CN103335722B - 红外热像仪校正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种红外热像仪校正方法，包括探测器摆动范围校正、快门片与镜头的温度传感器校正、快门片温度模型校正、镜头温度模型校正、镜头和探测器焦平面衰减系数校正、温度曲线拟合及动态调整红外热像仪动态范围校正步骤。本发明方法对镜筒，快门，探测器单独校正，可以保证其各个零部件的通用性，保证零部件失效的情况下，现场就可以解决问题，而不需要返厂，可以为客户提供极大的方便；同时根据环境对热像仪进行动态调整大大提高了热像仪的精准性。
Description
技术领域
本发明涉及一种设备校正方法，特别是涉及一种红外热像仪校正方法。
背景技术
红外热像仪是20世纪70年代末80年代初在国防应用以及其他战略与战术应用的推动下发展起来的，它是获取景物红外热辐射信息的重要光电器件。除应用于传统的局势成像外，红外焦平面探测器还广泛应用于工业自控、医疗诊断、化学过程检测、红外天文学等领域。
红外热像仪生产组装后，并不能直接使用，只是一台通用的成像仪，无法实现其要求的工程,如要实现其测温功能，必须对探测器摆动范围、传感器、镜筒温度、温度曲线等各个主要测温部件进行修正或标定，才能实现热像仪的测温功能。
传统的热像仪都会有非均匀性校正过程，一般会在出厂之前进行标定，将非均匀性校正参数固化在热像仪内部。但由于长时间使用或使用环境与标定环境差异太大，往往固化的非均匀性校正参数会出现完全或部分失效。这时，热像仪就需要回厂重新用黑体进行标定，并将新数据再次固化，因此给使用上带来许多不便。
目前市面上的在线式红外热成像测温仪继承了手持式红外热成像测温仪的三个缺点。其一、为了防止红外热成像测温仪不出现截止和饱和的状态，进而影响测温精度和成像效果，用户必须根据现场的条件，以及目标的温度，手动修改红外热成像测温仪的动态响应指标。其二、如果红外热成像测温仪的核心零部件失效，必须返厂重新做温度曲线和温漂试验。其三、开机之后必须等待红外热成像测温仪的内部温度稳定之后，才能保证测温的准确性。而在线式红外热成像测温仪如果能完整的实现在线功能，本身也必须具备三个特性。其一、运行无人化；其二、避免频繁的安装与拆卸，其三、响应速度快。因此，这三个特性使得在线式红外热成像测温仪必须克服上述手持式红外热成像测温仪三个不足的方面。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足而提供一种红外热像仪校正方法，从而提高其检测的准确性及灵敏度。
本发明为解决上述存在的问题所采用的技术方案为，包括：
步骤一，探测器摆动范围校正：
在在线式红外热成像测温仪前面可成像范围内放置2个黑体，等其内部温度稳定之后，采集2个黑体的温度值数据Data1与Data2，如果Data2与Data1之间的差值不在设定的测温范围之内时，修改探测器动态范围，直到Data2与Data1的差值在设定范围之内；
步骤二，快门片与镜头的温度传感器校正：
取同批次的温度传感器，放置在高低温试验箱中，读取各个传感器温度值Tr，Ts为校正之后的温度，取Ts＝k×Tr+b,反求各个温度传感器的k与b值，将求得的k、b输入到传感器中；
步骤三，快门片温度模型校正：
针对不同的快门片温度，读取快门片的响应值ADshutter(t),利用ADshutter(t)＝a1×t4+a2×t3+a3×t2+a4×t++a5，进行拟合，求出a1,a2,a3,a4,a5参数值，并将该数值输入到测温仪中；
步骤四，镜头温度模型校正：
针对不同的镜头温度，读取镜头的响应值ADbarrel(t),利用ADbarrel(t)＝b1×t4+b2×t3+b3×t2+b4×t++b5，进行拟合，求出b1,b2,b3,b4,b5 5个参数，并将该数值输入到测温仪中；
步骤五：镜头衰减系数校正
在在线式红外热成像测温仪前面放置2个黑体，等其内部温度稳定之后，采集2个黑体的温度值数据Data1ˊ与Data2ˊ，并记录此时镜头温度T1ˊ；对镜头进行加热，等待温度稳定之后，采集2个黑体的温度值数据Data3ˊ与Data4ˊ，并记录下此时镜头温度T2ˊ，求衰减系数Kdecˊ＝[(Data4ˊ–Data3ˊ)–(Data2ˊ–Data1ˊ)]/(T2ˊ–T1ˊ)，并将该数值输入到测温仪中；
步骤六：探测器焦平面衰减系数校正
在在线式红外热成像测温仪前面放置2个黑体，等其内部温度稳定之后，采集2个黑体的温度值数据Data1〞与Data2〞，并记录此时焦平面温度T1〞；对镜头进行加热，等待温度稳定之后，采集2个黑体的温度数据Data3〞与Data4〞，并记录下此时焦平面温度T2〞，用公式Kdec〞＝[(Data4〞–Data3〞)–(Data2〞–Data1〞)]/(T2〞–T1〞)，并将该数值输入到测温仪中；
步骤七：温度曲线拟合
在在线式红外热成像测温仪前面放置10台黑体，各黑体设置不同的温度，等待在线式红外热成像测温仪的内部温度稳定之后，快速的采集10台黑体的响应值，分别为AD1，AD2，AD3，AD4，AD5，AD6，AD7，AD8，AD9，AD10，用高于4次的曲线，对此数据进行拟合，便可得到该在线式红外热成像测温仪的温度曲线；
步骤八：动态调整红外热成像测温仪的动态范围
根据探测器的相应范围设定探测器有效的响应范围为[Thl,Thh],对面阵上所有像素点的响应进行统计处理，设置处理阈值MaxOverflow，当有MaxOverflow个点在[Thl,Thh]之外时，此时就需调整在线式红外测温仪的动态范围，具体调整方式如下：
1)当仅仅只有大于MaxOverflow个点的响应在[Thl,Thh]之外，且都小于Thl时，调整在线式红外热成像测温仪的动态偏移值，直到有小于MaxOverflow个点都在[Thl,Thh]范围之外；
2)当仅仅只有大于MaxOverflow个点的响应在[Thl,Thh]之外，且都大于Thh时，调整在线式红外热成像测温仪的动态偏移值，直到有小于MaxOverflow个点都在[Thl,Thh]范围之外；
3)当有大于MaxOverflow个点的响应在[Thl,Thh]之外，且一部分大于Thh，一部分小于Thl时，在降低在线式红外热成像测温仪的灵敏度的同时，分别向2个方向调整其偏移值，直到满足有小于MaxOverflow个点都在[Thl,Thh]范围之外。
按上述方案，在执行步骤七时，十个黑体的温差等额递增，相邻两黑体温差不大于40℃。
按上述方案，在执行步骤七时，黑体温度以30℃为梯度，分别设置黑体的温度为0℃，30℃，60℃，90℃，120℃，150℃，180℃，210℃，240℃，270℃。
本发明有益效果在于：
1、智能调整动态范围可以保证在一些异常的情况下，热像仪工作正常，例如在线式红外热成像测温仪工作的视场范围内，有极低温，或者极高温的目标出现，设备会出现响应饱和或者截止的情况，导致测温成像异常；
2、智能调整动态范围可以保证在在线式红外热成像仪可以在一些超高温，或者超低温环境下工作，保证成像和测温正常。
3、镜筒，快门，探测器单独校正，可以保证其各个零部件的通用性，保证零部件失效的情况下，现场就可以解决问题，而不需要返厂，可以为客户提供极大的方便。
4、开机即能测温，无需等待内部温度稳定，此功能一方面可以减少在线式红外热成像测温仪的使用时间，延长使用寿命，另一方面在一些特殊的场合下，无需工作人员提前开机预热，降低人工成本。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本实用新型。
本发明为解决上述存在的问题所采用的技术方案为，包括：
步骤一，探测器摆动范围校正：
在在线式红外热成像测温仪前面可成像范围内(本实施例为五米)放置2个黑体，本实施例两黑体距离成像仪的间距为5米，等其内部温度稳定之后，采集2个黑体的温度值数据Data1与Data2。如果Data2与Data1之间的差值不在设定的范围之内时，修改探测器动态范围，直到Data2与Data1的差值在设定范围之内；
步骤二，快门片与镜头的温度传感器校正：
取同批次的温度传感器，放置在高低温试验箱中，读取各个传感器温度值Tr，Ts为校正之后的温度，取Ts＝k×Tr+b,反求各个温度传感器的k与b值，将求得的k、b输入到传感器中；
步骤三，快门片温度模型校正：
针对不同的快门片温度t，读取快门片的响应值ADshutter(t),利用ADshutter(t)＝a1×t4+a2×t3+a3×t2+a4×t+a5，进行拟合，求出a1,a2,a3,a4,a5参数值，将此五个参数对应的值输入测温仪对应的参数中；
步骤四，镜筒温度模型校正
针对不同的镜头温度t，读取镜头的响应值ADbarrel(t),利用ADbarrel(t)＝b1×t4+b2×t3+b3×t2+b4×t+b5，进行拟合，求出b1,b2,b3,b4,b5 5个参数，并将该数值输入到测温仪中；
步骤五，镜头衰减系数(透过率)校正：
在在线式红外热成像测温仪前面放置2个黑体，等其内部温度稳定之后，采集2个黑体的温度值数据Data1ˊ与Data2ˊ，并记录此时镜头温度T1ˊ；对镜头进行加热，等待温度稳定之后，采集2个黑体的温度值数据Data3ˊ与Data4ˊ，并记录下此时镜筒温度T2ˊ，求衰减系数Kdecˊ＝[(Data4ˊ–Data3ˊ)–(Data2ˊ–Data1ˊ)]/(T2ˊ–T1ˊ)，并将该数值输入到测温仪中；
步骤六，探测器焦平面衰减系数(灵敏度)校正：
在在线式红外热成像测温仪前面放置2个黑体，等其内部温度稳定之后，采集2个黑体的温度值数据Data1〞与Data2〞，并记录此时焦平面温度T1〞；对镜头进行加热，等待温度稳定之后，采集2个黑体的温度数据Data3〞与Data4〞，并记录下此时焦平面温度T2〞，用公式Kdec〞＝[(Data4〞–Data3〞)–(Data2〞–Data1〞)]/(T2〞–T1〞)，并将该数值输入到测温仪中；
步骤七，温度曲线拟合：
在在线式红外热成像测温仪前面放置10台黑体，以30℃为梯度，分别设置黑体的温度为0℃，30℃，60℃，90℃，120℃，150℃，180℃，210℃，240℃，270℃，等待在线式红外热成像测温仪的内部温度稳定之后，快速的采集10台黑体的响应值，分别为AD1，AD2，AD3，AD4，AD5，AD6，AD7，AD8，AD9，AD10，用高于4次的曲线，对此数据进行拟合，便可得到该在线式红外热成像测温仪的温度曲线函数，将温度曲线函数输入到测温仪中；
步骤八：动态调整红外热成像测温仪的动态范围
本实施例探测器型号为UL03162，其面阵大小为384×288，处理电路板采用14Bit的AD转换器，因此响应范围为0-16383之间)选取探测器有效的响应范围为[Thl,Thh],其中Thl＝2000，Thh＝14383,该实用新型实时对面阵上所有像素点的响应进行统计处理，设置处理阈值MaxOverflow为200，当有MaxOverflow个点在[Thl,Thh]之外时，此时就需调整在线式红外测温仪的动态范围，具体调整方式如下：
1)当仅仅只有大于MaxOverflow个点的响应在[Thl,Thh]之外，且都小于Thl时，调整在线式红外热成像测温仪的动态偏移值，直到有小于MaxOverflow个点都在[Thl,Thh]范围之外；
2)当仅仅只有大于MaxOverflow个点的响应在[Thl,Thh]之外，且都大于Thh时，调整在线式红外热成像测温仪的动态偏移值，直到有小于MaxOverflow个点都在[Thl,Thh]范围之外；
3)当有大于MaxOverflow个点的响应在[Thl,Thh]之外，且一部分大于Thh，一部分小于Thl时，在降低在线式红外热成像测温仪的灵敏度的同时，分别向2个方向调整其偏移值，直到满足有小于MaxOverflow个点都在[Thl,Thh]范围之外。
Claims (3)
1.一种红外热像仪校正方法，包括：
步骤一，探测器摆动范围校正：
在在线式红外热成像测温仪前面可成像范围内放置2个黑体，等其内部温度稳定之后，采集2个黑体的温度值数据Data1与Data2，如果Data2与Data1之间的差值不在设定的测温范围之内时，修改探测器动态范围，直到Data2与Data1的差值在设定范围之内；
步骤二，快门片与镜头的温度传感器校正：
取同批次的温度传感器，放置在高低温试验箱中，读取各个传感器温度值Tr，Ts为校正之后的温度，取Ts＝k×Tr+b,反求各个温度传感器的k与b值，将求得的k、b输入到传感器中；
步骤三，快门片温度模型校正：
针对不同的快门片温度t，读取快门片的响应值ADshutter(t),利用ADshutter(t)＝a1×t4+a2×t3+a3×t2+a4×t+a5，进行拟合，求出a1,a2,a3,a4,a5参数值，并将该数值输入到测温仪中，其中t为快门片温度；
步骤四，镜头温度模型校正：
针对不同的镜头温度t，读取镜头的响应值ADbarrel(t),利用ADbarrel(t)＝b1×t4+b2×t3+b3×t2+b4×t+b5，进行拟合，求出b1,b2,b3,b4,b5 5个参数，并将该数值输入到测温仪中；
步骤五：镜头衰减系数校正
在在线式红外热成像测温仪前面放置2个黑体，等其内部温度稳定之后，采集2个黑体的温度值数据Data1ˊ与Data2ˊ，并记录此时镜头温度T1ˊ；对镜头进行加热，等待温度稳定之后，采集2个黑体的温度值数据Data3ˊ与Data4ˊ，并记录下此时镜头温度T2ˊ，求衰减系数Kdecˊ＝[(Data4ˊ–Data3ˊ)–(Data2ˊ–Data1ˊ)]/(T2ˊ–T1ˊ)，并将该数值输入到测温仪中；
步骤六：探测器焦平面衰减系数校正
在在线式红外热成像测温仪前面放置2个黑体，等其内部温度稳定之后，采集2个黑体的温度值数据Data1〞与Data2〞，并记录此时焦平面温度T1〞；对镜头进行加热，等待温度稳定之后，采集2个黑体的温度值数据Data3〞与Data4〞，并记录下此时焦平面温度T2〞，用公式Kdec〞＝[(Data4〞–Data3〞)–(Data2〞–Data1〞)]/(T2〞–T1〞)，并将该数值输入到测温仪中；
步骤七：温度曲线拟合
在在线式红外热成像测温仪前面放置10台黑体，各黑体设置不同的温度，等待在线式红外热成像测温仪的内部温度稳定之后，快速的采集10台黑体的响应值，分别为AD1，AD2，AD3，AD4，AD5，AD6，AD7，AD8，AD9，AD10，用高于4次的曲线，对此数据进行拟合，便可得到该在线式红外热成像测温仪的温度曲线；
步骤八：动态调整红外热成像测温仪的动态范围
根据探测器的相应范围设定探测器有效的响应范围为[Thl,Thh],对面阵上所有像素点的响应进行统计处理，设置处理阈值MaxOverflow，当有MaxOverflow个点在[Thl,Thh]之外时，此时就需调整在线式红外测温仪的动态范围，具体调整方式如下：
1)当仅仅只有大于MaxOverflow个点的响应在[Thl,Thh]之外，且都小于Thl时，调整在线式红外热成像测温仪的动态偏移值，直到有小于MaxOverflow个点都在[Thl,Thh]范围之外；
2)当仅仅只有大于MaxOverflow个点的响应在[Thl,Thh]之外，且都大于Thh时，调整在线式红外热成像测温仪的动态偏移值，直到有小于MaxOverflow个点都在[Thl,Thh]范围之外；
3)当有大于MaxOverflow个点的响应在[Thl,Thh]之外，且一部分大于Thh，一部分小于Thl时，在降低在线式红外热成像测温仪的灵敏度的同时，分别向2个方向调整其偏移值，直到满足有小于MaxOverflow个点都在[Thl,Thh]范围之外。
2.根据权利要求1所述的红外热像仪校正方法，其特征在于：在执行步骤七时，十个黑体的温差等额递增，相邻两黑体温差不大于40℃。
3.根据权利要求2所述的红外热像仪校正方法，其特征在于：在执行步骤七时，黑体温度以30℃为梯度，分别设置黑体的温度为0℃，30℃，60℃，90℃，120℃，150℃，180℃，210℃，240℃，270℃。
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