CN109696247B - 一种高温物体表面温度的测量方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种高温物体表面温度的测量方法和装置，所述方法包括：确定热像仪中红外辐射能量与红外辐射温度之间的转换关系；根据所述转换关系，对目标物体在所述热像仪的响应波段内的表观发射率进行标定，得到所述目标物体的表观发射率数据；根据所述表观发射率数据，通过所述热像仪测量高温状态下所述目标物体的表面温度。本申请实施例的方法和装置，能够有效实现基于热像仪对高温物体表面温度的定量测量。
Description
技术领域
本申请涉及红外测温技术领域，尤其涉及一种高温物体表面温度的测量方法和装置。
背景技术
与传统的热电偶接触式测温技术相比，红外测温技术为非接触式测温技术，具有无需布置测温点、测温区域广以及对被测物体无干扰等优势，在实际应用中受到研究者的广泛关注。
早期，基于红外测温技术的热像仪主要应用在军事领域，用于实现对目标快速清晰成像，而无需定量测量目标的温度。近年来，随着热像仪的不断完善和发展，热像仪逐渐应用于定量测温场景，例如，电子束焊接过程中，热像仪监控目标的温度并反馈给控制系统，进而对焊接过程的温度进行调节和控制。
但是，目前基于热像仪进行温度测量主要是对低温状态下物体表面温度进行测量，例如，采用三波段红外测温方法测量物体表面温度的测温范围为60～120℃，基于热像仪还没有有效地测量方法对高温状态下物体表面温度进行定量测量。
发明内容
本申请实施例提供一种高温物体表面温度的测量方法和装置，用以解决现有技术中热像仪无法定量测量高温物体表面温度的问题。
本申请实施例提供一种高温物体表面温度的测量方法，包括：
确定热像仪中红外辐射能量与红外辐射温度之间的转换关系；
根据所述转换关系，对目标物体在所述热像仪的响应波段内的表观发射率进行标定，得到所述目标物体的表观发射率数据；
根据所述表观发射率数据，通过所述热像仪测量高温状态下所述目标物体的表面温度。
可选地，确定热像仪中红外辐射能量与红外辐射温度之间的转换关系，包括：
通过所述热像仪拍摄黑体炉的红外热像图；
设置所述热像仪的内置发射率和背景温度；
根据所述黑体炉的红外热像图，确定所述热像仪在所述内置发射率和所述背景温度下得到的红外辐射温度；
根据所述内置发射率、所述背景温度以及所述热像仪在所述内置发射率和所述背景温度下得到的红外辐射温度，确定所述转换关系。
可选地，根据所述内置发射率、所述背景温度以及所述热像仪在所述内置发射率和所述背景温度下得到的红外辐射温度，确定所述转换关系，包括：
通过下述公式进行非线性曲线拟合，确定所述转换关系中的待定参数A、B和C，
其中，C2表示普朗克第二辐射常数，εhyp表示所述内置发射率，Tsur,hyp表示所述背景温度，
表示所述热像仪在所述内置发射率εhyp＝1时得到的红外辐射温度，Ts,hyp表示所述热像仪在所述内置发射率εhyp和所述背景温度Tsur,hyp下得到的红外辐射温度，S表示所述热像仪接收到的红外辐射能量；
根据所述待定参数A、B和C，通过下述公式，确定所述转换关系，
可选地，根据所述转换关系，对目标物体在所述热像仪的响应波段内的表观发射率进行标定，得到所述目标物体的表观发射率数据，包括：
通过热电偶确定所述目标物体的表面温度Ts；
确定所述目标物体的背景温度Tsur，以及所述热像仪在内置发射率为1时通过拍摄所述目标物体的热像图得到的红外辐射温度
通过下述公式对所述目标物体在所述热像仪的响应波段内的表观发射率进行标定，得到所述表观发射率数据，
其中，εs表示所述目标物体在所述表面温度Ts时对应的表观发射率。
可选地，根据所述表观发射率数据，通过所述热像仪测量高温状态下所述目标物体的表面温度，包括：
确定高温状态下所述目标物体的背景温度T'sur，以及所述热像仪在内置发射率为1时通过拍摄高温状态下所述目标物体的热像图得到的红外辐射温度
设置所述目标物体的表观发射率初值ε's；
根据所述背景温度T'sur、所述红外辐射温度
所述表观发射率初值ε's以及所述表观发射率数据，确定高温状态下所述目标物体的表面温度。
可选地，根据所述背景温度T'sur、所述红外辐射温度
所述表观发射率初值ε's以及所述表观发射率数据，确定高温状态下所述目标物体的表面温度，包括：
将所述表观发射率初值ε's作为输入值执行如下步骤：
通过下述公式确定高温状态下所述目标物体的测试表面温度，
其中，Ts表示高温状态下所述目标物体的测试表面温度；
根据所述测试表面温度以及所述表观发射率数据，确定所述目标物体在所述测试表面温度时对应的测试表观发射率；
若所述测试表观发射率与所述输入值之间的差值不小于预设值，将所述测试表观发射率设置为输入值，重复执行上述步骤，直到测试表观发射率与输入值之间的差值小于所述预设值；
将与输入值之间的差值小于所述预设值的测试表观发射率对应的测试表面温度确定为高温状态下所述目标物体的表面温度。
可选地，根据所述测试表面温度以及所述表观发射率数据，确定所述目标物体在所述测试表面温度时对应的测试表观发射率，包括：
根据所述测试表面温度以及所述表观发射率数据，通过线性插值确定所述目标物体在所述测试表面温度时对应的测试表观发射率。
本申请实施例还提供一种高温物体表面温度的测量装置，包括：确定单元、标定单元和测量单元，其中：
所述确定单元，用于确定热像仪中红外辐射能量与红外辐射温度之间的转换关系；
所述标定单元，用于根据所述转换关系，对目标物体在所述热像仪的响应波段内的表观发射率进行标定，得到所述目标物体的表观发射率数据；
所述测量单元，用于根据所述表观发射率数据，通过所述热像仪测量高温状态下所述目标物体的表面温度。
可选地，所述确定单元确定热像仪中红外辐射能量与红外辐射温度之间的转换关系，包括：
通过所述热像仪拍摄黑体炉的红外热像图；
设置所述热像仪的内置发射率和背景温度；
根据所述黑体炉的红外热像图，确定所述热像仪在所述内置发射率和所述背景温度下得到的红外辐射温度；
根据所述内置发射率、所述背景温度以及所述热像仪在所述内置发射率和所述背景温度下得到的红外辐射温度，确定所述转换关系。
可选地，所述确定单元根据所述内置发射率、所述背景温度以及所述热像仪在所述内置发射率和所述背景温度下得到的红外辐射温度，确定所述转换关系，包括
通过下述公式进行非线性曲线拟合，确定所述转换关系中的待定参数A、B和C，
其中，C2表示普朗克第二辐射常数，εhyp表示所述内置发射率，Tsur,hyp表示所述背景温度，
表示所述热像仪在所述内置发射率εhyp＝1时得到的红外辐射温度，Ts,hyp表示所述热像仪在所述内置发射率εhyp和所述背景温度Tsur,hyp下得到的红外辐射温度，S表示所述热像仪接收到的红外辐射能量；
根据所述待定参数A、B和C，通过下述公式，确定所述转换关系，
可选地，所述标定单元根据所述转换关系，对目标物体在所述热像仪的响应波段内的表观发射率进行标定，得到所述目标物体的表观发射率数据，包括：
通过热电偶确定所述目标物体的表面温度Ts；
确定所述目标物体的背景温度Tsur，以及所述热像仪在内置发射率为1时通过拍摄所述目标物体的热像图得到的红外辐射温度
通过下述公式对所述目标物体在所述热像仪的响应波段内的表观发射率进行标定，得到所述表观发射率数据，
其中，εs表示所述目标物体在所述表面温度Ts时对应的表观发射率。
可选地，所述测量单元根据所述表观发射率数据，通过所述热像仪测量高温状态下所述目标物体的表面温度，包括：
确定高温状态下所述目标物体的背景温度T'sur，以及所述热像仪在内置发射率为1时通过拍摄高温状态下所述目标物体的热像图得到的红外辐射温度
设置所述目标物体的表观发射率初值ε's；
根据所述背景温度T'sur、所述红外辐射温度
所述表观发射率初值ε's以及所述表观发射率数据，确定高温状态下所述目标物体的表面温度。
可选地，所述测量单元根据所述背景温度T'sur、所述红外辐射温度
所述表观发射率初值ε's以及所述表观发射率数据，确定高温状态下所述目标物体的表面温度，包括：
将所述表观发射率初值ε's作为输入值执行如下步骤：
通过下述公式确定高温状态下所述目标物体的测试表面温度，
其中，Ts表示高温状态下所述目标物体的测试表面温度；
根据所述测试表面温度以及所述表观发射率数据，确定所述目标物体在所述测试表面温度时对应的测试表观发射率；
若所述测试表观发射率与所述输入值之间的差值不小于预设值，将所述测试表观发射率设置为输入值，重复执行上述步骤，直到测试表观发射率与输入值之间的差值小于所述预设值；
将与输入值之间的差值小于所述预设值的测试表观发射率对应的测试表面温度确定为高温状态下所述目标物体的表面温度。
可选地，所述测量单元根据所述测试表面温度以及所述表观发射率数据，确定所述目标物体在所述测试表面温度时对应的测试表观发射率，包括：
根据所述测试表面温度以及所述表观发射率数据，通过线性插值确定所述目标物体在所述测试表面温度时对应的测试表观发射率。
本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：
通过确定热像仪中红外辐射能量与红外辐射温度之间的转换关系，进而可以根据该转换关系，对目标物体在热像仪响应波段内的表观发射率进行标定，得到目标物体的表观发射率数据，根据该表观发射率数据，通过热像仪测量高温状态下目标物体的表面温度，有效实现基于热像仪对高温物体表面温度的定量测量。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本申请实施例提供的一种高温物体表面温度的测量方法的流程示意图；
图2为本申请实施例提供的热像仪的后处理软件的示意图
图3为本申请实施例提供的样品加热炉的结构示意图；
图4为本申请实施例提供的碳化硅和铝箔在Fluke Tix660热像仪的响应波段内的表观发射率数据的示意图；
图5为本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图；
图6为本申请实施例提供的一种高温物体表面温度的测量装置的结构示意图。
具体实施方式
目前，研究者发现，在利用热像仪定量测量目标物体的表面温度的过程中，目标物体的发射率和目标物体的背景温度是关键参数，只有当热像仪中设置的发射率值与测量过程中目标物体的发射率值相同，且热像仪中设置的背景温度与测量过程中目标物体的背景温度相同时，热像仪通过拍摄目标物体的热像图得到的红外辐射温度才是目标物体的表面温度的准确值。
但是，在实际应用中，热像仪接收到的红外辐射能量涵盖其探测波段，与目标物体的光谱发射率密切相关，由于热像仪厂家不会提供热像仪的光谱响应度，因此，无法确定目标物体在热像仪的响应波段内的发射率(也称为目标物体的表观发射率)，进而无法根据热像仪对目标物体的表面温度进行定量测量。
目前，有研究者提出三波段的红外测温方法，可以在目标物体的表观发射率未知的条件下定量测量目标物体的表面温度，但是采用三波段的红外测温方法的测温范围仅在60～120℃的低温范围内进行了实验验证，对于高温物体表面温度的定量测量是否适用还未可知。
为了实现本申请的目的，本申请实施例提供一种高温物体表面温度的测量方法和装置，所述方法包括：通过确定热像仪中红外辐射能量与红外辐射温度之间的转换关系，进而可以根据该转换关系，对目标物体在热像仪响应波段内的表观发射率进行标定，得到目标物体的表观发射率数据，根据该表观发射率数据，通过热像仪测量高温状态下目标物体的表面温度，有效实现基于热像仪对高温物体表面温度的定量测量。
下面结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。
实施例1
图1为本申请实施例提供的一种高温物体表面温度的测量方法的流程示意图。所述方法可以如下所示。
步骤102：确定热像仪中红外辐射能量与红外辐射温度之间的转换关系。
在实际应用中，热像仪接收到的红外辐射能量包括目标物体的红外辐射能量以及目标物体对周围背景环境的红外辐射能量的反射。
黑体炉的发射率为1，可以产生一定温度下的标准辐射，热像仪通过拍摄黑体炉的红外热像图，可以反演获得热像仪中接收到的红外辐射能量与其显示的红外辐射温度之间的转换关系。
具体地，确定热像仪中红外辐射能量与红外辐射温度之间的转换关系，包括：
通过热像仪拍摄黑体炉的红外热像图；
设置热像仪的内置发射率和背景温度；
根据黑体炉的红外热像图，确定热像仪在该内置发射率和该背景温度下得到的红外辐射温度；
根据该内置发射率、该背景温度以及热像仪在该内置发射率和该背景温度下得到的红外辐射温度，确定转换关系。
根据该内置发射率、该背景温度以及热像仪在该内置发射率和该背景温度下得到的红外辐射温度，确定转换关系，具体包括：
通过下述公式进行非线性曲线拟合，确定转换关系中的待定参数A、B和C，
其中，C2表示普朗克第二辐射常数，εhyp表示内置发射率，Tsur,hyp表示背景温度，
表示热像仪在内置发射率εhyp＝1时得到的红外辐射温度，Ts,hyp表示热像仪在内置发射率εhyp和背景温度Tsur,hyp下得到的红外辐射温度，S表示热像仪接收到的红外辐射能量；
根据待定参数A、B和C，通过下述公式，确定转换关系，
热像仪中红外辐射能量与红外辐射温度之间的转换关系为
若确定转换关系中的待定参数A、B和C之后，即可以确定转换关系。
确定转换关系中的待定参数A、B和C，具体地，首先，通过热像仪拍摄黑体炉的红外热像图。
其次，将黑体炉的红外热像图导入热像仪的后处理软件(SmartView)，在黑体炉的红外热像图中标记一个测温点，SmartView显示的温度即为红外辐射温度。
图2为本申请实施例提供的热像仪的后处理软件的示意图。
如图2所示，将热像仪的内置发射率εhyp设置为1，进而确定热像仪在内置发射率εhyp＝1时对应的红外辐射温度
需要说明的是，热像仪在内置发射率εhyp＝1时的红外辐射温度不随背景温度的变化而变化。
然后，将热像仪中的内置发射率εhyp和背景温度Tsur,hyp设置不同的值，进而确定不同内置发射率εhyp和不同背景温度Tsur,hyp下的红外辐射温度Ts,hyp。
最后，根据得到的红外辐射温度
不同内置发射率εhyp和不同背景温度Tsur,hyp下的红外辐射温度Ts,hyp，基于公式
采用拟合软件进行非线性曲线拟合，确定转换关系中的待定参数A、B和C。
需要说明的是，进行非线性曲线拟合的拟合软件可以采用1stOpt软件，可以采用OriginLab软件，还可以采用其他拟合软件，这里不做具体限定。
例如，针对Fluke Tix660热像仪，确定转换关系中的待定参数A、B和C为：
进而得到Fluke Tix660热像仪中红外辐射能量与红外辐射温度之间的转换关系为：
步骤104：根据转换关系，对目标物体在热像仪的响应波段内的表观发射率进行标定，得到目标物体的表观发射率数据。
在确定热像仪中红外辐射能量与红外辐射温度之间的转换关系之后，根据该转换关系，对目标物体在热像仪的响应波段内的表观发射率进行标定。
本申请实施例中，根据转换关系，对目标物体在热像仪的响应波段内的表观发射率进行标定，得到目标物体的表观发射率数据，包括：
通过热电偶确定目标物体的表面温度Ts；
确定目标物体的背景温度Tsur，以及热像仪在内置发射率为1时通过拍摄目标物体的热像图得到的红外辐射温度
通过下述公式对目标物体在热像仪的响应波段内的表观发射率进行标定，得到表观发射率数据，
其中，εs表示目标物体在表面温度Ts时对应的表观发射率。
将目标物体放置于样品加热炉中，并在样品加热炉中设置K型热电偶，其中，K型热电偶用于确定标定过程中目标物体的表面温度。
图3为本申请实施例提供的样品加热炉的结构示意图。
如图3所示，在样品加热炉前侧设置水冷遮挡板构成的冷却水循环装置，在标定过程中，将水冷遮挡板中冷却水的水温确定为目标物体的背景温度。
标定过程具体包括：首先，通过样品加热炉对目标物体进行加热，根据K型热电偶监控目标物体的表面温度，分别将目标物体加热到不同温度Ts。
其次，对于目标物体在任一表面温度Ts下，拍摄目标物体的红外热像图，以及确定水冷遮挡板中冷却水的水温。
将目标物体在任一表面温度Ts下对应的红外热像图导入SmartView，在SmartView中将热像仪的内置发射率设置为1，确定目标物体在不同表面温度Ts下以及热像仪的内置发射率为1时的红外辐射温度
将目标物体在任一表面温度Ts下确定的水冷遮挡板中冷却水的水温，确定为目标物体在不同表面温度Ts下的背景温度Tsur。
最后，根据目标物体在不同表面温度Ts时对应的背景温度Tsur和红外辐射温度
通过公式
确定目标物体在不同表面温度Ts时对应的表观发射率，得到表观发射率数据。
需要说明的是，表观发射率数据中为离散的数据点。
仍以上述Fluke Tix660热像仪为例，在确定其转换关系为
之后，基于Fluke Tix660热像仪分别对碳化硅和铝箔在Fluke Tix660热像仪的响应波段内的表观发射率进行标定，得到碳化硅和铝箔的表观发射率数据。图4为本申请实施例提供的碳化硅和铝箔在Fluke Tix660热像仪的响应波段内的表观发射率数据的示意图。
步骤106：根据表观发射率数据，通过热像仪测量高温状态下目标物体的表面温度。
在确定目标物体的表观发射率映射数据之后，可以根据该表观发射率数据，通过热像仪对高温状态下目标物体的表面温度进行测量。
本申请实施例中，根据表观发射率数据，通过热像仪测量高温状态下目标物体的表面温度，包括：
确定高温状态下目标物体的背景温度T'sur，以及热像仪在内置发射率为1时通过拍摄高温状态下目标物体的热像图得到的红外辐射温度
设置目标物体的表观发射率初值ε's；
根据背景温度T'sur、红外辐射温度
表观发射率初值ε's以及表观发射率数据，确定高温状态下目标物体的表面温度。
根据背景温度T'sur、红外辐射温度
表观发射率初值ε's以及表观发射率数据，确定高温状态下目标物体的表面温度，具体包括：
将表观发射率初值ε's作为输入值执行如下步骤：
通过下述公式确定高温状态下目标物体的测试表面温度，
其中，Ts表示高温状态下目标物体的测试表面温度；
根据测试表面温度以及表观发射率数据，确定目标物体在测试表面温度时对应的测试表观发射率；
若测试表观发射率与输入值之间的差值不小于预设值，将测试表观发射率设置为输入值，重复执行上述步骤，直到测试表观发射率与输入值之间的差值小于预设值；
将与输入值之间的差值小于预设值的测试表观发射率对应的测试表面温度确定为高温状态下目标物体的表面温度。
本申请实施例中，根据测试表面温度以及表观发射率数据，确定目标物体在测试表面温度时对应的测试表观发射率，包括：
根据测试表面温度以及表观发射率数据，通过线性插值确定目标物体在测试表面温度时对应的测试表观发射率。
通过热像仪测量高温状态下目标物体的表面温度的过程具体包括：
第一步，通过样品炉对目标物体进行加热，将目标物体加热到高温状态。
在将目标物体加热到高温状态之后，可以根据K型热电偶确定目标物体的实际表面温度，以便后续与通过热像仪测量得到的目标物体的表面温度进行对比，进而可以确定热像仪测量目标物体的表面温度的测温偏差。
第二步，在将目标物体加热到高温状态之后，拍摄目标物体的红外热像图，以及确定水冷遮挡板中冷却水的水温。
将目标物体的红外热像图导入SmartView，在SmartView中将热像仪的内置发射率设置为1，确定目标物体在当前高温状态下以及热像仪的内置发射率为1时的红外辐射温度
将水冷遮挡板中冷却水的水温确定为当前高温状态下目标物体的背景温度T'sur。
第三步，为高温状态下的目标物体设置表观发射率初值ε's。
需要说明的是，表观发射率初值ε's的设置可以根据实际情况设置，不做具体限定。
但是，为了使得设置的表观发射率初值ε's更接近真实值，减少后续计算量，表观发射率初值ε's可以根据K型热电偶确定目标物体的实际表面温度以及表观发射率数据确定。
例如，K型热电偶确定目标物体的实际表面温度为580℃，目标物体的表观发射率数据可以确定目标物体在表面温度500℃时的表观发射率为0.650，目标物体在表面温度为600℃时的表观发射率为0.660，则将目标物体的发射率初值ε's设置为0.650～0.660的任一数值。
第四步，根据公式
确定目标物体的测试表面温度，进而根据目标物体的测试表面温度以及表观发射率数据，确定目标物体在测试表面温度时对应的测试表观发射率。
例如，当目标物体为碳化硅时，通过样品加热炉将碳化硅加热到高温状态，设置碳化硅的表观发射率初值ε's为0.600，基于上述第一步～第三步确定得到目标物体的测试表面温度为538.1800℃。
根据上述图4所示的碳化硅在热像仪的响应波段内的表观发射率数据，通过线性差值计算得到碳化硅在测试表面温度538.1800℃时的测试表观发射率为0.6604。
第五步，判断目标物体的测试表观发射率与发射率初值ε's之间的差值是否小于预设值，若否，执行第六步；若是，执行第七步。
第六步，将测试表观发射率确定为表观发射率初值ε's，重复执行第四步～第五步，直到目标物体的测试表观发射率与发射率初值之间的差值小于预设值。
仍以上述目标物体为碳化硅为例，设置预设值为10-4，测试表观发射率为0.6604与表观发射率初值ε's为0.600之间的差值大于预设值10-4，因此，将测试表观发射率为0.6604设置为表观发射率初值ε's，重复执行第四步，再次计算得到目标物体的测试表面温度为506.6761℃，进而通过线性差值计算得到碳化硅在测试表面温度506.6761℃时的测试表观发射率，如此反复计算，直到确定得到的测试表观发射率与表观发射率初值ε's之间的差值小于预设值为10-4，此时，测试表观发射率为0.6601，与该测试表观发射率对应的测试表面温度为503.8334℃。
目标物体的测试表观发射率与表观发射率初值ε's之间的差值小于预设值，表示线性差值迭代已经开始收敛。
需要说明的是，预设值可以根据实际情况设定，这里不做具体限定。
第七步，将与表观发射率初值ε's之间的差值小于预设值的测试表观发射率确定为当前高温状态下目标物体的表观发射率，将与该测试表观发射率对应的测试表面温度确定为当前高温状态下目标物体的表面温度。
仍以上述目标物体为碳化硅为例，当前高温状态下，碳化硅的表观发射率为0.6601，表面温度为503.8334℃。
为了对热像仪确定得到的高温状态下目标物体的表面温度进行验证，确定样品加热炉中K型热电偶测量得到的目标物体的实际表面温度，进而将通过热像仪测量得到的目标物体的表面温度与通过K型热电偶测量得到的目标物体的实际表面温度进行对比，确定热像仪测量目标物体的表面温度的测温偏差。
仍以上述目标物体为碳化硅为例，通过热像仪测量得到的碳化硅的表面温度为503.8334℃，通过K型热电偶测量得到的碳化硅的实际表面温度为527.94℃，进而确定热像仪测量碳化硅的表面温度的测温偏差为4.6％，测温偏差在可接受范围内。
当目标物体为铝箔时，采用上述基于热像仪的测温方法，通过热像仪测量得到的铝箔的表面温度为503.9879℃，通过K型热电偶测量得到的铝箔的实际表面温度为527.94℃，进而确定热像仪测量铝箔的表面温度的测温偏差为4.7％，测温偏差在可接受范围内。
本申请实施例记载的技术方案，通过确定热像仪中红外辐射能量与红外辐射温度之间的转换关系，进而可以根据该转换关系，对目标物体在热像仪响应波段内的表观发射率进行标定，得到目标物体的表观发射率数据，根据该表观发射率数据，通过热像仪测量高温状态下目标物体的表面温度，有效实现基于热像仪对高温物体表面温度的定量测量。
实施例2
图5为本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图。如图5所示，在硬件层面，该电子设备包括处理器，可选地还包括内部总线、网络接口、存储器。其中，存储器可能包含内存，例如高速随机存取存储器(Random-Access Memory，RAM)，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少1个磁盘存储器等。当然，该电子设备还可能包括其他业务所需要的硬件。
处理器、网络接口和存储器可以通过内部总线相互连接，该内部总线可以是ISA(Industry Standard Architecture，工业标准体系结构)总线、PCI(PeripheralComponent Interconnect，外设部件互连标准)总线或EISA(Extended Industry StandardArchitecture，扩展工业标准结构)总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图5中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
存储器，用于存放程序。具体地，程序可以包括程序代码，所述程序代码包括计算机操作指令。存储器可以包括内存和非易失性存储器，并向处理器提供指令和数据。
处理器从非易失性存储器中读取对应的计算机程序到内存中然后运行，在逻辑层面上形成高温物体表面温度的测量装置。处理器，执行存储器所存放的程序，并具体用于执行以下操作：
确定热像仪中红外辐射能量与红外辐射温度之间的转换关系；
根据该转换关系，对目标物体在热像仪的响应波段内的表观发射率进行标定，得到目标物体的表观发射率数据；
根据该表观发射率数据，通过热像仪测量高温状态下目标物体的表面温度。
上述如本申请实施例1执行的方法可以应用于处理器中，或者由处理器实现。处理器可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(NetworkProcessor，NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本申请实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。
该电子设备还可执行图1执行的方法，并实现上述实施例1的功能，本申请实施例在此不再赘述。
本申请实施例还提出了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储一个或多个程序，该一个或多个程序包括指令，该指令当被包括多个应用程序的电子设备执行时，能够使该电子设备执行图1所示实施例中的高温物体表面温度的测量方法，并具体用于执行：
确定热像仪中红外辐射能量与红外辐射温度之间的转换关系；
根据该转换关系，对目标物体在热像仪的响应波段内的表观发射率进行标定，得到目标物体的表观发射率数据；
根据该表观发射率数据，通过热像仪测量高温状态下目标物体的表面温度。
图6为本申请实施例提供的一种高温物体表面温度的测量装置的结构示意图。装置600包括：确定单元601、标定单元602和测量单元603，其中：
确定单元601，用于确定热像仪中红外辐射能量与红外辐射温度之间的转换关系；
标定单元602，用于根据转换关系，对目标物体在热像仪的响应波段内的表观发射率进行标定，得到目标物体的表观发射率数据；
测量单元603，用于根据表观发射率数据，通过热像仪测量高温状态下目标物体的表面温度。
可选地，确定单元601确定热像仪中红外辐射能量与红外辐射温度之间的转换关系，包括：
通过热像仪拍摄黑体炉的红外热像图；
设置热像仪的内置发射率和背景温度；
根据黑体炉的红外热像图，确定热像仪在该内置发射率和该背景温度下得到的红外辐射温度；
根据该内置发射率、该背景温度以及热像仪在该内置发射率和该背景温度下得到的红外辐射温度，确定转换关系。
可选地，确定单元601根据该内置发射率、该背景温度以及热像仪在该内置发射率和该背景温度下得到的红外辐射温度，确定转换关系，包括
通过下述公式进行非线性曲线拟合，确定转换关系中的待定参数A、B和C，
其中，C2表示普朗克第二辐射常数，εhyp表示该内置发射率，Tsur,hyp表示该背景温度，
表示热像仪在该内置发射率εhyp＝1时得到的红外辐射温度，Ts,hyp表示热像仪在该内置发射率εhyp和该背景温度Tsur,hyp下得到的红外辐射温度，S表示热像仪接收到的红外辐射能量；
根据待定参数A、B和C，通过下述公式，确定转换关系，
可选地，标定单元602根据转换关系，对目标物体在热像仪的响应波段内的表观发射率进行标定，得到目标物体的表观发射率数据，包括：
通过热电偶确定目标物体的表面温度Ts；
确定目标物体的背景温度Tsur，以及热像仪在内置发射率为1时通过拍摄目标物体的热像图得到的红外辐射温度
通过下述公式对目标物体在热像仪的响应波段内的表观发射率进行标定，得到表观发射率数据，
其中，εs表示目标物体在表面温度Ts时对应的表观发射率。
可选地，测量单元603根据表观发射率数据，通过热像仪测量高温状态下目标物体的表面温度，包括：
确定高温状态下目标物体的背景温度T'sur，以及热像仪在内置发射率为1时通过拍摄高温状态下目标物体的热像图得到的红外辐射温度
设置目标物体的表观发射率初值ε's；
根据背景温度T'sur、红外辐射温度
表观发射率初值ε's以及表观发射率数据，确定高温状态下目标物体的表面温度。
可选地，测量单元603根据背景温度T'sur、红外辐射温度
表观发射率初值ε's以及表观发射率数据，确定高温状态下目标物体的表面温度，包括：
将表观发射率初值ε's作为输入值执行如下步骤：
通过下述公式确定高温状态下目标物体的测试表面温度，
其中，Ts表示高温状态下目标物体的测试表面温度；
根据测试表面温度以及表观发射率数据，确定目标物体在测试表面温度时对应的测试表观发射率；
若测试表观发射率与输入值之间的差值不小于预设值，将测试表观发射率设置为输入值，重复执行上述步骤，直到测试表观发射率与输入值之间的差值小于预设值；
将与输入值之间的差值小于预设值的测试表观发射率对应的测试表面温度确定为高温状态下目标物体的表面温度。
可选地，测量单元603根据测试表面温度以及表观发射率数据，确定目标物体在测试表面温度时对应的测试表观发射率，包括：
根据测试表面温度以及表观发射率数据，通过线性插值确定目标物体在测试表面温度时对应的测试表观发射率。
根据高温物体表面温度的测量装置，确定单元确定热像仪中红外辐射能量与红外辐射温度之间的转换关系；标定单元根据转换关系，对目标物体在热像仪的响应波段内的表观发射率进行标定，得到目标物体的表观发射率数据；测量单元根据表观发射率数据，通过热像仪测量高温状态下目标物体的表面温度，有效实现基于热像仪对高温物体表面温度的定量测量。
在20世纪90年代，对于一个技术的改进可以很明显地区分是硬件上的改进(例如，对二极管、晶体管、开关等电路结构的改进)还是软件上的改进(对于方法流程的改进)。然而，随着技术的发展，当今的很多方法流程的改进已经可以视为硬件电路结构的直接改进。设计人员几乎都通过将改进的方法流程编程到硬件电路中来得到相应的硬件电路结构。因此，不能说一个方法流程的改进就不能用硬件实体模块来实现。例如，可编程逻辑器件(Programmable Logic Device,PLD)(例如现场可编程门阵列(Field Programmable GateArray，FPGA))就是这样一种集成电路，其逻辑功能由用户对器件编程来确定。由设计人员自行编程来把一个数字系统“集成”在一片PLD上，而不需要请芯片制造厂商来设计和制作专用的集成电路芯片。而且，如今，取代手工地制作集成电路芯片，这种编程也多半改用“逻辑编译器(logic compiler)”软件来实现，它与程序开发撰写时所用的软件编译器相类似，而要编译之前的原始代码也得用特定的编程语言来撰写，此称之为硬件描述语言(Hardware Description Language，HDL)，而HDL也并非仅有一种，而是有许多种，如ABEL(Advanced Boolean Expression Language)、AHDL(Altera Hardware DescriptionLanguage)、Confluence、CUPL(Cornell University Programming Language)、HDCal、JHDL(Java Hardware Description Language)、Lava、Lola、MyHDL、PALASM、RHDL(RubyHardware Description Language)等，目前最普遍使用的是VHDL(Very-High-SpeedIntegrated Circuit Hardware Description Language)与Verilog。本领域技术人员也应该清楚，只需要将方法流程用上述几种硬件描述语言稍作逻辑编程并编程到集成电路中，就可以很容易得到实现该逻辑方法流程的硬件电路。
控制器可以按任何适当的方式实现，例如，控制器可以采取例如微处理器或处理器以及存储可由该(微)处理器执行的计算机可读程序代码(例如软件或固件)的计算机可读介质、逻辑门、开关、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器的形式，控制器的例子包括但不限于以下微控制器：ARC 625D、Atmel AT91SAM、Microchip PIC18F26K20以及Silicone Labs C8051F320，存储器控制器还可以被实现为存储器的控制逻辑的一部分。本领域技术人员也知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现控制器以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得控制器以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等的形式来实现相同功能。因此这种控制器可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构。或者甚至，可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
上述实施例阐明的系统、装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。一种典型的实现设备为计算机。具体的，计算机例如可以为个人计算机、膝上型计算机、蜂窝电话、相机电话、智能电话、个人数字助理、媒体播放器、导航设备、电子邮件设备、游戏控制台、平板计算机、可穿戴设备或者这些设备中的任何设备的组合。
为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。
内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
还需要说明的是，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、商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、商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、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。
Claims (14)
1.一种高温物体表面温度的测量方法，其特征在于，包括：
设置热像仪的内置发射率和背景温度，并确定所述热像仪在所述内置发射率和所述背景温度下得到的红外辐射温度，并根据所述内置发射率、所述背景温度以及所述热像仪在所述内置发射率和所述背景温度下得到的红外辐射温度，确定热像仪中红外辐射能量与红外辐射温度之间的转换关系；
根据所述转换关系，结合目标物体的表面温度、背景温度以及所述热像仪在内置发射率为1时通过拍摄所述目标物体的热像图得到的红外辐射温度，对目标物体在所述热像仪的响应波段内的表观发射率进行标定，得到所述目标物体的表观发射率数据；
根据所述表观发射率数据，通过所述热像仪测量高温状态下所述目标物体的表面温度。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述热像仪在所述内置发射率和所述背景温度下得到的红外辐射温度，包括：
通过所述热像仪拍摄黑体炉的红外热像图；
根据所述黑体炉的红外热像图，确定所述热像仪在所述内置发射率和所述背景温度下得到的红外辐射温度。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述内置发射率、所述背景温度以及所述热像仪在所述内置发射率和所述背景温度下得到的红外辐射温度，确定所述转换关系，包括：
通过下述公式进行非线性曲线拟合，确定所述转换关系中的待定参数A、B和C，
其中，C2表示普朗克第二辐射常数，εhyp表示所述内置发射率，Tsur,hyp表示所述背景温度，
表示所述热像仪在所述内置发射率εhyp＝1时得到的红外辐射温度，Ts,hyp表示所述热像仪在所述内置发射率εhyp和所述背景温度Tsur,hyp下得到的红外辐射温度，S表示所述热像仪接收到的红外辐射能量；
根据所述待定参数A、B和C，通过下述公式，确定所述转换关系，
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述转换关系，结合目标物体的表面温度、背景温度以及所述热像仪在内置发射率为1时通过拍摄所述目标物体的热像图得到的红外辐射温度，对目标物体在所述热像仪的响应波段内的表观发射率进行标定，得到所述目标物体的表观发射率数据，包括：
通过热电偶确定所述目标物体的表面温度Ts；
确定所述目标物体的背景温度Tsur，以及所述热像仪在内置发射率为1时通过拍摄所述目标物体的热像图得到的红外辐射温度
通过下述公式对所述目标物体在所述热像仪的响应波段内的表观发射率进行标定，得到所述表观发射率数据，
其中，εs表示所述目标物体在所述表面温度Ts时对应的表观发射率。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述表观发射率数据，通过所述热像仪测量高温状态下所述目标物体的表面温度，包括：
确定高温状态下所述目标物体的背景温度T'sur，以及所述热像仪在内置发射率为1时通过拍摄高温状态下所述目标物体的热像图得到的红外辐射温度
设置所述目标物体的表观发射率初值ε's；
根据所述背景温度T'sur、所述红外辐射温度
所述表观发射率初值ε's以及所述表观发射率数据，确定高温状态下所述目标物体的表面温度。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，根据所述背景温度T'sur、所述红外辐射温度
所述表观发射率初值ε's以及所述表观发射率数据，确定高温状态下所述目标物体的表面温度，包括：
将所述表观发射率初值ε's作为输入值执行如下步骤：
通过下述公式确定高温状态下所述目标物体的测试表面温度，
其中，Ts表示高温状态下所述目标物体的测试表面温度；
根据所述测试表面温度以及所述表观发射率数据，确定所述目标物体在所述测试表面温度时对应的测试表观发射率；
若所述测试表观发射率与所述输入值之间的差值不小于预设值，将所述测试表观发射率设置为输入值，重复执行上述步骤，直到测试表观发射率与输入值之间的差值小于所述预设值；
将与输入值之间的差值小于所述预设值的测试表观发射率对应的测试表面温度确定为高温状态下所述目标物体的表面温度。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，根据所述测试表面温度以及所述表观发射率数据，确定所述目标物体在所述测试表面温度时对应的测试表观发射率，包括：
根据所述测试表面温度以及所述表观发射率数据，通过线性插值确定所述目标物体在所述测试表面温度时对应的测试表观发射率。
8.一种高温物体表面温度的测量装置，其特征在于，包括：确定单元、标定单元和测量单元，其中：
所述确定单元，用于设置热像仪的内置发射率和背景温度，并确定所述热像仪在所述内置发射率和所述背景温度下得到的红外辐射温度，并根据所述内置发射率、所述背景温度以及所述热像仪在所述内置发射率和所述背景温度下得到的红外辐射温度，确定热像仪中红外辐射能量与红外辐射温度之间的转换关系；
所述标定单元，用于根据所述转换关系，结合目标物体的表面温度、背景温度以及所述热像仪在内置发射率为1时通过拍摄所述目标物体的热像图得到的红外辐射温度，对目标物体在所述热像仪的响应波段内的表观发射率进行标定，得到所述目标物体的表观发射率数据；
所述测量单元，用于根据所述表观发射率数据，通过所述热像仪测量高温状态下所述目标物体的表面温度。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述确定所述热像仪在所述内置发射率和所述背景温度下得到的红外辐射温度，包括：
通过拍摄黑体炉的红外热像图；
设置所述热像仪的内置发射率和背景温度；
根据所述黑体炉的红外热像图，确定所述热像仪在所述内置发射率和所述背景温度下得到的红外辐射温度；
根据所述内置发射率、所述背景温度以及所述热像仪在所述内置发射率和所述背景温度下得到的红外辐射温度，确定所述转换关系。
10.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述确定单元根据所述内置发射率、所述背景温度以及所述热像仪在所述内置发射率和所述背景温度下得到的红外辐射温度，确定所述转换关系，包括
通过下述公式进行非线性曲线拟合，确定所述转换关系中的待定参数A、B和C，
其中，C2表示普朗克第二辐射常数，εhyp表示所述内置发射率，Tsur,hyp表示所述背景温度，
表示所述热像仪在所述内置发射率εhyp＝1时得到的红外辐射温度，Ts,hyp表示所述热像仪在所述内置发射率εhyp和所述背景温度Tsur,hyp下得到的红外辐射温度，S表示所述热像仪接收到的红外辐射能量；
根据所述待定参数A、B和C，通过下述公式，确定所述转换关系，
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述标定单元根据所述转换关系，结合目标物体的表面温度、背景温度以及所述热像仪在内置发射率为1时通过拍摄所述目标物体的热像图得到的红外辐射温度，对目标物体在所述热像仪的响应波段内的表观发射率进行标定，得到所述目标物体的表观发射率数据，包括：
通过热电偶确定所述目标物体的表面温度Ts；
确定所述目标物体的背景温度Tsur，以及所述热像仪在内置发射率为1时通过拍摄所述目标物体的热像图得到的红外辐射温度
通过下述公式对所述目标物体在所述热像仪的响应波段内的表观发射率进行标定，得到所述表观发射率数据，
其中，εs表示所述目标物体在所述表面温度Ts时对应的表观发射率。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述测量单元根据所述表观发射率数据，通过所述热像仪测量高温状态下所述目标物体的表面温度，包括：
确定高温状态下所述目标物体的背景温度T'sur，以及所述热像仪在内置发射率为1时通过拍摄高温状态下所述目标物体的热像图得到的红外辐射温度
设置所述目标物体的表观发射率初值ε's；
根据所述背景温度T'sur、所述红外辐射温度
所述表观发射率初值ε's以及所述表观发射率数据，确定高温状态下所述目标物体的表面温度。
13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述测量单元根据所述背景温度T'sur、所述红外辐射温度
所述表观发射率初值ε's以及所述表观发射率数据，确定高温状态下所述目标物体的表面温度，包括：
将所述表观发射率初值ε's作为输入值执行如下步骤：
通过下述公式确定高温状态下所述目标物体的测试表面温度，
其中，Ts表示高温状态下所述目标物体的测试表面温度；
根据所述测试表面温度以及所述表观发射率数据，确定所述目标物体在所述测试表面温度时对应的测试表观发射率；
若所述测试表观发射率与所述输入值之间的差值不小于预设值，将所述测试表观发射率设置为输入值，重复执行上述步骤，直到测试表观发射率与输入值之间的差值小于所述预设值；
将与输入值之间的差值小于所述预设值的测试表观发射率对应的测试表面温度确定为高温状态下所述目标物体的表面温度。
14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述测量单元根据所述测试表面温度以及所述表观发射率数据，确定所述目标物体在所述测试表面温度时对应的测试表观发射率，包括：
根据所述测试表面温度以及所述表观发射率数据，通过线性插值确定所述目标物体在所述测试表面温度时对应的测试表观发射率。
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