CN107238442B - 不带温度稳定器的探测器测温调温方法 - Google Patents

不带温度稳定器的探测器测温调温方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及测温技术领域，尤其是公开了一种不带温度稳定器的探测器测温调温方法，步骤如下：(1)标定(2)计算AD对应的温度值：建立探测器的线性变化规律：ADS[RDTemp]＝x*ADS[DTemp]；(2.2)根据当前探测器的工作温度推测实时AD与实际温度的关系：等温度间隔获取探测器的温度DRT；利用线性变化规律推算各温度DRT对应的AD值变化量ADS[DRT]，最大和最小的AD值记为MaxAD2、MinAD2；温度校正公式如下：计算实际AD偏移值Addiff＝BAD‑AD3；根据Addiff，建立实时AD值ADRealSample[DRT]与实际温度的对应公式：ADRealSample[DRT]＝ADS[DRT]‑Addiff(3)修正温度，考虑环境因素后的最终温度，不带距离修正时的温度值TempNoDist计算方法为： (3.2)最终温度距离修正的系数DistCoff:(3.3)最终的温度值RealTemp＝TempNoDist*DistCoff。

Description

不带温度稳定器的探测器测温调温方法
技术领域
本发明涉及测温技术领域，尤其是涉及一种不带温度稳定器的探测器测温调温方法。
背景技术
将热像仪对着温度均匀的目标物体，通过集成电路采集到AD数据。由于探测器自身的制造工艺和模数转换的影响，会出现不同程度的白点和黑点，类似于图像处理技术中的椒盐噪声(椒＝黑色，盐＝白色)。对于该噪声，传统图像处理技术一般采用中值滤波的算法去除，由于人眼的分辨能力有限，所以基本可以满足。但温度数据有自身的特殊性：温度均匀的物体，显示出的温度值误差必须是0.1°之内，传统中值滤波无法达到目的。
由于不带温度稳定器，探测器的工作温度与环境温度和工作时长相关，冷机开机需要经过一段时间才能稳定，在该时间段内，同一温度间隔对应的AD值不同，所以温度标定时探测器的工作温度必须处于相对稳定的工作状态。一般情况下，若热像仪内部的温度2分钟内波动范围不超过±0.1℃，则认为处于相对温度状态。但是现有的探测器很难达到该要求，导致探测结果的存在误差，而后期又未对温度进行调整，导致测量的准确性差。
发明内容
本发明为了克服现有技术的不足，提供一种可充分考虑探测器工作温度和环境因素，保证测温准确性的不带温度稳定器的探测器测温调温方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种不带温度稳定器的探测器测温调温方法，包括如下步骤：
(1)标定，在测温范围L-H内，每间隔一定的温度a，采集同一温度均匀目标物体的AD值变化量，记为ADS[]；其中，采样最大的AD值记为MaxADS，采样最小的AD值记为MinADS；同时，记录标定时测温器工作的环境温度记为DTemp；
(2)计算AD对应的温度值
(2.1)建立探测器的线性变化规律：ADS[RDTemp]＝x*ADS[DTemp]，其中RDTemp代表当前探测器的工作温度，x代表线性变化系数，ADS[DTemp]代表采集环境温度DTemp时的AD值变化量；
(2.2)根据当前探测器的工作温度推测实时AD与实际温度的关系：工作时，等温度间隔获取探测器的温度DRT；利用线性变化规律推算各温度间隔DRT对应的AD值变化量ADS[DRT]，最大的AD值记为MaxAD2和最小的AD值记为MinAD2。
(2.2.1)温度校正：
取探测器内置黑体的绝对AD值BAD以及绝对温度值BT，计算BT对应的AD值,记为AD3；计算公式如下：
(2.2.2)计算实际AD偏移值Addiff＝BAD-AD3
(2.2.3)根据Addiff，建立实时AD值ADRealSample[DRT]与实际温度的对应公式：
ADRealSample[DRT]＝ADS[DRT]-Addiff；
(3)修正温度
(3.1)根据实时AD值与实际温度的对应公式，可推算出每一AD值对应的实际温度ADRealSample[DRT]，考虑环境因素后的最终温度，不带距离修正时的温度值TempNoDist计算方法为：
其中，Ems为辐射率、Dist为距离、Env为环境温度，RH为相对湿度；
(3.2)计算出最终温度距离修正的系数DistCoff:
其中，Dist1和Dist2代表距离2个采样点的实际距离，Dist1Temp1和Dist1Temp2分别代表Dist1采样点采集的2个温度值，Dist2Temp1和Dist2Temp2分别代表Dist2采样点采集的2个温度值；
(3.3)计算出最终的温度值RealTemp，RealTemp＝TempNoDist*DistCoff。
本方法充分考虑了探测器的工作温度变化和环境因素，如环境温度、湿度、辐射率、探测距离，探测器黑体的绝对温度值和绝对AD值等，对探测器探测到的温度做进一步地修正，保证探测器探测结果的准确性。
进一步地，步骤(1)之前还包括步骤(0)去除噪声，采集AD值；根据温度中值滤波算法，找出AD值的坏点坐标，然后用周围5*5的像素的平均值替换坏点。该方法简单、易行，且处理的坏点最接近正常值。
进一步地，所述找出AD值的坏点坐标的过程如下：
设定有效AD值的阈值范围VADL-VADH；
依次判断每个AD值是否在有效阈值范围内；若否，将该AD值添加到坏点列表；若是，则进行下一个AD值的判断，直至所有AD值判断完成。
该判断方法简单，速度快，效果好。
进一步地，所述用周围5*5的像素的平均值替换坏点具体过程如下：获取坏点列表中每个坏点的位置，判断每个坏点周围24个点是否是坏点，统计每个坏点周围24个点的非坏点数量和非坏点AD值总和，求出每个坏点周围24个点的非坏点AD平均值，将该非坏点AD平均值替换坏点的AD值。该方法简单、易行，且处理的坏点最接近正常值。
综上所述，本发明考虑探测器温度和周围环境因素，对探测器的探测温度进行修正，保证探测器探测温度的准确性。
附图说明
图1为本发明找出AD值的坏点的流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好的理解本发明方案，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。
如图1所示，一种不带温度稳定器的探测器测温调温方法，包括如下步骤：
(0)去除噪声，将热像仪对着温度均匀的目标物体，通过集成电路采集AD值；由于探测器自身的制造工艺和模数转换的影响，会出现不同程度的白点和黑点，类似于图像处理技术中的椒盐噪声(椒＝黑色，盐＝白色)。所以测温算法的第一步就是去除噪声。
根据温度数据的特殊性，借鉴中值滤波的算法，采用一种简单又容易实现的坏点处理算法：温度中值滤波算法。首先根据阈值找出AD值的坏点坐标，然后用周围5*5的像素的平均值替换坏点。
其中，上述找出AD值的坏点坐标的过程如下：
设定有效AD值的阈值范围VADL-VADH，该阈值范围可根据需要设置。
依次判断每个AD值是否在有效阈值范围内；若否，将该AD值添加到坏点列表；若是，则进行下一个AD值的判断，直至所有AD值判断完成。
(i)自动找出坏点bpoints[]
设置探测器的配置参数，将热像仪对着温度均匀的目标物体，计算处所有像素温度的直方图数据Hgram[i],具体如下：
1)初始化Hgram[i]，即每个AD值对应的像素数初始化为0。
2)按照从左到右，从上到下的顺序依次获取一帧图像点的值AD(i，j)，对应直方图Hgram[AD(i，j)]加一，(i代表行，j代表列)。
3)最后统计出一帧图像的直方图数据(各个AD值对应的像素数)。
(ii)自动计算所有坏点的位置
根据有效的阈值范围(与热像仪使用的温度和测温范围相关)VADL-VADH，单个AD值最小可能的像素数HMinCount(例如2，即AD值只有2个像素)，每个像素点的AD值AD(i，j)，通过如图1的步骤，自动计算出所有坏点位置，具体如下：
1)从左到右，从上往下依次判断一帧图像每个像素的值AD(i，j)，AD(i，j)是否在有效阈值范围内。
2)若AD(i，j)不在有效阈值范围内，添加到坏点列表，然后再判断Hgram[AD(i，j)]是否小于HMinCount，若否，进行重复循环；若是，结束循环。
3)若AD(i，j)是在有效阈值范围内，判断Hgram[AD(i，j)]是否小于HMinCount，若否，进行重复循环；若是，结束循环。
另外，上述用周围5*5的像素的平均值替换坏点具体过程如下：
获取坏点列表中每个坏点的位置，判断每个坏点周围24个点是否是坏点，统计每个坏点周围24个点的非坏点数量和非坏点AD值总和，求出每个坏点周围24个点的非坏点AD平均值，将该非坏点AD平均值替换坏点的AD值。具体操作如下：
(i)替换坏点
根据去噪算法算出所有的坏点BadPoint[]，总个数BDPCount，按照如下步骤去除噪声：
1)依次获取BadPoint[]中每个坏点的位置BadPointPS。
2)初始化周围像素AD值的总和ADSum＝0，周围使用的像素个数ADCount＝0。
3)依次判断周围24个像素点是否是坏点；
若是，进行下一个像素点的判断；若否，ADSum增加该像素的AD值，像素个数ADCount加1；然后重复循环，直至24个像素判断完成；
4)使用坏点周围像素的平均值ADSum/ADCount替换坏点位置的AD值；
(1)标定
由于不带温度稳定器，探测器的工作温度与环境温度和工作时长相关，冷机开机需要经过一段时间才能稳定，在该时间段内，同一温度间隔对应的AD值不同，所以温度标定时探测器的工作温度必须处于相对稳定的工作状态。一般情况下，若热像仪内部的温度2分钟内波动范围不超过±0.1℃，则认为处于相对稳定状态。
在测温范围L-H内，不同的探测器测温范围是不同的，每间隔一定的温度a，采集同一温度均匀目标物体的AD值，利用步骤(0)对AD值进行处理，然后将间隔温度a的AD值相减求出AD值变化量，记为ADS[]；其中，采样最大的AD值记为MaxADS，采样最小的AD值记为MinADS；同时，记录标定时测温器工作的环境温度记为DTemp。
(2)计算AD对应的温度值
(2.1)建立探测器的线性变化规律：ADS[RDTemp]＝x*ADS[DTemp]，其中RDTemp代表当前探测器的工作温度，x代表线性变化系数；ADS[DTemp]代表采集环境温度DTemp时的AD值变化量，可根据测量得出。可将标定时的ADS[RDTemp]和ADS[DTemp]，带入公式得出x的值。
根据不带温度稳定器探测器的实验研究表明，随着探测器工作环境温度的变化，针对同一温度间隔的AD值变化量呈现有规律性的增大或减小，举例说明：
例如当前探测器的工作温度RDTemp与AD变化量ADS[RDTemp]的关系可如下表：
(2.2)根据当前探测器的工作温度推测实时AD值与实际温度的关系：
在热像仪工作过程中，探测器的工作温度是实时变化的。利用线性变化规律推算各温度间隔DRT对应的AD值变化量ADS[DRT]，最大的AD值记为MaxAD2和最小的AD值记为MinAD2；
(2.2.1)温度校正：
根据探测器内置黑体的绝对AD值BAD以及绝对温度值BT，计算BT对应的AD值,记为AD3；计算公式如下：
转化后变为
(2.2.2)计算实际AD偏移值Addiff，Addiff＝BAD-AD3；
(2.2.3)根据Addiff，建立实时AD值与实际温度ADRealSample[DRT]的对应公式：
ADRealSample[DRT]＝ADS[DRT]-Addiff
同时，可带入所有的温度DRT以及对应的AD值变化量ADS[DRT]，求出所有的ADRealSample[DRT]，推出实时AD值与实际温度ADRealSample[]关系表。
(3)修正温度
(3.1)根据实时AD值与实际温度ADRealSample[DRT]的对应公式或者表，可推算出每一AD值对应的实际温度ADRealSample[DRT]；需要考虑考虑环境因素，如辐射率Emiss(Ems)、距离Distance(Dist)、环境温度Environment(Env)和相对湿度RelativeHumidity(RH)对目标温度的影响，才能计算出最终的温度值RealTemp。
(a)首先根据如下公式计算出不带距离修正时的温度值TempNoDist：
其中，Ems为辐射率、Dist为距离、Env为环境温度，RH为相对湿度；
(3.2)然后根据实验结果计算出最终温度距离修正的系数DistCoff:
其中，Dist1和Dist2代表距离2个采样点的实际距离，Dist1Temp1和Dist1Temp2分别代表Dist1采样点采集的2个温度值，Dist2Temp1和Dist2Temp2分别代表Dist2采样点采集的2个温度值；
(3.3)根据上面两个数值计算出最终的温度值RealTemp，RealTemp＝TempNoDist*DistCoff。
显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

Claims (4)

1.一种不带温度稳定器的探测器测温调温方法，包括如下步骤：
(1)标定，在测温范围L-H内，每间隔一定的温度a，采集同一温度均匀目标物体的AD值变化量，记为ADS[]；其中，采样最大的AD值记为MaxADS，采样最小的AD值记为MinADS；同时，记录标定时测温器工作的环境温度记为DTemp；
(2)计算AD对应的温度值
(2.1)建立探测器的线性变化规律：ADS[RDTemp]＝x*ADS[DTemp]，其中RDTemp代表当前探测器的工作温度，x代表线性变化系数,ADS[DTemp]代表采集环境温度DTemp时的AD值变化量；
(2.2)根据当前探测器的工作温度推测实时AD与实际温度的关系：利用线性变化规律推算各温度间隔DRT对应的AD值变化量ADS[DRT]，最大的AD值记为MaxAD2和最小的AD值记为MinAD2；
(2.2.1)温度校正：
取探测器内置黑体的绝对AD值BAD以及绝对温度值BT，计算BT对应的AD值,记为AD3；计算公式如下：
(2.2.2)计算实际AD偏移值Addiff＝BAD-AD3；
(2.2.3)根据Addiff，建立实时AD值ADRealSample[DRT]与实际温度的对应公式：
ADRealSample[DRT]＝ADS[DRT]-Addiff；
(3)修正温度
(3.1)根据实时AD值与实际温度的对应公式，可推算出每一AD值对应的实际温度ADRealSample[DRT]，考虑环境因素后的最终温度，不带距离修正时的温度值TempNoDist计算方法为：
其中，Ems为辐射率、Dist为距离、Env为环境温度，RH为相对湿度；
(3.2)计算出最终温度距离修正的系数DistCoff:
其中，Dist1和Dist2代表距离2个采样点的实际距离，Dist1Temp1和Dist1Temp2分别代表Dist1采样点采集的2个温度值，Dist2Temp1和Dist2Temp2分别代表Dist2采样点采集的2个温度值；
(3.3)计算出最终的温度值RealTemp，RealTemp＝TempNoDist*DistCoff。
2.根据权利要求1所述的不带温度稳定器的探测器测温调温方法，其特征在于：步骤(1)之前还包括步骤(0)去除噪声，采集AD值；根据温度中值滤波算法，找出AD值的坏点坐标，然后用周围5*5的像素的平均值替换坏点。
3.根据权利要求2所述的不带温度稳定器的探测器测温调温方法，其特征在于：所述找出AD值的坏点坐标的过程如下：
设定有效AD值的阈值范围VADL-VADH；
依次判断每个AD值是否在有效阈值范围内；若否，将该AD值添加到坏点列表；若是，则进行下一个AD值的判断，直至所有AD值判断完成。
4.根据权利要求3所述的不带温度稳定器的探测器测温调温方法，其特征在于：所述用周围5*5的像素的平均值替换坏点具体过程如下：获取坏点列表中每个坏点的位置，判断每个坏点周围24个点是否是坏点，统计每个坏点周围24个点的非坏点数量和非坏点AD值总和，求出每个坏点周围24个点的非坏点AD平均值，将该非坏点AD平均值替换坏点的AD值。
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