CN104568157A - 一种提高热红外成像测温精度的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种提高热红外成像测温精度的装置，包括深度相机、红外热像仪、分束器和数据处理单元；所述深度相机中带有主动光源，所述主动光源用于使用预设频率的光脉冲对被测目标进行照射；所述分束器距所述深度相机和所述红外热像仪的距离相等，所述分束器为半透半反分束器；所述深度相机用于获取被测目标的深度图像；所述红外热像仪用于获取被测目标的热红外图像；所述数据处理单元用于将所述深度相机获得的深度图像和所述红外热像仪获得的热红外图像进行匹配，利用深度图像上每点的深度信息，对热红外图像中每个测温点的值进行距离补偿，实现距离影响的精确修正。本发明能够实现距离影响的精确修正。
Description
技术领域
本发明涉及热红外成像测温技术领域，具体涉及一种提高热红外成像测温精度的装置及方法。
背景技术
无论制冷型还是非制冷型热红外成像系统，在对常温目标进行温度测量时，距离影响都是一个至关重要的因素。一方面，距离变化会造成测量目标和热像仪之间的大气透过率差异。另一方面，距离变化造成中间大气本身辐射的差异。这些因素影响了对常温目标的测温精度。
为了解决上述问题，常规上均采用距离补偿的方法。比如预算测定距离，再在测温反演算法中进行补偿。或者在热像仪系统上安装距离传感器，每次对测量结果进行自动补偿。但是当测量目标是凹凸不平的物体时，由于仅采用测量目标中一个点的距离参数进行补偿，这样存在较大误差。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种提高热红外成像测温精度的装置及方法，能够实现距离影响的精确修正。
第一方面，本发明提供了一种提高热红外成像测温精度的装置，包括深度相机、红外热像仪、分束器和数据处理单元；
所述深度相机中带有主动光源，所述主动光源用于使用预设频率的光脉冲对被测目标进行照射；
所述分束器距所述深度相机和所述红外热像仪的距离相等，所述分束器为半透半反分束器，所述分束器接收被测目标反射的光脉冲和被测目标的辐射信息，经反射和透射分成相同的两部分，其中透射部分进入红外热像仪，反射部分进入深度相机；
所述深度相机用于获取被测目标的深度图像；
所述红外热像仪用于获取被测目标的热红外图像；
所述数据处理单元用于将所述深度相机获得的深度图像和所述红外热像仪获得的热红外图像进行匹配，利用深度图像上每点的深度信息，对热红外图像中每个测温点的值进行距离补偿，实现距离影响的精确修正。
优选地，所述主动光源为近红外光。
优选地，所述装置还包括滤波片转轮，所述滤波片转轮置于所述红外热像仪前端，通过旋转滤波片转轮获得不同波段的热红外图像。
优选地，所述分束器的透射材料为溴化钾，反射材料为金膜。
第二方面，本发明还提供了一种提高热红外成像测温精度的方法，包括：
S1.深度相机上的主动光源发射预设频率的光脉冲对被测目标进行照射；
S2.经被测目标反射的光脉冲与被测目标的辐射信息进入分束器，经反射和透射分成相同的两部分；
S3.所述反射部分进入深度相机，获得被测目标的深度图像；
S4.所述透射部分进入红外热像仪，获得被测目标的热红外图像；
S5.将所述深度图像和所述热红外图像进行匹配，利用深度图像上每点的深度信息，对热红外图像中每个测温点的值进行距离补偿，实现距离影响的精确修正。
优选地，所述步骤S4还包括：所述透射部分先经过红外热像仪前置的滤波片转轮，旋转滤波片转轮以获得被测目标不同波段的热红外图像。
优选地，旋转滤波片转轮以分别选用8-10微米和12-13微米的滤波片，获得被测目标8-10微米和12-13微米的热红外辐射。
本发明至少具有如下的有益效果：
本发明所述的装置及方法可以提高热红外成像测温精度，通过热像仪和深度相机同步测量的方式，获得每一个测温点的距离参数，进而实现距离影响精确修正。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一提供的提高热红外成像测温精度的装置的结构示意图；
图2是本发明实施例二提供的提高热红外成像测温精度的装置的结构示意图；
图3是本发明实施例三提供的提高热红外成像测温精度的方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，本发明实施例提出了一种提高热红外成像测温精度的装置，包括深度相机11、红外热像仪12、分束器13和数据处理单元14；
所述深度相机11中带有主动光源，所述主动光源用于使用预设频率的光脉冲对被测目标进行照射；
所述分束器13距所述深度相机和所述红外热像仪的距离相等，所述分束器为半透半反分束器，所述分束器接收被测目标反射的光脉冲和被测目标的辐射信息，经反射和透射分成相同的两部分，其中透射部分进入红外热像仪，反射部分进入深度相机；
所述深度相机11用于获取被测目标的深度图像；
所述红外热像仪12用于获取被测目标的热红外图像；
所述数据处理单元14用于将所述深度相机获得的深度图像和所述红外热像仪获得的热红外图像进行匹配，利用深度图像上每点的深度信息，对热红外图像中每个测温点的值进行距离补偿，实现距离影响的精确修正。
本发明实施例一所述的装置可以提高热红外成像测温精度，通过热像仪和深度相机同步测量的方式，获得每一个测温点的距离参数，进而实现距离影响精确修正。
本实施例二所述的装置用于提高热红外图像测温的测量精度。通过实施例二提供的装置，可以获取被测目标整幅图像的深度信息，实现热红外图像测温距离影响的准确修正。
图2是本发明实施例二提供的提高热红外成像测温精度的装置的结构示意图，其中，1表示深度相机的主动光源，2表示被测目标，3表示分束器，4表示滤波片转轮，5表示红外热像仪，6表示深度相机。
假设被测目标2为形状不规则的物体，使用本装置对热红外图像测温进行距离修正。
其中，深度相机主动光源1使用特定频率(能和被测目标的热辐射区别开的频率就可以)的光脉冲对被测目标2进行照射(优选地，所述主动光源1为近红外光)；经被测目标2反射的光脉冲与被测目标2的辐射信息进入分束器3，经反射和透射分成相同的两部分；反射部分进入深度相机6，经过深度相机6处理得出被测目标整幅图像的深度信息；透射部分先经过红外热像仪5前置的滤波片转轮4，通过旋转滤波片转轮4选择性获得不同波段的热红外辐射图像；获得后的热图像数据和深度图像数据进行匹配，进而利用深度相机图像的每点信息，得到被测目标每一个测温点的距离信息，实现距离影响的精确修正。
该装置使用分束器3作为同轴光学系统连接红外热像仪5与深度相机6，以保证它们的视场相同。分束器3采用半透半反，透射材料选用溴化钾，反射材料选用金膜，并且深度相机6与红外热像仪5到分束器3的距离相等。测量时使用深度相机6自带的主动光源1照射被测目标区域，经反射与被测目标热辐射共同进入分束器3。由于深度相机发射的光源为近红外光，被测目标的热辐射主要处在中红外，因此对彼此测量没有影响。反射部分通过深度相机测量，经过深度相机处理，得出被测目标整幅图像的深度信息。
其中，深度相机通过主动给目标连续发送光脉冲，然后用传感器接收从物体返回的光，通过探测入射光与反射光相对相移关系来得到目标物距离。相对于逐点扫描的3D激光传感器，深度相机则是同时得到整幅图像的深度信息。
透射部分通过置于红外热像仪5镜头前的滤光片转轮4，分别选用8-10微米和12-13微米的滤波片，可以选择性获得不同波段的热红外辐射，这种方法的有益效果是可以同时测量两个波段的辐射量，可以在未知目标发射率的情况下避免发射率误差影响。根据图像的边缘锐化等参数，对获得后的热图像数据和深度图像数据进行匹配，进而利用深度相机图像的深度信息，得到被测目标每一个测温点的距离信息，实现距离影响的精确修正。
综上所述，本发明实施例采用热像仪和深度相机同步测量的方式，获得测量目标整幅图像中每一个测温点的距离参数，进而实现距离影响的精确修正。
参见图3，本发明实施例三还提出了一种提高热红外成像测温精度的方法，包括如下步骤：
步骤101：深度相机上的主动光源发射预设频率的光脉冲对被测目标进行照射。
步骤102：经被测目标反射的光脉冲与被测目标的辐射信息进入分束器，经反射和透射分成相同的两部分。
步骤103：所述反射部分进入深度相机，获得被测目标的深度图像。
步骤104：所述透射部分进入红外热像仪，获得被测目标的热红外图像。
步骤105：将所述深度图像和所述热红外图像进行匹配，利用深度图像上每点的深度信息，对热红外图像中每个测温点的值进行距离补偿，实现距离影响的精确修正。
其中，所述主动光源为近红外光。
其中，所述步骤104还包括：所述透射部分先经过红外热像仪前置的滤波片转轮，旋转滤波片转轮以获得被测目标不同波段的热红外图像。
通过热像仪镜头前的滤光片转轮，选用8-10微米和12-13微米的滤波片，获取2种不同波段的辐射量，通过联立普朗克辐射方程，在未知目标发射率的情况下，也可以实现测温，从而避免了未知目标发射率对测温的影响，当然，选择其他波段的滤波片也是可以的。
本发明实施例提供的方法可以提高热红外成像测温精度，通过热像仪和深度相机同步测量的方式，获得每一个测温点的距离参数，进而实现距离影响精确修正。
以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种提高热红外成像测温精度的装置，其特征在于，包括深度相机、红外热像仪、分束器和数据处理单元；
所述深度相机中带有主动光源，所述主动光源用于使用预设频率的光脉冲对被测目标进行照射；
所述分束器距所述深度相机和所述红外热像仪的距离相等，所述分束器为半透半反分束器，所述分束器接收被测目标反射的光脉冲和被测目标的辐射信息，经反射和透射分成相同的两部分，其中透射部分进入红外热像仪，反射部分进入深度相机；
所述深度相机用于获取被测目标的深度图像；
所述红外热像仪用于获取被测目标的热红外图像；
所述数据处理单元用于将所述深度相机获得的深度图像和所述红外热像仪获得的热红外图像进行匹配，利用深度图像上每点的深度信息，对热红外图像中每个测温点的值进行距离补偿，实现距离影响的精确修正。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述主动光源为近红外光。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括滤波片转轮，所述滤波片转轮置于所述红外热像仪前端，通过旋转滤波片转轮获得不同波段的热红外图像。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述分束器的透射材料为溴化钾，反射材料为金膜。
5.一种利用权利要求1～4任一所述的装置提高热红外成像测温精度的方法，其特征在于，包括：
S1.深度相机上的主动光源发射预设频率的光脉冲对被测目标进行照射；
S2.经被测目标反射的光脉冲与被测目标的辐射信息进入分束器，经反射和透射分成相同的两部分；
S3.所述反射部分进入深度相机，获得被测目标的深度图像；
S4.所述透射部分进入红外热像仪，获得被测目标的热红外图像；
S5.将所述深度图像和所述热红外图像进行匹配，利用深度图像上每点的深度信息，对热红外图像中每个测温点的值进行距离补偿，实现距离影响的精确修正。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤S4还包括：所述透射部分先经过红外热像仪前置的滤波片转轮，旋转滤波片转轮以获得被测目标不同波段的热红外图像。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，旋转滤波片转轮以分别选用8-10微米和12-13微米的滤波片，获得被测目标8-10微米和12-13微米的热红外辐射。
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