CN109813440A - 一种红外热像仪标定装置、测温标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种红外热像仪标定装置，包括试验箱和用以控制试验箱内温度的控制装置，试验箱中设有用以安装红外热像仪的第一支架和用以安装黑体的第二支架，第一支架上具有至少两个安装用以红外热像仪的安装部，黑体朝向第一支架上红外热像仪的安装部，第一支架和/或第二支架设有移动装置，移动装置能够使黑体在安装部间移动、以使黑体依次正对各安装部。第一支架可安装多台红外热像仪，在一次标定过程中，黑体依次与每台红外热像仪正对，可完成多台红外热像仪的标定，显著提高了标定效率。本发明还提供了一种红外热像仪的测温标定方法，其通过最小二乘法拟合对照表，进行测温标定，能够提高曲线拟合精度，进而提高红外热像仪的测温精度。

Description

一种红外热像仪标定装置、测温标定方法

技术领域

本发明涉及红外热像仪标定技术领域，特别涉及一种红外热像仪标定装置。本发明还涉及一种红外热像仪测温标定方法。

背景技术

红外热成像测温技术是一种非接触温度测量技术，其具有直观、准确、灵敏度高、快速、安全、可测定物体表面温度场分布等优点。目前，该技术在机器设备的状态监测、半导体元件和集成电路的质量筛选和故障诊断、石化设备的故障诊断、火灾探测、材料内部缺陷的无损监测、传热研究以及红外特征隐身评估等领域得到广泛应用。

红外热像仪测温与目标自身辐射大小、环境温度、大气湿度等参数密切相关，在使用红外热像仪测温前需要对其进行标定。目前，对红外热像仪进行测温标定，一般采用旋转红外热像仪的方法对其进行标定。标定过程中旋转红外热像仪，使其依次正对试验箱中的黑体，通过测量黑体在红外热像仪上成像的灰度值确定温度与灰度值间的对应关系。但旋转法每次只能对一台红外热像仪进行标定，标定效率较低。

因此，如何提高红外热像仪的标定效率是本领域技术人员急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种红外热像仪标定装置，其一次能够标定至少两台红外热像仪，显著提高了标定效率。

为实现上述目的，本发明提供一种红外热像仪标定装置，包括试验箱和用以控制所述试验箱内温度的控制装置，所述试验箱中设有用以安装红外热像仪的第一支架和用以安装黑体的第二支架，所述第一支架上具有至少两个安装用以红外热像仪的安装部，所述黑体朝向所述第一支架上红外热像仪的安装部，所述第一支架和/或所述第二支架设有移动装置，所述移动装置能够使所述黑体在所述安装部间移动、以使所述黑体依次正对各所述安装部。

优选地，所述试验箱呈长方体，所述第一支架和所述第二支架分别固定于所述试验箱相对的两内侧壁上，所述第一支架包括载板以及连接所述载板和所述试验箱内侧壁的固定架，所述安装部位于所述载板朝向所述第二支架的侧面。

优选地，所述载板沿竖直方向设有多排安装部，所述第二支架包括横梁、纵梁以及用以安装所述黑体的安装座，所述移动装置包括横向移动装置和纵向移动装置，所述横向移动装置位于所述横梁中，所述纵向移动装置位于所述纵梁中。

优选地，所述横梁为两根，两所述横梁中均设有所述横向移动装置，所述纵梁的两端分别与两所述横向移动装置相连，所述安装座与所述纵向移动装置相连。

优选地，所述横向移动装置包括横向丝杠和驱动所述横向丝杠的横向移动电机，所述纵向移动装置包括纵向丝杠和驱动所述纵向丝杠的纵向移动电机。

优选地，所述黑体的数量为两个，所述控制装置与两所述黑体均相连、以控制所述黑体的温度。

一种红外热像仪的测温标定方法，包括：

确定测温标定时试验箱内温度的环境温度集和黑体温度的标定温度集，并根据所述环境温度集和所述标定温度集设定不同的温度条件；

在每个所述温度条件下，控制黑体与各安装部上的红外热像仪依次正对，并采集所述红外热像仪成像的灰度值数据；

通过最小二乘法将每台所述红外热像仪对应的所有所述灰度值数据进行拟合，得到每台所述红外热像仪对应的映射表，完成所述红外热像仪的测温标定。

优选地，所述温度条件包括一个所述环境温度和两个不同的所述标定温度，两所述黑体温度分别设定为两所述标定温度。

本发明所提供的红外热像仪标定装置，包括试验箱和控制装置，红外热像仪和黑体均设置于试验箱中，控制装置能够控制试验箱内的温度，从而改变红外热像仪所处的环境温度。试验箱中设有第一支架和第二支架，第一支架上具有至少两个安装用以红外热像仪的安装部，因此，第一支架能够安装至少两台红外热像仪，黑体安装在第二支架上，并朝向第一支架上红外热像仪的安装部。第一支架和/或第二支架设有移动装置，移动装置能够使黑体在安装部间移动，使黑体依次正对各安装部。

在标定的过程中，移动装置带动黑体在各安装部间移动，使其正对安装部上的红外热像仪，同时采集黑体在红外热像仪上成像的灰度值，再建立灰度值与黑体温度的对应关系即可完成红外热像仪的标定。由于第一支架可安装多台红外热像仪，在一次标定过程中，黑体依次与每台红外热像仪正对，可完成多台红外热像仪的标定，显著提高了标定效率。

另外，现有技术在建立灰度值与黑体温度的对应关系时，通常采用线性模型、抛物线模型进行曲线拟合，拟合结果存在较大的数据拟合误差，由此导致标定的红外测温装置测温精度较低。

本发明还提供了一种红外热像仪的测温标定方法，其通过最小二乘法拟合对照表，进行测温标定，能够提高曲线拟合精度，进而提高红外热像仪的测温精度。

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，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的红外热像仪标定装置的结构示意图；

图2为黑体与红外热像仪相配合的示意图；

图3为黑体与红外热像仪相配合的侧视图。

其中，图1中的附图标记为：

试验箱1、黑体2、红外热像仪3、固定架4、载板5、固定块6、横梁7、纵梁8、横向移动电机9、纵向移动电机10、安装座11。

具体实施方式

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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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，都属于本发明保护的范围。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1至图3，图1为本发明所提供的红外热像仪标定装置的结构示意图；图2为黑体与红外热像仪相配合的示意图；图3为黑体与红外热像仪相配合的侧视图。

本发明所提供的红外热像仪标定装置，如图1至图3所示，包括试验箱1和控制装置，红外热像仪3和黑体2均设置于试验箱1中，另外试验箱1中设有温度调节装置，控制装置与温度调节装置相连，并通过温度调节装置改变试验箱1内温度，从而实现改变红外热像仪3工作的环境温度的目的。控制装置也可以与黑体2相连，控制黑体2温度。

具体的，试验箱1中设有第一支架和第二支架，第一支架通过安装部与红外热像仪3相连，第一支架上具有至少两个安装部，安装部可通过插接、卡接等可拆卸的连接方式与红外热像仪3相连，安装部的具体结构可参考现有技术，在此不再赘述。

用于标定红外热像仪3的黑体2安装在第二支架上，且黑体2朝向第一支架上红外热像仪3的安装部。在标定过程中，黑体2需要正对红外热像仪3才能够在红外热像仪3上成像，正对是指红外热像仪3位于黑体2在第一支架上投影的范围内。由于第一支架上可安装多台红外热像仪3，要对全部红外热像仪3进行标定，就需要将黑体2与红外热像仪3依次对正。因此，第一支架和/或第二支架设有移动装置，移动装置能够使黑体2在安装部间移动，从而使黑体2与安装部上的红外热像仪3依次对正，达到标定所有红外热像仪3的目的。移动装置可具体为丝杠、气缸等机构，在此不做限定。

需要说明的是，移动装置使黑体2在安装部间移动是指移动装置使黑体2与第一支架产生相对运动，该过程可具体为移动装置带动黑体2移动，或移动装置带动安装部移动，或移动装置带动二者同时移动，只要能够使黑体2与红外热像仪3依次对正即可。

本实施例中，红外热像仪标定装置的第一支架可安装多台红外热像仪3，同时第一支架和/或第二支架设有移动装置，移动装置可使黑体2与安装部上的红外热像仪3依次对正，从而完成多台红外热像仪3的标定，显著提高了红外热像仪3的标定效率。

可选的，试验箱1呈长方体，如图1所示，第一支架包括固定架4和载板5，固定架4与试验箱1一侧的内侧壁固定连接，载板5平行于固定架4所在的内侧壁，固定架4上设有固定块6，固定块6朝向载板5的一侧设有沿水平方向延伸的插接槽，载板5与固定块6通过插接的方式相连。安装部位于载板5远离第一支架的侧面。标定之前可将载板5取下，并在安装部上安装红外热像仪3，完成安装后再将载板5安装在固定架4上，载板5与固定架4可拆卸的连接能够方便安装红外热像仪3，提高标定效率。

第二支架固定在试验箱1内与第一支架相对一侧的内侧壁上，黑体2通过移动装置与第二支架相连，且朝向载板5上的安装部。黑体2在移动装置的带动下与全部红外热像仪3依次正对，完成全部红外热像仪3的标定。

具体的，如图1和图2所示，载板5沿竖直方向设有多排安装部，每排安装部设有多个安装部，从而在载板5上形成红外热像仪3阵列，提高载板5上红外热像仪3的容量，进一步提高标定效率。

进一步的，第二支架包括横梁7和纵梁8，移动装置包括横向移动装置和纵向移动装置，横向移动装置位于横梁7中，纵向移动装置位于纵梁8中。黑体2通过安装座11与横向移动装置或纵向移动装置相连，横向移动装置沿水平方向移动，纵向移动装置能够带动黑体2沿竖直方向移动，从而使黑体2经过移动后能够与载板5上的所有红外热像仪3依次正对。

具体的，如图1和图2所示，横梁7为两根，二者与试验箱1的内侧壁固定连接，每根横梁7中设有一套横向移动装置，横向移动装置包括横向丝杠和驱动横向丝杠的横向移动电机9，横向丝杠位于横梁7内部，横向移动电机9位于横梁7的端部。

纵梁8的两端分别与两根丝杠相连，横向移动电机9带动横向丝杠转动，进而带动纵梁8沿水平方向移动。纵向移动装置包括纵向丝杠和驱动纵向丝杠的纵向移动电机10，纵向丝杠位于纵梁8内部，纵向移动电机10位于纵梁8的上端。安装座11包括水平支撑板和竖直挡板，如图2和图3所示，黑体2安装于水平支撑板和竖直挡板构成的直角结构中，水平支撑板的下侧面设有用于与纵向丝杠相连的连接耳，纵向移动电机10带动纵向丝杠转动，进而带动安装座11和黑体2沿水平方向移动。纵梁8与横向丝杠间以及安装座11与纵向丝杠间的连接方式可参考现有技术，在此不再赘述。

本实施例中，采用电机丝杠结构作为移动装置，丝杠能够承受较大的剪切力，避免移动装置在使用过程中发生损坏，提高了红外热像仪标定装置的使用寿命。另外，载板5上设有多排安装部，从而使红外热像仪标定装置能够安装多台红外热像仪3，增加一次标定的红外热像仪3的数量，进一步提高标定效率。

红外热像仪3标定过程中需要测量多组温度数据，再通过成像的灰度值拟合灰度值与温度的对应关系，确保标定结果准确。现有技术中的标定设备中设有多个黑体2，全部黑体2的温度均不相同，通过温度不同的黑体2在红外热像仪3上成像，完成多组温度下灰度值的测量。但黑体2的价格昂贵，设置多个黑体2会使标定设备的价格过高，影响标定设备的普及。

本实施例中，黑体2的数量为两个，两黑体2均与控制装置相连，控制装置可以改变黑体2的温度。使用过程中，控制装置先将两黑体2设置为不同的温度，再对红外热像仪3进行标定，标定完成后改变两黑体2的温度，继续标定。通过控制装置改变黑体2温度，可以减少标定红外热像仪3所需的黑体2的数量，降低红外热像仪标定装置的制造成本，便于提高其普及率。

另外，本申请还提供了一种红外热像仪的测温标定方法，其可采用上述红外热像仪标定装置对红外热像仪3进行标定，标定的具体步骤包括：

S1、确定测温标定时试验箱1内温度的环境温度集和黑体2温度的标定温度集，并根据环境温度集和标定温度集设定不同的温度条件；

具体的，环境温度集中包括至少两个环境温度a1和a2，标定温度集中包括至少一个标定温度T1。在本发明的一种具体实施方式中，环境温度集包括7个不同的环境温度a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7，标定温度集包括6个不同的标定温度T1、T2、T3、T4、T5、T6。环境温度和标定温度的具体数值可参考现有技术，在此不再赘述。

温度条件包括一个环境温度和至少一个标定温度，标定温度的数量根据红外热像仪标定装置确定。环境温度相同的两个温度条件中，标定温度通常不同。

另外，环境温度设定完成后，通常需要保温预设时长，使红外热像仪3达到环境温度，保证测量结果准确。

S2、在每个温度条件下，控制黑体2与各安装部上的红外热像仪3依次正对，并采集红外热像仪3成像的灰度值数据；

具体的，当环境温度和标定温度设定完成后，控制移动装置将黑体2移动至与红外热像仪3正对的位置，黑体2在红外热像仪3上成像，采集成像的灰度值数据即完成一次标定。然后改变温度条件，再次采集成像的灰度值数据，直至全部温度条件下黑体2成像的灰度值数据即完成温度测量。

S3、通过最小二乘法将每台红外热像仪3对应的所有灰度值数据进行拟合，得到每台红外热像仪3对应的映射表，完成红外热像仪3的测温标定。

完成测量后会得到多组与标定温度相对应的灰度值数据，根据灰度值数据和其所对应的标定温度通过最小二乘法进行拟合，得到灰度值数据与标定温度对应关系的映射表。将映射表下载至对应的红外热像仪3中，红外热像仪3可根据映射表确定物体的温度。

可选的，本发明的一种具体实施方式中，红外热像仪标定装置设有两台黑体2，将两台黑体2设定为不同的标定温度可以在一次标定过程中完成两个温度的标定，提高了标定的效率。相应的，温度条件中包括一个环境温度和两个不同的标定温度，两黑体2温度分别设定为两标定温度。

本发明所提供的红外热像仪3的测温标定方法采用最小二乘法拟合灰度值数据和其所对应的标定温度之间的函数曲线，能够提高曲线拟合精度，进而提高红外热像仪3的测温的准确性。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本发明所提供的红外热像仪标定装置和标定方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种红外热像仪标定装置，其特征在于，包括试验箱(1)和用以控制所述试验箱(1)内温度的控制装置，所述试验箱(1)中设有用以安装红外热像仪(3)的第一支架和用以安装黑体(2)的第二支架，所述第一支架上具有至少两个安装用以红外热像仪(3)的安装部，所述黑体(2)朝向所述第一支架上红外热像仪(3)的安装部，所述第一支架和/或所述第二支架设有移动装置，所述移动装置能够使所述黑体(2)在所述安装部间移动、以使所述黑体(2)依次正对各所述安装部。

2.根据权利要求1所述的红外热像仪标定装置，其特征在于，所述试验箱(1)呈长方体，所述第一支架和所述第二支架分别固定于所述试验箱(1)相对的两内侧壁上，所述第一支架包括载板(5)以及连接所述载板(5)和所述试验箱(1)内侧壁的固定架(4)，所述安装部位于所述载板(5)朝向所述第二支架的侧面。

3.根据权利要求2所述的红外热像仪标定装置，其特征在于，所述载板(5)沿竖直方向设有多排安装部，所述第二支架包括横梁(7)、纵梁(8)以及用以安装所述黑体(2)的安装座(11)，所述移动装置包括横向移动装置和纵向移动装置，所述横向移动装置位于所述横梁(7)中，所述纵向移动装置位于所述纵梁(8)中。

4.根据权利要求3所述的红外热像仪标定装置，其特征在于，所述横梁(7)为两根，两所述横梁(7)中均设有所述横向移动装置，所述纵梁(8)的两端分别与两所述横向移动装置相连，所述安装座(11)与所述纵向移动装置相连。

5.根据权利要求4所述的红外热像仪标定装置，其特征在于，所述横向移动装置包括横向丝杠和驱动所述横向丝杠的横向移动电机(9)，所述纵向移动装置包括纵向丝杠和驱动所述纵向丝杠的纵向移动电机(10)。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的红外热像仪标定装置，其特征在于，所述黑体(2)的数量为两个，所述控制装置与两所述黑体(2)均相连、以控制所述黑体(2)的温度。

7.一种红外热像仪的测温标定方法，其特征在于，包括：

确定测温标定时试验箱(1)内温度的环境温度集和黑体(2)温度的标定温度集，并根据所述环境温度集和所述标定温度集设定不同的温度条件；

在每个所述温度条件下，控制黑体(2)与各安装部上的红外热像仪(3)依次正对，并采集所述红外热像仪(3)成像的灰度值数据；

通过最小二乘法将每台所述红外热像仪(3)对应的所有所述灰度值数据进行拟合，得到每台所述红外热像仪(3)对应的映射表，完成所述红外热像仪(3)的测温标定。

8.根据权利要求7所述的红外热像仪(3)的测温标定方法，其特征在于，所述温度条件包括一个所述环境温度和两个不同的所述标定温度，两所述黑体(2)温度分别设定为两所述标定温度。