CN103528694A

CN103528694A - 一种用红外热像仪测量目标物体的温度的方法

Info

Publication number: CN103528694A
Application number: CN201310436256.2A
Authority: CN
Inventors: 刘子骥; 章翔; 马宣; 李宵; 郑兴; 蒋亚东
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2013-09-24
Filing date: 2013-09-24
Publication date: 2014-01-22
Anticipated expiration: 2033-09-24
Also published as: CN103528694B

Abstract

本发明实施例公开了一种用红外热像仪测量目标物体的温度的方法，其中使用黑体对红外热像仪进行定标，获得其温度-灰度曲线，并利用在不同的红外热像仪的快门温度和黑体温度下获得的图像的灰度值计算红外图像的搬移调整参数，并用搬移调整参数对目标物体的红外图像进行校正，并且对该红外图像进行形变校正，最后根据校正后的红外图像的各个像素点的灰度值和前述的温度-灰度曲线确定目标物体的温度值。这样，通过这些校正极大的减小了环境因素对红外测温的影响，能够精确的测出被测物体的温度。

Description

一种用红外热像仪测量目标物体的温度的方法

技术领域

本发明涉及红外测温技术领域，尤其是涉及一种用红外热像仪测量目标物体的温度的方法。

背景技术

自然界中的一切物体，只要其温度高于绝对零度，就会向外发出射线，利用这些射线的探测和收集，可以获取所需物理量，例如温度测量、物体方位判断、目标识别等等。

红外测温技术可以实现物体表面温度的快速测量。红外测温的准确性受到被测表面的发射率、反射率（或吸收率）、大气透射率、大气温度、环境温度及附近高温物体等等的影响。因此，在进行设备运行状态的红外检测和物体温度测量时，必须考虑各种因素对测温准确性的影响。目前，虽然对红外热像仪测温准确性和补偿修正方法有一定的研究，但其系统性和深入性还有待继续发展和完善。现有技术的红外测温方法中，测温结果受环境因素的影响较大，难以实现准确的温度测量。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种测温结果受环境因素影响较小、温度测量结果较准确的用红外热像仪测量目标物体的温度的方法。

本发明公开的技术方案包括：

提供了一种用红外热像仪测量目标物体的温度的方法，其特征在于，包括：在定标温度下使用黑体对所述红外热像仪进行定标，确定所述红外热像仪的温度-灰度曲线；将所述红外热像仪的快门调节到第一温度，用所述红外热像仪对所述快门进行成像，确定所获得的图像的中心的第一灰度值；将所述黑体调节到所述第一温度，用所述红外热像仪对所述黑体进行成像，确定所获得的图像的中心的第二灰度值；将所述红外热像仪的快门调节到第二温度，用所述红外热像仪对所述快门进行成像，确定所获得的图像的中心的第三灰度值；将所述黑体调节到所述第二温度，用所述红外热像仪对所述黑体进行成像，确定所获得的图像的中心的第四灰度值；根据所述第一灰度值、所述第二灰度值、所述第三灰度值和所述第四灰度值确定所述红外热像仪所成图像的搬移调整参数；用所述红外热像仪对要测量温度的目标物体进行成像，获得所述目标物体的红外图像；根据所述搬移调整参数对所述红外图像进行校正，获得搬移校正红外图像；根据所述定标温度和所述工作温度对所述搬移校正红外图像进行形变校正，获得形变校正红外图像；根据所述形变校正红外图像和所述温度-灰度曲线确定所述目标物体的温度。

本发明一个实施例中，所述定标温度在15摄氏度至25摄氏度的范围内。

本发明一个实施例中，所述第一温度在20摄氏度至60摄氏度的范围内，所述第二温度在20摄氏度至60摄氏度的范围内，并且所述第一温度和所述第二温度不同。

本发明的实施例还提供了一种用红外热像仪测量目标物体的温度的方法，其特征在于，包括：在定标温度下使用黑体对所述红外热像仪进行定标，确定所述红外热像仪的温度-灰度曲线；将所述红外热像仪的快门调节到第一温度，用所述红外热像仪对所述快门进行成像，确定所获得的图像的中心的第一灰度值；将所述黑体调节到所述第一温度，用所述红外热像仪对黑体进行成像，确定所获得的图像的中心的第二灰度值；将所述红外热像仪的快门调节到第二温度，用所述红外热像仪对所述快门进行成像，确定所获得的图像的中心的第三灰度值；将所述黑体调节到所述第二温度，用所述红外热像仪对黑体进行成像，确定所获得的图像的中心的第四灰度值；根据所述第一灰度值、所述第二灰度值、所述第三灰度值和所述第四灰度值确定所述红外热像仪所成图像的搬移调整参数；用所述红外热像仪对要测量温度的目标物体进行成像，获得所述目标物体的红外图像，并获得此时所述快门的工作温度；根据所述定标温度和所述工作温度对所述红外图像进行形变校正，获得形变校正红外图像；根据所述搬移调整参数对所述形变校正红外图像进行校正，获得搬移校正红外图像；根据所述搬移校正红外图像和所述温度-灰度曲线确定所述目标物体的温度。

本发明实施例的方法中，使用黑体对红外热像仪进行定标，获得其温度-灰度曲线，并利用在不同的红外热像仪的快门温度和黑体温度下获得的图像的灰度值计算红外图像的搬移调整参数，并用搬移调整参数对目标物体的红外图像进行校正，并且对该红外图像进行形变校正，最后根据校正后的红外图像的各个像素点的灰度值和前述的温度-灰度曲线确定目标物体的温度值。这样，通过这些校正极大的减小了环境因素对红外测温的影响，能够精确的测出被测物体的温度。

附图说明

图1是本发明一个实施例的用红外热像仪测量目标物体的温度的方法的流程示意图。

图2是本发明一个实施例的红外热像仪的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图详细说明本发明的实施例的用红外热像仪测量目标物体的温度的方法的具体步骤。

图1为本发明一个实施例的用红外热像仪测量目标物体温度的方法的流程示意图。图2为本发明一个实施例的红外热像仪的示意图，其中红外热像仪6包括红外焦平面阵列1、温度传感器2、快门3和红外镜头4。容易理解，红外热像仪6还包括其他的结构，图2中只是示意性地示出了红外热像仪的主要元件。此外，图2中还示出了黑体5。

下面参考图1和图2对本发明的实施例的用红外热像仪测量目标物体的温度的方法进行详细说明。

步骤10：对红外热像仪进行定标，确定红外热像仪的温度-灰度曲线。

本发明的实施例中，在步骤10，在定标温度下使用黑体对红外热像仪进行定标，以确定该红外热像仪的温度-灰度曲线。

这里，对红外热像仪进行定标是指通过实验，建立红外热像仪6的输出灰度值与被测物体的辐射温度值之间的关系。定标的方法为在定标温度下，记录此时的快门3的温度，并且调节黑体5的温度，用红外热像仪对黑体5热成像，记录黑体5的红外图像的中心区域的灰度值和黑体5的温度值；获得多组黑体5的温度值和黑体5的红外图像的中心区域的灰度值，然后以记录的黑体5的温度值为自变量，黑体5的红外图像的中心区域的灰度值为因变量，拟合出红外热像仪的温度-灰度关系，该测得的温度-灰度关系曲线即为红外热像仪6的温度-灰度曲线。

本发明一个实施例中，可以采用四次函数进行拟合，从而得到温度-灰度曲线：P=f（T）。其中T为温度值，f（T）是指T的四次函数，P为灰度值。

本发明的实施例中，这里的定标温度是指定标时的环境温度。一个实施例中，定标温度可以是在15摄氏度至25摄氏度的范围内。

步骤12：获得快门在第一温度时图像中心的第一灰度值。

本发明的实施例中，在步骤12，将红外热像仪的快门调节到第一温度，然后用红外热像仪对快门3进行成像，并确定获得的图像的中心的第一灰度值。

例如，一个实施例中，将红外热像仪的环境温度调节到预定温度（例如，20℃），待红外热像仪工作稳定后，记录此时的快门3的温度T1（由于红外热像仪发热等原因可能比环境温度略高）作为第一温度，并且记录此时获得的快门图像的中心灰度值P1作为第一灰度值。

红外热像仪6的红外焦平面阵列1的探测单元阵列为M×N时，每一帧红外图像将包含M×N个像素点，每个像素点（i,j）具有各自的灰度值P(i,j)。这里的中心灰度值是指红外图像的中心位置处的像素点的灰度值。例如，一个实施例中，这里的中心位置可以是i=M/2，j=N/2（当M、N能被2整除时）的位置。

本发明一个实施例中，前述的第一温度可以是在20摄氏度至60摄氏度的范围内。

步骤14：获得黑体在第一温度时图像中心的第二灰度值。

步骤12中获得了第一灰度值之后，调节黑体5的温度到前述的第一温度T1，并用红外热像仪6对黑体5进行成像，记录此时获得的红外图像的中心灰度值P2作为第二灰度值。

步骤16：获得快门在第二温度时图像中心的第三灰度值。

类似地，将红外热像仪的环境温度调节到预定温度（例如，30℃），待红外热像仪工作稳定后，记录此时的快门3的温度T2（由于红外热像仪发热等原因可能比环境温度略高）作为第二温度，用红外热像仪对快门3进行成像，并且记录此时获得的红外图像的中心灰度值P3作为第三灰度值。

本发明的一个实施例中，该第二温度可以是在20摄氏度至60摄氏度的范围内，并且该第二温度与前述的第一温度不相同。

步骤18：获得黑体在第二温度时图像中心的第四灰度值。

类似地，调节黑体5的温度到前述的第二温度T2，并用红外热像仪6对黑体5进行成像，记录此时获得的红外图像的中心灰度值P4作为第四灰度值。

前述步骤中，与步骤12中类似，其中的“中心灰度值”均是指红外图像的中心位置处的像素点的灰度值。

步骤20：计算红外图像的搬移调整参数。

本发明的实施例中，获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后，在步骤20中，根据该第一灰度值、第二灰度值、第三灰度值和第四灰度值确定红外图像的搬移调整参数。

例如，一个实施例中，把第一灰度和第二灰度作为第一组数据，第三灰度和第四灰度作为第二组数据，并且把第一组数据和第二组数据代入公式：

Figure 2013104362562100002DEST_PATH_IMAGE001

。

其中P1是步骤12获得的第一灰度值；P2是步骤14获得的第二灰度值；P3是步骤16获得的第三灰度值；P4是步骤18获得的第四灰度值；A是搬移调整参数中的拉伸参数，B为搬移调整参数中的增益参数。

通过已知的四个灰度值P1、P2、P3和P4，即可求解出未知的搬移调整参数A和B。

步骤22：获得目标物体的红外图像。

步骤22中，红外热像仪开始工作，在工作温度下对目标物体进行红外成像，获得目标物体的红外图像。这里，工作温度是指红外热像仪工作时的红外热像仪的快门3的温度。

步骤24：用搬移调整参数校正红外图像。

获得了目标物体的红外图像之后，用在步骤20中获得的搬移调整参数对该红外图像进行校正，以获得搬移校正红外图像。

例如，一个实施例中，对红外图像的搬移调整校正可以按照下式进行：

。

其中，T_w为前述的工作温度；P_Tw为快门灰度值，即红外热像仪对快门成像，红外图像中心灰度值；f（T_w）为步骤10中获得的温度-灰度曲线在温度为T_w时的值；P（i，j）为目标物体的红外图像中像素点（i，j）的灰度值；S（i，j）是搬移校正后获得的搬移校正红外图像的像素点（i，j）的值；A为在搬移调整参数中的拉伸参数；B为搬移调整参数中的增益参数。其中i、j分别表示像素点所在的行和所在的列，i和j均为大于等于0的整数，且其中0≤i≤(M-1)，0≤j≤(N-1)；M、N分别表示红外焦平面探测器的探测单元阵列的行数和列数，均为大于0的自然数。

步骤26：形变校正红外图像。

本发明的实施例中，在步骤24中获得搬移校正红外图像之后，在步骤26中，根据前述的定标温度和工作温度，对该搬移校正红外图像进行形变校正，获得形变校正红外图像。

例如，一个实施例中，使用如下方法进行形变校正：

。

其中，a为可调变量， T_w为前述的工作温度；T_d为步骤10中定标时的定标温度；f（T_w）为步骤10中获得的温度-灰度曲线在温度为T_w时的值；S（i，j）是搬移校正后获得的搬移校正红外图像的像素点（i，j）的值；W（i，j）是形变校正后获得的形变校正红外图像的像素点（i，j）的值。其中i、j分别表示像素点所在的行和所在的列，i和j均为大于等于0的整数，且其中0≤i≤(M-1), 0≤j≤(N-1)；M、N分别表示红外焦平面探测器的探测单元阵列的行数和列数，均为大于0的自然数。

可调变量a的确定方法为：首先设定a的值0，采用本方法测量黑体的温度，若测温不准，调节a的值，直到测温准确为止。

步骤28：根据校正后的图像确定目标物体的温度。

获得了形变校正红外图像之后，步骤28中，根据该形变校正红外图像和前述的温度-灰度曲线确定目标物体的温度。

例如，可以将步骤26中得到的W（i，j）代入步骤10中获得的温度-灰度曲线中，求出对应的温度值。方法如下：

。

其中W（i，j）是步骤26中获得的形变校正红外图像的像素点（i，j）的值，f [T（i，j）]为步骤10中的温度-灰度曲线在T（i，j）处的值；T（i，j）是最后求出的目标物体的温度值。其中i、j分别表示像素点所在的行和所在的列，i和j均为大于等于0的整数，且其中0≤i≤(M-1), 0≤j≤(N-1)；M、N分别表示红外焦平面探测器的探测单元阵列的行数和列数，均为大于0的自然数。

本发明的实施例中，步骤24和步骤26的顺序可以交换，即，在步骤22获得目标物体的红外图像之后，首先执行步骤26，即根据前述的定标温度和工作温度，对红外图像进行形变校正，获得形变校正红外图像；然后执行步骤24，即用在步骤20中获得的搬移调整参数对该形变校正红外图像进行校正，以获得搬移校正红外图像。随后在步骤28中，根据该搬移校正红外图像和前述的温度-灰度曲线确定目标物体的温度。

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

1.一种用红外热像仪测量目标物体的温度的方法，其特征在于，包括：

在定标温度下使用黑体对所述红外热像仪进行定标，确定所述红外热像仪的温度-灰度曲线；

将所述红外热像仪的快门调节到第一温度，用所述红外热像仪对所述快门进行成像，确定所获得的图像的中心的第一灰度值；

将所述黑体调节到所述第一温度，用所述红外热像仪对黑体进行成像，确定所获得的图像的中心的第二灰度值；

将所述红外热像仪的快门调节到第二温度，用所述红外热像仪对所述快门进行成像，确定所获得的图像的中心的第三灰度值；

将所述黑体调节到所述第二温度，用所述红外热像仪对黑体进行成像，确定所获得的图像的中心的第四灰度值；

根据所述第一灰度值、所述第二灰度值、所述第三灰度值和所述第四灰度值确定所述红外热像仪所成图像的搬移调整参数；

用所述红外热像仪对要测量温度的目标物体进行成像，获得所述目标物体的红外图像，并获得此时所述快门的工作温度；

根据所述搬移调整参数对所述红外图像进行校正，获得搬移校正红外图像；

根据所述定标温度和所述工作温度对所述搬移校正红外图像进行形变校正，获得形变校正红外图像；

根据所述形变校正红外图像和所述温度-灰度曲线确定所述目标物体的温度。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述定标温度在15摄氏度至25摄氏度的范围内。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第一温度在20摄氏度至60摄氏度的范围内，所述第二温度在20摄氏度至60摄氏度的范围内，并且所述第一温度和所述第二温度不相同。

4.一种用红外热像仪测量目标物体的温度的方法，其特征在于，包括：

根据所述定标温度和所述工作温度对所述红外图像进行形变校正，获得形变校正红外图像；

根据所述搬移调整参数对所述形变校正红外图像进行校正，获得搬移校正红外图像；

根据所述搬移校正红外图像和所述温度-灰度曲线确定所述目标物体的温度。