CN110146173B - 基于红外测温技术的测温一致性校验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于仪器校验技术领域，特别涉及一种基于红外测温技术的测温一致性校验方法，包括如下步骤：A采用光照强度均匀的物面作为校正基准，在物面的多种光照强度条件下用待测仪器进行采样，对获得的采样图像进行计算得到校正参数；B将得到的校正参数导入待测仪器的控制系统，用于对采集到的原始图像的亮度进行校正；C以腔式黑体为基准，验证待测仪器的测温一致性，若测温一致性不满足阈值要求，则返回重新校验；若测温一致性满足阈值要求，完成校验。本发明采用均匀性、稳定性高的光源模拟高温热源来对测温仪器进行校正，低成本、高效率、高质量地实现了高温段测温一致性的校正。
Description
技术领域
本发明属于仪器校验技术领域，特别涉及一种基于红外测温技术的测温一致性校验方法。
背景技术
测温一致性是指在视场内不同区域温度测量结果的一致性，是准确反映被测物体表面温度分布的能力。测温一致性差的原因如下：其一，探测器由多个探测单元组成，各探测单元的响应阈值、速度不同，使得位于各探测单元检测区域的测温结果不同；其二，探测镜头的球差、慧差、像散、场曲、畸变、渐晕不同影响成像效果，或者镜片缺陷和脏污导致成像结果的变化，影响测温一致性。故而，在使用基于红外测温技术的仪器进行测温之前，需要对仪器进行校正和检验。
现有技术中，通常是采用基于面源黑体的单点法、两点法和多点法等方法进行校正，但是受材料和工艺的限制，面源黑体的温度超过600℃后，其校正面的温度均匀性无法保障，也就无法利用面源黑体进行600℃以上的测温一致性校正，严重影响测温范围高于600℃的红外测温仪的应用与推广。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低成本、高效率的基于红外测温技术的测温一致性校验方法。
为实现以上目的，本发明采用的技术方案为：
一种基于红外测温技术的测温一致性校验方法，包括如下步骤：
A获得校正参数：采用光照强度均匀的物面作为校正基准，在物面的多种光照强度条件下用待测仪器10进行采样，对获得的采样图像进行计算得到校正参数；
B应用校正参数：将步骤A得到的校正参数导入待测仪器10的控制系统，用于对采集到的原始图像的亮度进行校正；
C验证校正结果：以腔式黑体为基准，验证待测仪器10的测温一致性，若测温一致性不满足阈值要求，则返回步骤A；若测温一致性满足阈值要求，完成校验。
与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：采用均匀性、稳定性高的光源模拟高温热源来对测温仪器进行校正，低成本、高效率、高质量地实现了高温段测温一致性的校正。
附图说明
下面对本说明书各附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1是本发明采样装置的示意图；
图2是本发明验证装置的示意图；
图3是校正结果验证测温点的分布示意图；
图4是实施例中待测仪器校正前图像亮度分布的立体示意图；
图5是实施例中待测仪器校正后图像亮度分布的立体示意图。
图中：10.待测仪器，11.支架，20.积分球，21.积分球电源，30.腔式黑体，31.黑体腔，40.数据处理装置。
具体实施方式
下面结合附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
一种基于红外测温技术的测温一致性校验方法，包括如下步骤：
A获得校正参数：采用光照强度均匀的物面作为校正基准，在物面的多种光照强度条件下用待测仪器10进行采样，对获得的采样图像进行计算得到校正参数；
B应用校正参数：将步骤A得到的校正参数导入待测仪器10的控制系统，用于对采集到的原始图像的亮度进行校正；
校正后的图像经后续计算处理，转换成为温度分布图像输出。
C验证校正结果：以腔式黑体为基准，验证待测仪器10的测温一致性，若测温一致性不满足阈值要求，则返回步骤A；若测温一致性满足阈值要求，完成校验。
用于进行测温一致性的校验，光源相较高温热源具有更高的稳定性和均匀性，以保证待测仪器10的采样质量，另外，光源的亮度调节更加方便快捷且调节范围广，能进一步提升待测仪器10的采样效率和质量，从而高效率、高质量地实现了高温段测温一致性的校正。
在具体实施时，步骤A的采样过程中，作为校正基准的物面应当充满待测仪器10测温镜头的整个视场，使得待测仪器10采集得到的图像的整个画面都是该物面。
本实施例步骤A中，采样装置如图1布置，采用积分球20的内壁作为校正基准，待测仪器10的测温镜头紧贴积分球20的光线出口布置，以保证积分球20的内壁充满待测仪器10测温镜头的整个视场。
在采样过程中，通过改变积分球20的供电电压调整积分球内壁的光照强度，积分球电源21采用高精度稳压电源以保证积分球内壁的均匀性和光照强度调节的准确性。为保证采样效果，需要根据积分球内壁光照强度的大小调节待测仪器10的图像曝光时间。曝光时间不匹配，可能导致采集得到的图像亮度太低或趋于饱和，无法用于温度计算。
优选的，在步骤A的采样过程中，通过调节支架11来调整待测仪器10的姿态，使测温镜头指向积分球20光滑内壁的不同区域，避免积分球内壁存在瑕疵使得物面光照强度不均匀导致校正结果存在偏差。
在步骤A的参数计算过程中，基于采样图像采用最小二乘法确定校正参数，具体包括如下步骤：
A1分别将物面调整到不同亮度Tk(1＜k＜n)，采集这n个不同亮度值时光电转换元件的响应电压Uk(i,j)，(1＜i＜M,1＜j＜N)，获得n个M×N阵列，M和N分别表示面阵光敏单元的总行数和总列数，i和j为某光敏单元对应的行和列；
对每个亮度下的M×N阵列取平均得到：
这样每个光敏单元都会得到n组
A2分别对光电转换元件的每个光敏单元进行最小二乘拟合，以i行j列的光敏单元为例，根据最小二乘原则，只需要求得A(i,j)和B(i,j)使得：
达到最小，即完成了最小二乘拟合。
A3使用上一步中的方法进行计算求得每一个光敏像素单元的校正参数A(i,j)和B(i,j)：
A4对光电转换元件的响应电压进行校正，校正后的响应电压为U'(i,j)，U'(i,j)＝A(i,j)×U(i,j)+B(i,j)。
优选的，当待测仪器10具有两个及以上的光电转换元件时，待测仪器10的每个光电转换元件都需要按照步骤A-C进行测温一致性校验。
具体的，本实施例的步骤C中，验证装置如图2布置，通过调整支架11来调节待测仪器10的姿态，使腔室黑体光斑分别成像在图3中9个区域的中心点处，并记录光斑成像在每个中心点时，该中心点处测得的温度，
式中：
n——第1～9区域；
φn——测温一致性；
Tn——各区域的测温读数，单位为摄氏度(℃)；
T5——第5区域的测温读数，单位为摄氏度(℃)。
若φn满足阈值要求，待测仪器10的测温一致性校验完毕；若φn不满足阈值要求，则返回步骤A。
如图4、5所示，为一具体实施例中待测仪器10校正前和校正后，采集光照强度均匀的物面得到的图像的亮度分布立体示意图，显然，校正前采集得到的图像中间亮度高、边缘亮度低，校正后采集得到的图像亮度变得平整，待测仪器10的测温一致性得到显著提升。
Claims (6)
1.一种基于红外测温技术的测温一致性校验方法，包括如下步骤：
(A)获得校正参数：采用光照强度均匀的物面作为校正基准，在物面的多种光照强度条件下用待测仪器(10)进行采样，对获得的采样图像进行计算得到校正参数，其中，
采样过程中，作为校正基准的物面充满待测仪器(10)测温镜头的整个视场，待测仪器(10)采集得到的图像的整个画面都是该物面；
基于采样图像根据最小二乘法确定校正参数，具体包括如下步骤：
(A1)分别将物面调整到不同亮度Tk，1＜k＜n，采集这n个不同亮度值时光电转换元件的响应电压Uk(i,j)，1＜i＜M，1＜j＜N，获得n个M×N阵列，M和N分别表示面阵光敏单元的总行数和总列数，i和j为某光敏单元对应的行和列；
对每个亮度下的M×N阵列取平均得到：
这样每个光敏单元都会得到n组(Uk(i,j)，
)
(A2)分别对光电转换元件的每个光敏单元进行最小二乘拟合，以i行j列的光敏单元为例，根据最小二乘原则，只需要求得A(i,j)和B(i,j)使得：
达到最小，即完成了最小二乘拟合；
(A3)使用上一步中的方法进行计算求得每一个光敏像素单元的校正参数A(i,j)和B(i,j)：
(A4)对光电转换元件的响应电压进行校正，校正后的响应电压为Uk'(i,j)，Uk'(i,j)＝A(i,j)×Uk(i,j)+B(i,j)；
(B)应用校正参数：将步骤(A)得到的校正参数导入待测仪器(10)的控制系统，用于对采集到的原始图像的亮度进行校正；
(C)验证校正结果：以腔式黑体(30)为基准，验证待测仪器(10)的测温一致性，若测温一致性不满足阈值要求，则返回步骤(A)；若测温一致性满足阈值要求，完成校验。
2.根据权利要求1所述的基于红外测温技术的测温一致性校验方法，其特征在于：步骤(A)中，作为校正基准的物面充满待测仪器(10)测温镜头的整个视场。
3.根据权利要求2所述的基于红外测温技术的测温一致性校验方法，其特征在于：步骤(A)中，采用积分球(20)的内壁作为校正基准，待测仪器(10)的测温镜头紧贴积分球(20)的光线出口布置。
4.根据权利要求3所述的基于红外测温技术的测温一致性校验方法，其特征在于：步骤(A)中，通过改变积分球(20)的供电电压调整积分球内壁的光照强度，并根据积分球内壁光照强度的大小调节待测仪器(10)的图像曝光时间。
5.根据权利要求3所述的基于红外测温技术的测温一致性校验方法，其特征在于：步骤(A)中，调整待测仪器(10)的姿态，使测温镜头指向积分球(20)内壁的多个区域。
6.根据权利要求1所述的基于红外测温技术的测温一致性校验方法，其特征在于：当待测仪器(10)具有两个及以上的光电转换元件时，待测仪器(10)的每个光电转换元件都需要按照步骤(A)-(C)进行测温一致性校验。
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