在检测IR辐射(9、10、11)之前将一瞄准装置对准物体(7)的表面区域(12)和/或基准元件(3)。
7.基于IR辐射的温度测量设备(1)，包括：IR辐射探测器(2)和基准元件(3)，其特征在于，基准元件(3)在其表面上包括具有高发射率的第一区域(4)和具有高反射率的第二区域(5)；构造有IR探测器单元(8)，通过所述IR探测器单元能够单独地检测和分析由安装在物体(7)上的基准元件(3)的第一区域(4)和第二区域(5)发出的IR辐射(9、10)和由物体(7)的表面区域(12)发出的IR辐射(11)；构造有测量装置，所述测量装置构造成用于由检测出的各IR辐射(11)分别确定至少一个测量值；并且存在计算装置(13)，所述计算装置设置用于由确定的各测量值求出物体的表面区域(12)的发射率和物体(7)的由环境反射的IR辐射的部分。
8.按照权利要求7所述的温度测量设备(1)，其特征在于，构造有用于拍摄VIS图(17)的VIS摄像机(16)，和/或设置用以修正已拍摄的热像图(15)和/或已拍摄的VIS图(17)的图像分析装置(19)。
9.按照权利要求7或8所述的温度测量设备(1)，其特征在于，图像分析装置(19)这样地构成，使得所述图像分析装置设置用以特别是在已拍摄的热像图(15)或已拍摄的VIS图(17)中识别和定位在基准元件(3)上施设的标记(18)，和/或所述标记(18)定义一个特征，和/或所述标记(18)设计成在红外光谱范围内是不可见的。
10.按照权利要求7至9之一项所述的温度测量设备(1)，其特征在于，构造有选择装置，所述选择装置设置用于关于识别的和定位的标记(18)手工或自动地选择要从第一区域(4)和/或第二区域(5)检测的IR辐射(9、10)、特别是用于选择在IR传感器区内的与第一区域(4)和/或第二区域(5)对应的IR传感器，和//或关于识别的和定位的标记(18)存储和提供第一区域(4)和/或第二区域(5)的相对的图像位置。
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