CN106768384A - 基于辅助调频光源的彩色成像温度场测量装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于辅助调频光源的彩色成像温度场测量装置及方法，包括：照射待测物体表面的辅助调频光源和彩色图像光电传感器；彩色图像光电传感器在辅助调频光源开启状态下采集待测物体表面的第一彩色图像，在辅助调频光源关闭状态下采集第二彩色图像；第一彩色图像的每个像素的RGB色度值分别对应三个光谱通道的第一辐射强度；第二彩色图像的每个像素的RGB色度值分别对应三个光谱通道的第二辐射强度；待测物体的温度是根据第一辐射强度、第二辐射强度以及辅助调频光源的辐射强度确定的。本发明提供的技术方案在未知发射率情形下实现了大温度梯度目标物体的温度场测量，扩大了温度场测量的有效范围。

Description

基于辅助调频光源的彩色成像温度场测量装置及方法
技术领域
本发明涉及物体辐射温度检测技术领域，尤其涉及一种基于辅助调频光源的彩色成像温度场测量装置及方法。
背景技术
在能源动力、石油化工、航空航天等领域，辐射测温仪器具有广泛的应用需求，例如电站炉膛内部温度测量与控制、内燃机燃烧温度诊断、烧蚀材料表面温度测量、热环境试验中的结构试验件温度分布测量等。传统的热电偶接触式测温手段，由于测温范围、响应速度的局限性，目前正在逐步被性能稳定、非接触式的光学测温设备所取代，在高温测量领域，非接触辐射光学测温技术具有独特的技术优势，是高温测量可选择的先进技术之一。近些年来国内外相关研究机构已发展了多种类型的辐射温度方法与技术，但在工程应用中目前仍以红外热像仪、单色测温仪、比色测温仪等商用辐射测温仪器作为主要的技术手段。
辐射测温具有热电偶接触式测温所不具备的技术优势，但辐射测温仪器应用于实际物体测温的准确性强烈地依赖于实际物体表面发射率。发射率是重要的辐射热物性参数之一，表征了材料表面的光谱辐射能力，光谱发射率与材料成分、表面状态、温度、波长等因素复杂相关，发射率的准确测量一直是计量领域的难点问题，因此发射率的未知性与不确定性就成为了辐射温度准确测量的关键障碍。为解决发射率给温度测试带来的影响，研究人员提出了基于特定发射率模型的比色测温法、多光谱测温法，通过构造发射率假设模型(灰体、线性、多项式等模型)，实现目标温度的反演测量。然而，发射率假设模型对于不同材料的适用性问题是辐射温度测量中不可回避的重要问题，是上述方法应用的局限性。
此外，由于高温温度场的测量需求，基于可见光图像光电传感器(CCD、COMS)的光学测温技术在温度场测量方面展现出了极大的优势，许多科研机构应用图像光电传感器开展了高温辐射温度场的测量研究工作，其中具有代表性的应用模式之一，发展基于彩色CCD/CMOS图像传感器的辐射测温技术，RGB彩色滤色阵列实现彩色复现，提供了红、绿、蓝三个颜色通道，利用三个颜色通道的波段响应，结合特定的发射率模型，实现了温度场的测量计算。这类测温技术的局限性体现在：(1)测温准确性强烈地依赖于发射率数据或发射率假设模型，如上所述，这是绝大多数辐射测温所无法回避的难点问题；(2)温度测量范围通常受限于彩色图像传感器的动态范围，对于具有大温度梯度的物体表面，无法在一次彩色成像时，实现非失真的场测量。
因此，针对现有方法应用的局限性及上述关键难点问题，发展一种不依赖于发射率数值或发射率假设模型、适用于具有大温度梯度分布物体的高温温度场动态测量方法，将是非常必要的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于辅助调频光源的彩色成像温度场测量装置，用于待测物体的温度测量。
为此目的，本发明提出了一种基于辅助调频光源的彩色成像温度场测量装置，包括：辅助调频光源和彩色图像光电传感器；
所述辅助调频光源用于在开启状态下照射待测物体表面；
所述彩色图像光电传感器用于在所述辅助调频光源开启状态下，采集所述待测物体表面的第一彩色图像；其中，所述第一彩色图像的每个像素的红、绿、蓝色度值分别对应三个光谱通道的第一辐射强度；
所述彩色图像光电传感器还用于在所述辅助调频光源关闭状态下，采集所述待测物体表面的第二彩色图像；其中，所述第二彩色图像的每个像素的红、绿、蓝色度值分别对应三个光谱通道的第二辐射强度；
其中，所述第一彩色图像和第二彩色图像的每个像素与待测物体表面的每个位置一一对应；所述待测物体的指定位置的温度是根据对应像素的任一光谱通道的所述第一辐射强度、第二辐射强度以及所述辅助调频光源在开启状态下自身的辐射强度确定的。
优选的，所述彩色图像光电传感器的采集频率是所述辅助调频光源的调制频率的偶数倍；
其中，所述辅助调频光源的调制频率为所述辅助调频光源开启或关闭的频率。
优选的，所述辅助调频光源为可见光光源，所述彩色图像光电传感器为可见光彩色图像光电传感器。
优选的，所述三个光谱通道的测温范围不重叠；所述彩色图像光电传感器的测温范围为所述三个光谱通道的测温范围之和。
优选的，所述辅助调频光源的数量为多个，多个辅助调频光源设置在以所述待测物体为直径的半球表面。
另一方面，本发明实施例还提供了一种基于辅助调频光源的彩色成像温度场测量方法，包括：
开启照射待测物体表面的辅助调频光源，通过彩色图像光电传感器采集所述待测物体表面的第一彩色图像；其中，所述第一彩色图像的每个像素的红、绿、蓝色度值分别对应三个光谱通道的第一辐射强度；
关闭所述辅助调频光源，通过彩色图像光电传感器采集所述待测物体表面的第二彩色图像；其中，所述第二彩色图像的每个像素的红、绿、蓝色度值分别对应三个光谱通道的第二辐射强度；
根据指定像素的任一光谱通道的所述第一辐射强度、第二辐射强度以及所述辅助调频光源在开启状态下自身的辐射强度确定所述待测物体的对应位置的温度；
其中，所述第一彩色图像和第二彩色图像的每个像素与待测物体表面的每个位置一一对应。
优选的，所述根据指定像素的任一光谱通道的所述第一辐射强度、第二辐射强度以及所述辅助调频光源在开启状态下自身的辐射强度确定所述待测物体的对应位置的温度，具体采用以下公式进行计算：
其中，T是任一像素所对应的待测物体测量位置的温度，为所求量；λR,λG,λB分别代表彩色图像光电传感器R、G、B三个光谱通道的等效光谱波长；ηR,ηG,ηB分别代表三个光谱通道的传感器增益；分别代表三个光谱通道的仪器因子；VR,1,VG,1,VB,1分别表示在辅助调频光源关闭状态下，R、G、B三个光谱通道测量输出的有效辐射强度信号，即第二辐射强度；VR,2,VG,2,VB,2分别表示在辅助调频光源开启状态下，R、G、B三个光谱通道测量输出的有效辐射强度信号，即第一辐射强度；εR,εG,εB分别表示在R、G、B三个光谱通道即三个等效光谱波长的物体表面测量位置区域的发射率；Ib(λR,T)、Ib(λG,T)、Ib(λB,T)分别表示在与物体表面测量位置区域具有相同温度、三个等效光谱波长下的黑体辐射强度；Ie(λR),Ie(λG),Ie(λB)是辅助调频光源开启状态时在三个等效光谱波长下的辐射强度。
优选的，所述彩色图像光电传感器的采集频率是所述辅助调频光源的调制频率的偶数倍；
其中，所述辅助调频光源的调制频率为所述辅助调频光源开启或关闭的频率。
优选的，所述辅助调频光源为可见光光源，所述彩色图像光电传感器为可见光彩色图像光电传感器。
优选的，所述三个光谱通道的测温范围不重叠；所述彩色图像光电传感器的测温范围为所述三个光谱通道的测温范围之和。
本发明实施例提供的基于辅助调频光源的彩色成像温度场测量装置及方法，通过彩色图像光电传感器分别在辅助调频光源开启和关闭两种状态下采集待测物体的彩色图像，从而根据彩色图像的RGB色度值可以确定辅助调频光源开启和关闭两种状态下三个光谱通道的辐射强度，进而根据辐射强度可以确定待测物体的测量位置的温度，其中，三个光谱通道扩大了温度测量范围，综上，本发明实施例提供的技术方案实现了在未知发射率情形下的大温度梯度目标物体温度场的非接触在线测量，克服了现有辐射温度测试方法对高温材料发射率数据的依赖性、发射率假设模型的局限性、图像测温动态范围有限、无法适用于大温度梯度目标物体温度场测量等问题。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1为本发明实施例提供的一种基于辅助调频光源的彩色成像温度场测量装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种基于辅助调频光源的彩色成像温度场测量方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的实施例进行详细描述。
如图1所示，本发明实施例提供了一种基于辅助调频光源的彩色成像温度场测量装置，该装置包括：辅助调频光源2和彩色图像光电传感器1；
所述辅助调频光源2用于在开启状态下照射待测物体3表面；
所述彩色图像光电传感器1用于在所述辅助调频光源2开启状态下，采集所述待测物体3表面的第一彩色图像；其中，所述第一彩色图像的每个像素的红、绿、蓝色度值分别对应三个光谱通道的第一辐射强度；
所述彩色图像光电传感器1还用于在所述辅助调频光源2关闭状态下，采集所述待测物体3表面的第二彩色图像；其中，所述第二彩色图像的每个像素的红、绿、蓝色度值分别对应三个光谱通道的第二辐射强度；
其中，所述第一彩色图像和第二彩色图像的每个像素与待测物体3表面的每个位置一一对应；所述待测物体3的指定位置的温度是根据对应像素的任一光谱通道的所述第一辐射强度、第二辐射强度以及所述辅助调频光源2在开启状态下自身的辐射强度确定的。
具体的，该彩色图像光电传感器1可以是具有GRB颜色滤色阵列的CCD或CMOS彩色图像传感器。该彩色图像光电传感器1可以对高温物体进行可见光光谱范围内的RGB彩色成像，具体的，可以在辅助调频光源2关闭状态下，测量获取高温物体表面的二维彩色图像(即第二彩色图像)；还可以在辅助调频光源2开启状态下，测量获取高温物体表面的二维彩色图像(即第一彩色图像)。
需要说明的是，二维彩色图像的每一个像素表面物体表面的每一个位置，即每个像素和物体表面的每个位置一一对应。由于形成的是RGB彩色图像，所以每个像素包括R、G、B三个色度值，R、G、B三个色度值分别代表物体表面的某个位置的R、G、B三个光谱通道的测量信号。R、G、B三个色度值分别反映了彩色图像光电传感器1三个光谱通道的有效辐射强度信息，通过辐射强度定标，可以建立R、G、B色度值与三个光谱通道有效辐射强度的对应关系，因此，基于每个像素的R、G、B色度值数值和此对应关系，可以获得每个像素所代表的三个光谱通道的有效辐射强度。从而可以在辅助调频光源2开启状态下，根据任一像素的R、G、B色度值确定该像素对应位置的三个光谱通道的有效辐射强度，统称第一辐射辐射强度；在辅助调频光源2关闭状态下，根据任一像素的R、G、B色度值可以确定该像素对应位置的三个光谱通道的有效辐射强度，统称第二辐射辐射强度。
其中，通过辐射强度定标，建立R、G、B色度值与三个光谱通道有效辐射强度的对应关系，可以通过标准辐射源来进行，例如标准黑体辐射源。具体的，通过采集标准辐射源的二维彩色图像，根据该二维彩色图像的任一像素的R、G、B色度值和该标准辐射源的辐射强度，建立R、G、B色度值和三个光谱通道有效辐射强度的对应关系。其中，标准辐射源的温度范围可以是500℃～1500℃。
进一步需要说明的是，物体表面有效辐射强度分布是指物体表面有效辐射强度的二维分布，可以通过彩色图像像素的输出信号来表示。有效辐射强度主要包括两部分：1)物体表面自发辐射强度；2)物体表面反射的来自于辅助调频光源2的辐射强度。其中，辅助调频光源2在其调制的每一个周期包括一个开启、一个关闭两种状态，当处于开启状态时，物体表面反射来自于辅助调频光源2的辐射强度表现为开启的光源在物体表面反射的辐射强度；当处于关闭状态时，物体表面反射的来自于辅助调频光源2的辐射强度为零。即，上述第一辐射强度包括了两部分：1)物体表面自发辐射强度；2)物体表面反射的来自于辅助调频光源2的辐射强度。上述第二辐射强度仅包括：1)物体表面自发辐射强度。从而根据任一像素的任一光谱通道的第一辐射强度、第二辐射强度以及辅助调频光源2在开启状态下自身的辐射强度就可以计算出待测物体3表面与该像素对应的位置的温度。其中，辅助调频光源2在开启状态下自身的辐射强度出厂时即为已知量，当然也可以通过标准辐射照度计测量获得该辐射调频光源的辐射强度。
在一种本发明实施例中，待测物体3的对应位置的温度可以采用以下公式(1)进行计算：
其中，T是任一像素所对应的物体表面测量位置区域的温度，为所求的未知量；λR,λG,λB分别代表彩色图像光电传感器1的R、G、B三个光谱通道的等效光谱波长，为已知量；ηR,ηG,ηB分别代表三个光谱通道的传感器增益，为已知量；分别代表三个光谱通道的仪器因子，与传感器响应、光电转换系数相关，为已知量；VR,1,VG,1,VB,1分别表示在辅助调频光源2关闭状态下，R、G、B三个光谱通道测量输出的有效辐射强度信号，即第二辐射强度，为测量已知量；VR,2,VG,2,VB,2分别表示在辅助调频光源2开启状态下，R、G、B三个光谱通道测量输出的有效辐射强度信号，即第一辐射强度，为测量已知量；εR,εG,εB分别表示在R、G、B三个光谱通道(即三个等效光谱波长)的物体表面测量位置区域的发射率，为未知量；Ib(λR,T),Ib(λG,T),Ib(λB,T)分别表示在与物体表面测量位置区域具有相同温度、三个等效光谱波长下的黑体辐射强度，是温度T的单值函数，为非独立未知量，可以将其归结为由温度T所决定的物理量；Ie(λR),Ie(λG),Ie(λB)是辅助调频光源2开启状态时在三个等效光谱波长下的辐射强度，为已知量。
对于具有大温度梯度分布的物体表面，彩色图像光电传感器1测量获得辅助调频2光源照射条件下的高温物体表面二维彩色图像，受限于彩色图像光电传感器1的动态范围，彩色图像所有像素的R、G、B三个光谱通道测量数据不能保障同时有效。其中，传感器测量数据有效是指测量信号即不饱和，也不是暗背景的非失真信号。
由公式(1)可知，对任一光谱通道i(i＝R,G,B)，公式(1)包含两个方程两个未知量εi，T，通过两个测量值(Vi,1,Vi,2)，就可以计算求解出温度T，即只需要1个光谱通道数据有效，即可以求解温度T。
需要说明的是，彩色成像具有R、G、B三个独立的光谱通道，在传感器动态范围影响下，一次成像时，每个光谱通道测量的温度范围带宽分别为ΔTR、ΔTG、ΔTB。在传统温度测量模式，要求三个光谱通道数据均为非失真的有效数据，对于图像中的任一像素点，采用比色测温法等方法，同时利用任一像素点的三个光谱通道数据的耦合联立求解温度，因此测量温度范围带宽ΔT不能大于任一通道的测温带宽(ΔTR、ΔTG、ΔTB)。本发明实施例只需要1个光谱通道数据有效，即可以求解温度T，从而本发明实施例为了扩大彩色成像的测温范围，依据R、G、B三个光谱通道，可以进行温度场分区测量。对于每个光谱通道i，通过调节传感器增益ηi以控制输出信号的强度，利用公式(1)，实现(Ti,Ti+ΔTi)温度子区间温度的有效测量。当各个温度子区间不重叠时，彩色成像的测温范围的温度带宽将扩大至ΔTR+ΔTG+ΔTB。此即为温度场分区测量的基本原理，与现有技术相比，扩大了温度测量范围，适用于大温度梯度的物体温度测量。
在上述实施例的基础上，所述彩色图像光电传感器1的采集频率是所述辅助调频光源2的调制频率的偶数倍；其中，所述辅助调频光源2的调制频率为所述辅助调频光源2开启或关闭的频率。
具体的，辅助调频光源2可以是按照特定频率调制的可见光光源，所述彩色图像光电传感器1可以为可见光彩色图像光电传感器。辅助调频光源2的调制是指控制该辅助调频光源2在开启、关闭两种状态下切换，调制频率则是指该辅助调频光源2开启或关闭的频率。辅助调频光源2调制的一个周期包括开启和关闭两种状态，为了采集每个开启和关闭状态下，待测物体3的彩色图像，彩色图像光电传感器1的采集频率是辅助调频光源2的调制频率的偶数倍。举例来说，当辅助调频光源2的调制频率为20HZ时，表示1秒内存在20个周期，即1秒内包括20个开启状态和20个关闭状态，从而当彩色图像光电传感器1的采集频率为40HZ时，1秒内进行40次数据采集，从而保证每次开启状态和每次关闭状态均能进行图像采集。进一步的，彩彩色图像传感器与辅助调频光源2同步工作。辅助调频光源2的调制频率和彩色图像传感器的采集频率需要满足物体温度的动态变化测量要求。
优选的，所述三个光谱通道的测温范围不重叠；所述彩色图像光电传感器1的测温范围为所述三个光谱通道的测温范围之和。
具体的，彩色成像具有R、G、B三个独立的光谱通道，在传感器动态范围影响下，一次成像时，每个光谱通道测量的温度范围带宽分别为ΔTR、ΔTG、ΔTB。在本发明一种实施例中，ΔTR＝ΔTG＝ΔTB＝300℃。需要说明的，在传统温度测量模式，要求三个光谱通道数据均为非失真的有效数据，对于图像中的任一像素点，采用比色测温法等方法，同时利用任一像素点的三个光谱通道数据的耦合联立求解温度，因此测量温度范围带宽ΔT不大于任一通道的测温带宽(ΔTR、ΔTG、ΔTBΔTB)，即ΔT≤300℃。
由上述公式(1)可知，本发明实施例只需有1个光谱通道的数据有效，就可以计算出待测物体3指定位置的温度，从而三个光谱通道可以进行不同温度范围的待测物体3的温度测量。为扩大彩色成像的测温范围，依据R、G、B三个光谱通道，进行温度场分区测量。对于每个光谱通道i，通过调节传感器增益ηi以控制输出信号的强度，利用公式(1)，实现(Ti,Ti+ΔTi)温度子区间温度的有效测量。当各个温度子区间不重叠时，例如彩色图像的R光谱通道测量温度子区间600～900℃，彩色图像的G光谱通道测量温度子区间900～1200℃，彩色图像的B光谱通道测量温度子区间1200～1500℃。彩色成像的测温范围的温度带宽将扩大至ΔTR+ΔTG+ΔTB，即ΔT＝900℃，测温范围为600～1500℃。因此，通过辅助调频光源2照射模式及温度场分区测量方法，实现了大温度梯度目标物体温度场的非接触在线测量。
优选的，所述辅助调频光源2的数量为多个，多个辅助调频光源2设置在以所述待测物体3为直径的半球表面。
在一种本发明实施例中，该辅助调频光源2可以为3～6个，具体可以为卤素灯、石英灯、钨带灯、石墨加热器、LED等各类光源，对此不作限制，在一种本发明实施例中，可以选择卤素灯作为辐射调频光源，卤素灯开启时的辐射强度出厂时即为已知量，或者可以通过辐射照度计进行测量。如图1所示，多个辅助调频光源2从半球表面空间照射待测物体3的表面，多个辅助调频光源2投射的光线覆盖待测物体3表面的测量区域，即多个辅助调频光源2投射的光线应覆盖彩色图像光电传感器1的图像采集区域。
本发明实施例提供的基于辅助调频光源的彩色成像温度场测量装置，通过彩色图像光电传感器分别在辅助调频光源开启和关闭两种状态下采集待测物体的彩色图像，从而根据彩色图像的RGB色度值可以确定辅助调频光源开启和关闭两种状态下三个光谱通道的辐射强度，进而根据辐射强度可以确定待测物体的测量位置的温度，其中，三个光谱通道扩大了温度测量范围，综上，本发明实施例提供的技术方案实现了在未知发射率情形下的大温度梯度目标物体温度场的非接触在线测量，克服了现有辐射温度测试方法对高温材料发射率数据的依赖性、发射率假设模型的局限性、图像测温动态范围有限、无法适用于大温度梯度目标物体温度场测量等问题。
另一方面，如图2所示，本发明实施例还提供了一种基于的彩色成像温度场测量方法，该方法可以采用上述实施例所述的基于的彩色成像温度场测量装置，该方法包括以下步骤：
S1：开启照射待测物体3表面的辅助调频光源2，通过彩色图像光电传感器1采集所述待测物体3表面的第一彩色图像；其中，所述第一彩色图像的每个像素的红、绿、蓝色度值分别对应三个光谱通道的第一辐射强度；
S2：关闭所述辅助调频光源2，通过彩色图像光电传感器1采集所述待测物体3表面的第二彩色图像；其中，所述第二彩色图像的每个像素的红、绿、蓝色度值分别对应三个光谱通道的第二辐射强度；
S3：根据指定像素的任一光谱通道的所述第一辐射强度、第二辐射强度以及所述辅助调频光源2在开启状态下自身的辐射强度确定所述待测物体3的对应位置的温度；
其中，所述第一彩色图像和第二彩色图像的每个像素与待测物体3表面的每个位置一一对应。
优选的，步骤S3根据指定像素的任一光谱通道的所述第一辐射强度、第二辐射强度以及所述辅助调频光源2在开启状态下自身的辐射强度确定所述待测物体3的对应位置的温度，具体采用以下公式(2)进行计算：
其中，T是任一像素所对应的待测物体3测量位置的温度，为所求量；λR,λG,λB分别代表彩色图像光电传感器1的R、G、B三个光谱通道的等效光谱波长；ηR,ηG,ηB分别代表三个光谱通道的传感器增益；分别代表三个光谱通道的仪器因子；VR,1,VG,1,VB,1分别表示在辅助调频光源2关闭状态下，R、G、B三个光谱通道测量输出的有效辐射强度信号，即第二辐射强度；VR,2,VG,2,VB,2分别表示在辅助调频光源2开启状态下，R、G、B三个光谱通道测量输出的有效辐射强度信号，即第一辐射强度；εR,εG,εB分别表示在R、G、B三个光谱通道即三个等效光谱波长的物体表面测量位置区域的发射率；Ib(λR,T)、Ib(λG,T)、Ib(λB,T)分别表示在与物体表面测量位置区域具有相同温度、三个等效光谱波长下的黑体辐射强度；Ie(λR),Ie(λG),Ie(λB)是辅助调频光源2开启状态时在三个等效光谱波长下的辐射强度。
优选的，所述彩色图像光电传感器1的采集频率是所述辅助调频光源2的调制频率的偶数倍；
其中，所述辅助调频光源2的调制频率为所述辅助调频光源2开启或关闭的频率。
优选的，所述辅助调频光源2为可见光光源，所述彩色图像光电传感器1为可见光彩色图像光电传感器1。
优选的，所述三个光谱通道的测温范围不重叠；所述彩色图像光电传感器1的测温范围为所述三个光谱通道的测温范围之和。
对于与装置对应的基于辅助调频光源的彩色成像温度场测量方法实施例而言，由于其与装置实施例基本相似，达到的技术效果也与装置实施例起到的效果相同，所以描述的比较简单，相关之处参见装置实施例的部分说明即可。
本发明实施例提供的基于辅助调频光源的彩色成像温度场测量方法，通过彩色图像光电传感器分别在辅助调频光源开启和关闭两种状态下采集待测物体的彩色图像，从而根据彩色图像的RGB色度值可以确定辅助调频光源开启和关闭两种状态下三个光谱通道的辐射强度，进而根据辐射强度可以确定待测物体的测量位置的温度，其中，三个光谱通道扩大了温度测量范围，综上，本发明实施例提供的技术方案实现了在未知发射率情形下的大温度梯度目标物体温度场的非接触在线测量，克服了现有辐射温度测试方法对高温材料发射率数据的依赖性、发射率假设模型的局限性、图像测温动态范围有限、无法适用于大温度梯度目标物体温度场测量等问题。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而能够理解的是，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。类似地，应当理解，为了精简本发明公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。本发明并不局限于任何单一的方面，也不局限于任何单一的实施例，也不局限于这些方面和/或实施例的任意组合和/或置换。而且，可以单独使用本发明的每个方面和/或实施例或者与一个或更多其他方面和/或其实施例结合使用。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，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范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种基于辅助调频光源的彩色成像温度场测量装置，其特征在于，包括：辅助调频光源和彩色图像光电传感器；
所述辅助调频光源用于在开启状态下照射待测物体表面；
所述彩色图像光电传感器用于在所述辅助调频光源开启状态下，采集所述待测物体表面的第一彩色图像；其中，所述第一彩色图像的每个像素的红、绿、蓝色度值分别对应三个光谱通道的第一辐射强度；
所述彩色图像光电传感器还用于在所述辅助调频光源关闭状态下，采集所述待测物体表面的第二彩色图像；其中，所述第二彩色图像的每个像素的红、绿、蓝色度值分别对应三个光谱通道的第二辐射强度；
其中，所述第一彩色图像和第二彩色图像的每个像素与待测物体表面的每个位置一一对应；所述待测物体的指定位置的温度是根据对应像素的任一光谱通道的所述第一辐射强度、第二辐射强度以及所述辅助调频光源在开启状态下自身的辐射强度确定的。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述彩色图像光电传感器的采集频率是所述辅助调频光源的调制频率的偶数倍；
其中，所述辅助调频光源的调制频率为所述辅助调频光源开启或关闭的频率。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述辅助调频光源为可见光光源，所述彩色图像光电传感器为可见光彩色图像光电传感器。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述三个光谱通道的测温范围不重叠；所述彩色图像光电传感器的测温范围为所述三个光谱通道的测温范围之和。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述辅助调频光源的数量为多个，多个辅助调频光源设置在以所述待测物体为直径的半球表面。
6.一种基于辅助调频光源的彩色成像温度场测量方法，其特征在于，包括：
开启照射待测物体表面的辅助调频光源，通过彩色图像光电传感器采集所述待测物体表面的第一彩色图像；其中，所述第一彩色图像的每个像素的红、绿、蓝色度值分别对应三个光谱通道的第一辐射强度；
关闭所述辅助调频光源，通过彩色图像光电传感器采集所述待测物体表面的第二彩色图像；其中，所述第二彩色图像的每个像素的红、绿、蓝色度值分别对应三个光谱通道的第二辐射强度；
根据指定像素的任一光谱通道的所述第一辐射强度、第二辐射强度以及所述辅助调频光源在开启状态下自身的辐射强度确定所述待测物体的对应位置的温度；
其中，所述第一彩色图像和第二彩色图像的每个像素与待测物体表面的每个位置一一对应。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据指定像素的任一光谱通道的所述第一辐射强度、第二辐射强度以及所述辅助调频光源在开启状态下自身的辐射强度确定所述待测物体的对应位置的温度，具体采用以下公式进行计算：
其中，T是任一像素所对应的待测物体测量位置的温度，为所求量；λR,λG,λB分别代表彩色图像光电传感器R、G、B三个光谱通道的等效光谱波长；ηR,ηG,ηB分别代表三个光谱通道的传感器增益；分别代表三个光谱通道的仪器因子；VR,1,VG,1,VB,1分别表示在辅助调频光源关闭状态下，R、G、B三个光谱通道测量输出的有效辐射强度信号，即第二辐射强度；VR,2,VG,2,VB,2分别表示在辅助调频光源开启状态下，R、G、B三个光谱通道测量输出的有效辐射强度信号，即第一辐射强度；εR,εG,εB分别表示在R、G、B三个光谱通道即三个等效光谱波长的物体表面测量位置区域的发射率；Ib(λR,T)、Ib(λG,T)、Ib(λB,T)分别表示在与物体表面测量位置区域具有相同温度、三个等效光谱波长下的黑体辐射强度；Ie(λR),Ie(λG),Ie(λB)是辅助调频光源开启状态时在三个等效光谱波长下的辐射强度。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述彩色图像光电传感器的采集频率是所述辅助调频光源的调制频率的偶数倍；
其中，所述辅助调频光源的调制频率为所述辅助调频光源开启或关闭的频率。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述辅助调频光源为可见光光源，所述彩色图像光电传感器为可见光彩色图像光电传感器。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述三个光谱通道的测温范围不重叠；所述彩色图像光电传感器的测温范围为所述三个光谱通道的测温范围之和。
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