CN105628208A - 一种基于红外成像系统的温度测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及温度测量领域，具体属于一种基于红外成像系统的温度测量方法。它包括：步骤一：划分温度区间划分n个温度标定区间；步骤二：标定得到每个焦平面温度值的温度参数；步骤三：探测，先计算比例系数q，然后计算温度值T。本发明具有如下优点：利用温度定标参数根据焦平面温度动态插值的方法，可以使测温系统适应环境温度的变化，并且红外成像系统不受大雾等天气的影响，极大的提高了测温系统的适应性；温度定标参数一经标定，可以长期使用而不需要再重复标定，实现了测温系统“免维护”的需求，节省了各种成本；同时，温度定标的套数以及每套之间的温度间隔可以根据实际应用调整，具有很强的灵活性。

Description

一种基于红外成像系统的温度测量方法

技术领域

本发明涉及温度测量领域，具体属于一种基于红外成像系统的温度测量方法。

背景技术

非制冷红外成像系统体积小、质量轻、功耗低，极具市场竞争力。在军事应用领域，非制冷红外成像系统特别适合低成本的轻武器使用；而在民用方面，非制冷红外成像系统在非接触温度测量、安防监控、辅助驾驶等方面具有广阔的市场应用前景。

随着工农业、国防事业、医学等的发展，在许多场合，温度测量逐步上升为主要矛盾，例如在不停机的情况下对机械设备、电力设备、生产设备等进行温度测量；火箭、飞机尾焰温度测量；光纤拉制和玻璃板弯曲温度测量等，这是传统常规测温方法不能解决的测温难题。在这种情况下，利用非接触、无损测量的红外测温技术可快速对物体温度进行测量。非接触红外测温具有如下优点：测量不干扰被测温场，不影响温场分布，从而具有较高的测量准确度；测温范围宽，在理论上无测量上限，可以测量相当高的温度；探测器的响应时间短，反应速度快，易于快速与动态测量；不必接触被测物体，操作方便；可以确定微小目标的温度。目前，红外测温技术由于自身的优点以及解决了许多传统测温方法不能解决的难题得到了快速的发展以及广泛的应用。

发明内容

针对以上现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于红外成像系统的温度测量方法。

本发明采用如下技术方案：一种基于红外成像系统的温度测量方法，其中，包括下述步骤：

步骤一：划分温度区间

划分n个温度标定区间；

步骤二：标定

在温度标定区间的每个温度范围内，将红外成像器黑体中保温，然后记录温度及红外成像器输出，对每个温度区间进行参数拟合，得到每个焦平面温度值(T₁,T₂,…T_n)的温度参数(A₁,A₂,…A_m,B₁,B₂,…B_m,C₁,C₂,…C_m)；

步骤三：探测

用红外成像器进行探测间，读取实时温度值T，同时读取图像的均值，根据生成温度定标数据时记录的每个温度段对应的焦平面温度进行查询，寻找此时焦平面温度所在的温度段区间，使其满足T_k≤T≤T_k+1，由此得到对温度进行插值所需的比例系数q，如式(1)所示：

$q=\frac{T-T_k}{T_{k+1}-T_k}---\left(1\right)$

利用读取的图像均值，根据温度T_k、T_k+1下的温度标定区间，计算得到此图像均值分别对应的温度T_a、T_b，用式(1)所得的比例系数对温度T_a、T_b进行插值就得到所测物体的温度值，如式(2)所示：

T＝T_a+(T_b–T_a)×q(2)。

如上所述的一种基于红外成像系统的温度测量方法，其中，所述的步骤一中的保温持续为1小时。

本发明具有如下优点：利用温度定标参数根据焦平面温度动态插值的方法，可以使测温系统适应环境温度的变化，并且红外成像系统不受大雾等天气的影响，极大的提高了测温系统的适应性；温度定标参数一经标定，可以长期使用而不需要再重复标定，实现了测温系统“免维护”的需求，节省了各种成本；同时，温度定标的套数以及每套之间的温度间隔可以根据实际应用调整，具有很强的灵活性。

附图说明

图1是本发明温度定标示意图。

具体实施方式

一种基于红外成像系统的温度测量方法，包括下述步骤：

步骤一：划分温度区间

根据非制冷红外成像器的工作温度范围由低温至高温划分n个温度标定区间，划分温度标定区间的个数和相互之间的温度间隔可以根据所需的工作温度范围以及测温精度灵活设置。

步骤二：标定

根据测温要求选择合适的黑体，将红外成像器以及黑体在所划分温度标定区间对应的环境中保温约1小时，为探测器提供不同温度的场景辐射，通过测温芯片读出此时焦平面的温度值并记录；改变黑体的温度，并读取相应的灰度值，最后对黑体的温度和均值进行二次拟合，以获得均值和温度之间的关系。这样得到n个温度标定区间即不同焦平面温度下黑体温度与黑体图像均值之间的二次拟合系数(A₁,A₂,…A_m,B₁,B₂,…B_m,C₁,C₂,…C_m)和对应的n个焦平面温度值(T₁,T₂,…T_n)。

步骤三：探测

用红外探测器进行探测间，通过测温芯片读取焦平面的实时温度值T，同时读取图像的均值，根据生成温度定标数据时记录的每个温度段对应的焦平面温度进行查询，寻找此时焦平面温度所在的温度段区间，使其满足T_k≤T≤T_k+1，由此得到对温度进行插值所需的比例系数q，如式(1)所示：

$q=\frac{T-T_k}{T_{k+1}-T_k}---\left(1\right)$

利用读取的图像均值，根据温度T_k、T_k+1下的温度标定区间，计算得到此图像均值分别对应的温度T_a、T_b，用式(1)所得的比例系数对温度T_a、T_b进行插值就得到所测物体的温度值，如式(2)所示：

T＝T_a+(T_b–T_a)×q(2)

下面给出一个具体的例子：

本例使用单FPGA搭载NIOSII软核的数字处理平台实现，焦平面测温芯片采用IIC总线将采样得到的AD值传给NIOS核，NIOS核再通过GPIO口读取该AD值，AD值与焦平面温度的转换关系如式(4)所示：

T＝(0.5435–AD/16000)/0.00645(4)

插值比例系数k和温度值由NIOS核计算。

(1)该实例中探测器要求的工作温度范围为-12℃～40℃，将探测器温度定标表从-12℃到40℃每4℃等间隔划分成14个温度段。

(2)将探测器和黑体放在温箱中，根据每个温度段对应的工作温度将探测器在温箱中保温一个小时，读取此时焦平面的温度值，打开黑体，在黑体允许的温度下，每隔4°改变黑体的温度，记录相应的图像均值，利用二次多项式拟合黑体温度与图像均值得到定标参数即拟合系数，保存14个温度标定区间和每个参数生成时的焦平面温度。

(3)在帧消隐期间读取焦平面的温度值，在记录的14个不同温度段焦平面温度列表中进行查询，找到实时的焦平面温度所处的区间，根据式(2)进行温度计算，然后根据式(1)进行插值，得到测量目标的温度，并通过上位机进行显示。

红外测温技术同传统的测温方法相比，能解决许多传统测温方法难以解决的难题，体积小，结构简单，通过单FPGA搭载NIOSII软核的方式可以实现实时温度测量。

Claims (2)

1.一种基于红外成像系统的温度测量方法，其特征在于，包括下述步骤：

步骤一：划分温度区间

划分n个温度标定区间；

步骤二：标定

在温度标定区间的每个温度范围内，将红外成像器黑体中保温，然后记录温度及红外成像器输出，对每个温度区间进行参数拟合，得到每个焦平面温度值(T₁,T₂,…T_n)的温度参数(A₁,A₂,…A_m,B₁,B₂,…B_m,C₁,C₂,…C_m)；

步骤三：探测

用红外成像器进行探测间，读取实时温度值T，同时读取图像的均值，根据生成温度定标数据时记录的每个温度段对应的焦平面温度进行查询，寻找此时焦平面温度所在的温度段区间，使其满足T_k≤T≤T_k+1，由此得到对温度进行插值所需的比例系数q，如式(1)所示：

利用读取的图像均值，根据温度T_k、T_k+1下的温度标定区间，计算得到此图像均值分别对应的温度T_a、T_b，用式(1)所得的比例系数对温度T_a、T_b进行插值就得到所测物体的温度值，如式(2)所示：

T＝T_a+(T_b–T_a)×q(2)。

2.如权利要求1所述的一种基于红外成像系统的温度测量方法，其特征在于：所述的步骤一中的保温持续为1小时。