CN102798475A - 一种根据标准红外视频图像确定目标温度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种根据物体的红外图像确定目标温度的方法，包括：通过黑体定标确定红外图像的原始灰度值与成像目标的温度之间的函数关系；获得物体的当前帧原始红外图像和当前帧标准红外视频图像；根据当前帧原始红外图像的灰度最大值和最小值、红外成像系统的显示灰度最大值和最小值确定拉伸参数；根据该函数关系、拉伸参数和标准红外视频图像确定物体的温度。通过该函数关系和拉伸参数，即可根据当前帧标准红外视频图像的灰度值直接确定成像物体的温度。这样，使得使用红外机芯组件既能够标准视频输出，又能够获取每个像素点的目标温度信息，解决了红外机芯组件的红外图像标准视频输出与温度测量之间的兼容性的问题。

Description

一种根据标准红外视频图像确定目标温度的方法

技术领域

本发明涉及红外成像领域，特别是涉及一种根据标准红外视频信号实现非接触式温度测量的方法。

背景技术

物体所发出的红外辐射能量大小与辐射波长、物体表面的温度有非常密切的关系，因此可以通过测量物体自身红外辐射能量的大小来确定物体表面温度。

在红外成像系统中，通常会使用红外机芯组件，使用该组件可以降低热成像系统的开发难度，缩短开发周期，可以满足电子研发、安全缉私、边防等方面的需求。而且，使用该组件可以基于客户需求为客户量身定制适用于各种用途的非制冷型红外成像系统。红外机芯组件既可以接入安防监控系统，也可以进行二次开发，大大降低了红外成像系统的开发难度，缩短了开发周期。使用红外机芯组件的产品广泛应用于各种夜视系统、安防系统、过程控制、医疗设备、军队装备等红外成像领域。

但是，现有的红外机芯组件大多数都是标准视频输出，输出的这种红外图像信号是一种经过了红外非均匀校正、红外图像拉伸处理后的直接可视化图像，并且图像增强的参数是不断更新变化的。因此，使用红外机芯组件的红外成像系统输出的红外图像已经不能用来确定成像目标的温度，而只能用来进行图像监控，也就是不能实现红外的非接触性温度测量的功能。而在工业应用领域，仅仅有红外图像的监控往往是达不到要求的，在很多应用领域中，往往需要红外成像系统能够进行温度测量。在这种情况下，往往不能使用红外机芯组件来实现红外成像系统，从而导致系统开发难度增加，开发周期增长。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种能够根据使用红外机芯组件的红外成像系统所成的红外图像直接确定物体的温度的根据物体的可视化红外图像确定目标温度的方法。

本发明实施例公开的技术方案包括：

提供了一种兼容红外标准视频和温度测量的解决方案，其特征在于，包括：通过黑体定标确定红外成像系统所成的红外图像的灰度值与成像目标的温度之间的函数关系；用所述红外成像系统对物体成像，获得物体的当前帧原始红外图像和当前帧标准红外视频图像；根据所述当前帧原始红外图像的灰度最大值、当前帧原始红外图像的灰度最小值、所述红外成像系统的显示灰度最大值和所述红外成像系统的显示灰度最小值确定所述当前帧原始红外图像的拉伸参数；根据所述函数关系、所述当前帧标准红外视频图像和所述拉伸参数确定所述物体的温度。

进一步地，所述通过黑体定标确定红外成像系统所成的红外图像的灰度值与成像目标的温度之间的函数关系包括：用所述红外成像系统对至少三个黑体进行红外成像，获得所述至少三个黑体的红外图像灰度值，其中所述至少三个黑体具有不同的温度；根据所述至少三个黑体的红外图像灰度值和温度，拟合所述红外成像系统所成的红外图像的灰度值与成像目标的温度之间的函数关系。

进一步地，所述函数关系为二次函数。

进一步地，所述拉伸参数包括第一拉伸参数和第二拉伸参数，并且所述第一拉伸参数和所述第二拉伸参数满足：

；

其中：Pixel_H为所述当前帧原始红外图像的灰度最大值，Pixel_L为所述当前帧原始红外图像的灰度最小值，Max为所述红外成像系统的显示灰度最大值，Min为所述红外成像系统的显示灰度最小值，S为第一拉伸参数，O为第二拉伸参数。

进一步地，其特征在于：所述函数关系为二次函数。

进一步地，所述二次函数为：

T=a×Pixel²+b×Pixel+c，

其中T为成像目标的温度，Pixel为所述红外图像的原始灰度值，a、b、c为所述二次函数的系数。

进一步地，所述根据所述函数关系、所述当前帧标准红外视频图像和所述拉伸参数确定所述物体的温度包括：所述物体的温度为：

，

其中T’为所述物体的温度，Pixel’为所述当前帧标准红外视频图像的灰度值，S为所述第一拉伸参数，O为所述第二拉伸参数，a、b、c为所述二次函数的系数。

进一步地，还包括：通过标准成像接口输出所述当前帧标准红外视频图像；通过数据接口输出所述第一拉伸参数、所述第二拉伸参数和所述二次函数的系数。

本发明的实施例中，通过黑体定标确定红外成像系统所成的红外图像的灰度值与成像目标的温度之间的函数关系，并对每帧当前帧原始红外图像，确定该当前帧原始红外图像的拉伸参数，这样，通过该函数关系和拉伸参数，即可直接确定使用红外机芯组件实现的红外成像系统输出的当前帧标准红外视频图像的灰度值与成像物体的温度的关系，从而可以根据当前帧标准红外视频图像的灰度值直接确定成像物体的温度。这样，使得使用红外机芯组件实现的红外成像系统也可以直接用来测量物体的温度，解决了红外机芯组件不能实现温度测量的缺陷。

附图说明

图1是本发明一个实施例的根据物体的红外图像确定目标温度的方法的流程示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的一个实施例中，一种根据物体的红外图像确定目标温度的方法包括步骤10、步骤12、步骤14和步骤16。

步骤10：黑体定标确定原始图像灰度值与成像目标温度之间的关系。

如前文所述，物体所发出的红外辐射能量大小与物体表面的温度有非常密切的关系，因此可以通过测量物体自身红外辐射能量的大小来确定物体表面温度。物体自身红外辐射能量的大小可以通过物体的红外图像的灰度值来表现。因此，原始红外图像的灰度值与该红外图像的成像目标的温度之间存在对应的函数关系。对于一个确定的红外成像系统，这种对应关系是确定的。

本发明的实施例中，可以通过黑体定标确定这种对应关系，即通过黑体定标确定红外成像系统所成的红外图像的原始灰度值与成像目标的温度之间的函数关系。

黑体定标是指用红外成像系统对已知温度的黑体进行红外成像，获得对于该红外成像系统该已知温度的黑体的对应的红外图像灰度值。这样，即可获得一组温度/红外图像灰度值的对应数据，即温度和该温度对应的红外图像灰度值二者组成的一组数据。对具有不同温度的多个黑体进行这种红外成像，即可获得多组温度/红外图像灰度值的数据，根据多组温度/红外图像灰度值的数据，即可拟合出用来成像的红外成像系统的红外图像的灰度值与成像目标的温度之间的函数关系。

本发明一个实施例中，用红外成像系统对至少三个黑体进行红外成像，获得该至少三个黑体的红外图像灰度值，其中该至少三个黑体具有不同的温度；然后根据该至少三个黑体的原始红外图像灰度值和温度，拟合该红外成像系统所成的红外图像的原始灰度值与成像目标的温度之间的函数关系。

例如，本发明一个实施例中，红外图像的原始灰度值与成像目标的温度之间的函数关系可以拟合为一个二次方程：

T=a×Pixel²+b×Pixel+c           （1）

其中T为成像目标的温度，Pixel为红外图像的原始灰度值，a、b、c为二次方程的系数。通过具有不同温度的至少三个黑体进行定标，即可获得至少三组（T，Pixel）的值，用该至少三组（T，Pixel）的值，带入该二次方程即可解出该二次方程的系数a、b、c，也就获得了该红外成像系统所成的红外图像的灰度值与成像目标的温度之间的函数关系。

本发明的实施例中，不限于用三个具有不同温度的黑体进行定标，也可以使用更多的黑体定标获得更多组（T，Pixel）数据来拟合红外成像系统所成的红外图像的灰度值与成像目标的温度之间的函数关系，可以根据实际情况的需要选定。

本发明的实施例中，通过黑体定标确定红外成像系统所成的红外图像的原始灰度值与成像目标的温度之间的函数关系的步骤可以在红外成像系统制造完成出厂之前进行，并将黑体定标确定的该函数关系存储在红外呈现系统中供后续使用中调用；也可以在使用时进行，即在对物体进行红外成像测温之前，先进行黑体定标。黑体定标步骤何时进行，可以根据实际情况的需要灵活选定。

步骤12：对物体进行红外成像。

使用红外成像系统对物体（即待测物体或待测目标）进行红外成像，获得物体的当前帧原始红外图像。由于红外成像系统的各探测器单元之间存在的响应特性不一致，因此红外成像系统的探测器单元获得的这种当前帧原始红外图像存在不均匀性和盲元。因此，如前文所示，在使用红外机芯组件实现的红外成像系统中，红外机芯组件将对当前帧原始红外图像进行非均匀校正和盲元检测，得到均匀的原始红外图像。

当前帧原始红外图像的有效灰度通常都不兼容标准视频协议，因此，当前帧原始红外图像在完成红外非均匀校正后，红外机芯组件还将对其进行图像线性拉伸（如下文详述，例如下文中步骤14中的公式（3）），获得当前帧标准红外视频图像。图像拉伸将原始红外图像的有效灰度扩展到整个显示灰度图上，增加红外图像的对比度，以适应人眼的观察习惯。

也就是说，通常，红外成像系统对不同物体的图像采集得到最大和最小灰度并不一样，与物体的温度相关，因此，每一帧红外图像所需要拉伸的参数也可以是不一样的，即拉伸参数是一个帧间变化参数。

拉伸完毕后得到可视红外图像（标准红外视频图像），并结合主时钟、行频、帧频以标准图像格式向外输出。

因此，本步骤中，使用由红外机芯组件实现的红外成像系统对物体（即待测物体或待测目标）进行红外成像时，获得当前帧原始红外图像后，该由红外机芯组件实现的红外成像系统输出的可视红外图像是标准红外视频图像。该标准红外视频图像中，图像灰度值与成像目标温度之间的函数关系已经被改变，与步骤10中获得的原始图像灰度值与成像目标温度之间的函数关系已经不同，不能直接据以确定成像目标的温度。

本发明的实施例中，根据步骤12中获得的当前帧原始红外图像来计算红外机芯组件对当前帧原始红外图像进行拉伸时的拉伸参数，然后根据该拉伸参数和拉伸后的图像（即标准红外视频图像）还原原始红外图像的原始灰度值，然后根据步骤10中获得的红外图像的原始灰度值与成像目标的温度之间的函数关系，建立标准红外视频图像和物体的温度间的关系。这样，即可根据红外成像系统输出的标准红外视频图像直接确定物体（成像目标）的温度。

下面进行详细描述。

步骤14：确定当前帧原始红外图像的拉伸参数。

获得了当前帧原始红外图像后，即可根据当前帧原始红外图像的灰度最大值、当前帧原始红外图像的灰度最小值、红外成像系统的显示灰度最大值和红外成像系统的显示灰度最小值确定当前帧原始红外图像的拉伸参数。

例如，本发明一个实施例中，拉伸参数包括第一拉伸参数和第二拉伸参数，并且第一拉伸参数和第二拉伸参数满足：

          （2）

其中：Pixel_H为当前帧原始红外图像的灰度最大值，Pixel_L为当前帧原始红外图像的灰度最小值，Max为红外成像系统的显示灰度最大值，Min为红外成像系统的显示灰度最小值，S为第一拉伸参数，O为第二拉伸参数。

获得了当前帧原始红外图像后，Pixel_H和Pixel_L即为已知的，通常情况下，Pixel_H和Pixel_L为14位数据，因此不能直接显示，标准显示接口一般为8位或10位灰度值显示，而对于确定的红外成像系统，Max和Min也是已知的。例如，本发明一个实施例中，在对比度最大的情况下，Max可以为255，Min可以为0。这样，根据上面的公式（2），即可解出第一拉伸参数S和第二拉伸参数O的值。

获得了拉伸参数（第一拉伸参数S和第二拉伸参数O）之后，即可知，红外机芯组件对当前帧原始红外图像的拉伸是按照下式进行的：

Pixel’=Pixel×S+O       (3)

其中Pixel’为当前帧标准红外视频图像的灰度值，Pixel为当前帧原始红外图像的灰度值，S为第一拉伸参数，O为第二拉伸参数。

步骤16：确定物体的温度。

本发明的实施例中，在步骤14中获得了当前帧原始红外图像的拉伸参数，该拉伸参数数据量较小，可通过较简单的接口协议传输。

当系统获得了拉伸参数后，如前文所述，即可根据拉伸后的图像信息（即当前帧标准红外视频图像）还原红外图像原始灰度值，然后根据红外图像的原始灰度值与成像目标的温度之间的函数关系，建立标准红外视频图像和物体的温度间的关系。

例如，本发明一个实施例中，在步骤10中已经确定红外图像的灰度值与成像目标的温度之间的函数关系为公式（1）：

T=a×Pixel²+b×Pixel+c，

而根据公式（3），可知：

       （4）

将公式（4）带入公式（1），即可得：

     （5）

其中T’为当前成像的物体的温度，Pixel’为当前帧标准红外视频图像的灰度值，S为第一拉伸参数，O为第二拉伸参数，a、b、c为二次方程的系数，该二次方程的系数a、b、c在步骤10中即已经获得。

因此，根据公式（5），即可直接通过红外成像系统的当前帧标准红外视频图像的灰度值获得当前成像的物体的温度。

本发明的实施例中，通过黑体定标确定红外成像系统所成的红外图像的灰度值与成像目标的温度之间的函数关系，并对每帧当前帧原始红外图像，确定该当前帧原始红外图像的拉伸参数，这样，通过该函数关系和拉伸参数，即可直接确定使用红外机芯组件实现的红外成像系统输出的当前帧标准红外视频图像的灰度值与成像物体的温度的关系，从而可以根据当前帧标准红外视频图像的灰度值直接确定成像物体的温度。这样，使得使用红外机芯组件实现的红外成像系统也可以直接用来测量物体的温度，解决了红外机芯组件不能实现温度测量的缺陷。

以上通过具体的实施例对本发明进行了说明，但本发明并不限于这些具体的实施例。本领域技术人员应该明白，还可以对本发明做各种修改、等同替换、变化等等，这些变换只要未背离本发明的精神，都应在本发明的保护范围之内。此外，以上多处所述的“一个实施例”表示不同的实施例，当然也可以将其全部或部分结合在一个实施例中。

Claims (8)

1.一种根据标准红外视频图像确定目标温度的方法，其特征在于，包括：

通过黑体定标确定红外成像系统所成的红外图像的原始灰度值与成像目标的温度之间的函数关系；

用所述红外成像系统对物体成像，获得物体的当前帧原始红外图像和当前帧标准红外视频图像；

根据所述当前帧原始红外图像的灰度最大值、当前帧原始红外图像的灰度最小值、所述红外成像系统的显示灰度最大值和所述红外成像系统的显示灰度最小值确定所述当前帧原始红外图像的拉伸参数；

根据所述函数关系、所述当前帧标准红外视频图像和所述拉伸参数确定所述物体的温度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述通过黑体定标确定红外成像系统所成的红外图像的原始灰度值与成像目标的温度之间的函数关系包括：

用所述红外成像系统对至少三个黑体进行红外成像，获得所述至少三个黑体的红外图像灰度值，其中所述至少三个黑体具有不同的温度；

根据所述至少三个黑体的红外图像灰度值和温度，拟合所述红外成像系统所成的红外图像的灰度值与成像目标的温度之间的函数关系。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：

所述函数关系为二次函数。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述拉伸参数包括第一拉伸参数和第二拉伸参数，并且所述第一拉伸参数和所述第二拉伸参数满足：

；

其中：Pixel_H为所述当前帧原始红外图像的灰度最大值，Pixel_L为所述当前帧原始红外图像的灰度最小值，Max为所述红外成像系统的显示灰度最大值，Min为所述红外成像系统的显示灰度最小值，S为第一拉伸参数，O为第二拉伸参数。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：

所述函数关系为二次函数。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述二次函数为：

T=a×Pixel²+b×Pixel+c，

其中T为成像目标的温度，Pixel为所述红外图像的原始灰度值，a、b、c为所述二次函数的系数。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所述函数关系、所述当前帧标准红外视频图像和所述拉伸参数确定所述物体的温度包括：所述物体的温度为：

，

其中T’为所述物体的温度，Pixel’为所述当前帧标准红外视频图像的灰度值，S为所述第一拉伸参数，O为所述第二拉伸参数，a、b、c为所述二次函数的系数。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括：

通过标准成像接口输出所述当前帧标准红外视频图像；

通过数据接口输出所述第一拉伸参数、所述第二拉伸参数和所述二次函数的系数。