CN111006775A - 一种基于非制冷红外热成像测温技术的距离补偿方法 - Google Patents

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张志强
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张剑
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Abstract

一种基于非制冷红外热成像测温技术的距离补偿方法，(1)用红外热成像机芯测量黑体辐射，获得测量温度数据，记录机芯与黑体直线距离L1；(2)建立温度—距离补偿模型，读入测量温度数据，运用拟合工具获得补偿模型参数；(3)验证模型的准确性与精度；(4)根据验证结果，对模型进行优化；(5)将步骤(4)的模型输出，获得L1最优温度—距离补偿模型；(6)改变黑体与机芯之间的距离Li，获得不同距离Li下的温度—距离补偿模型。本发明通过对非制冷红外热成像机芯标定，进行盲元检测及补偿、温漂补偿、图像非均匀性校正；利用拟合工具进行拟合，确定拟合参数，进行确定距离的红外热成像温度补偿，实现了远距离测温精度在±2℃范围内。

Description

一种基于非制冷红外热成像测温技术的距离补偿方法
技术领域
本发明涉及红外热成像测温技术领域，尤其涉及一种基于非制冷红外热成像测温技术的距离补偿方法。
背景技术
红外热成像技术即通过红外传感器接收位于一定距离的被测目标所发出的红外辐射,再由信号处理系统转变成为目标的视频热图像的一种技术,它将物体的热分布转换为可视图像,并在监视器上以灰度级或伪彩色显示出来，从而得到被测目标的温度分布场。由于红外热成像测温技术的非接触测温、相应速度快以及不破坏被测对象的温度场等特点，使得技术得到了广发应用。无论制冷型还是非制冷型红外热成像系统，在对常温目标进行温度测量时，距离影响都是一个至关重要的因素，大气中存在很多分子微粒，会吸收红外辐射，显然，如果测温系统离目标物体的距离越远，红外辐射在大气中受到的衰减也会越大，对测温精度的影响也越大。同时随着距离的增加，相同的物体的相对视场面积减小，使得输出信号质量降低，影响测温精度。
发明内容
本发明为解决上述问题提供了一种基于非制冷红外热成像测温技术的距离补偿方法。
本发明所采取的技术方案：
一种基于非制冷红外热成像测温技术的距离补偿方法，包括如下步骤：
(1)用红外热成像机芯测量黑体辐射，获得测量温度数据，记录机芯与黑体直线距离L1；
(2)建立温度—距离补偿模型，读入测量温度数据，运用拟合工具获得补偿模型参数；
(3)将相同距离下的多组多环境下的测温数据代入步骤(2)中的温度—距离补偿模型，验证模型的准确性与精度；
(4)根据验证结果，对模型进行优化；
(5)将步骤(4)的模型输出，获得L1最优温度—距离补偿模型；
(6)改变黑体与机芯之间的距离Li，重复步骤(1)—(5)，获得不同距离Li下的温度—距离补偿模型。
进一步的，所述步骤(1)所述获得测量温度数据步骤包括：
(1.1)对非制冷红外热成像机芯进行非均匀校正、盲元补偿、温漂补偿；
(1.2)改变黑体温度，获得机芯不同温度下的测温数据；
(1.3)测量并记录红外机芯与黑体的直线距离L1；
(1.4)舍弃统计后测温数据差异过大的点；
(1.5)获得新的机芯测温数据；
进一步的，所述步骤(2)所述建立温度—距离补偿模型步骤包括：
(2.1)确定红外热成像温度—距离补偿的影响因素；
(2.1)建立模型方程：Ti＝A*ti+B
其中，Ti为目标黑体温度，ti是机芯在Ti时的实测温度，A、B是所要获得的模型参数；
(2.3)通过拟合，获得参数A、B；
(2.4)输出模型方程。
进一步的，所述步骤(3)所述验证模型的准确性与精度步骤包括：
(3.1)将测得的相同距离L1下的不同黑体温度的测量值代入(2.4)中的模型方程，获得该温度值下的距离补偿温度；
(3.2)对大量的距离补偿温度进行统计，得到其中均值、最大值与最小值，并与实际黑体温度值进行比对；
(3.3)多次重复上述步骤，获得测量精度范围。
进一步的，所述步骤(4)所述的对模型进行优化步骤包括：
(4.1)剔除实验过程中可能出现的探测器中的坏点，同时对其进行温漂补偿与盲元补偿；
(4.2)重复步骤(1)、步骤(2)和步骤(3)，以获得更好的温度—距离补偿模型。
进一步的，所述步骤(6)所述的获得不同距离Li下的温度—距离补偿模型的步骤包括：
(6.1)改变并记录需要补偿的红外热成像机芯与目标黑体之间的距离Li；
(6.2)重复步骤(1)—(5)，以获取更多距离下的温度—距离补偿模型。
本发明的有益效果：本发明通过对非制冷红外热成像机芯标定，进行盲元检测及补偿、温漂补偿、图像非均匀性校正；然后通过已有的温度测量算法测量黑体目标温度。接着读入机芯测量黑体温度值，利用拟合工具进行拟合，拟合方程采用一次线性方程，通过最小二乘法，确定拟合参数，进行确定距离的红外热成像温度补偿，实现了远距离测温精度在±2℃范围内。
附图说明
图1为本发明的温度-距离补偿方法流程示意图。
图2为本发明实施例中温度—距离补偿模型的参数拟合示意图。
图3为本发明实施例中温度—距离补偿模型温补仿真及误差示意图。
图4为本发明实施例中温度—距离补偿模型实测结果及误差示意图。
具体实施方式
本发明的工作原理：
本发明创造主要在于非均匀校正、黑体辐射测量和数据拟合的完成。
首先，对非制冷红外热成像机芯标定，进行盲元检测及补偿、温漂补偿、图像非均匀性校正；然后通过已有的温度测量算法测量黑体目标温度。
接着读入机芯测量黑体温度值，利用拟合工具进行拟合，拟合方程采用一次线性方程，通过最小二乘法，确定拟合参数。
获得拟合参数并确定拟合方程后，将固定距离下不同温度测得的大量温度值数据代入拟合方程中，计算得到相应的补偿后的温度，对大量的补偿温度数据进行数值统计，获得同一阵列中的最大值、最小值、均值，并与实际温度相比较，算出经过补偿后的温度精度范围。
根据上述的步骤所得结果，对探测器以及拟合模型进行优化，剔除温度误差较大的点，获得更好的温度距离补偿模型。
改变并记录目标黑体与测量机芯之间的距离，重复上述步骤以获取非制冷红外热成像机芯在不同距离下的温度补偿模型。
一种基于非制冷红外热成像测温技术的距离补偿方法，包括如下步骤：
(1)用红外热成像机芯测量黑体辐射，获得测量温度数据，记录机芯与黑体直线距离L＝3；
获得测量温度数据步骤包括：
(1.1)对非制冷红外热成像机芯进行非均匀校正、盲元补偿、温漂补偿；
(1.2)改变黑体温度，获得机芯不同温度下的测温数据；
(1.3)测量并记录红外机芯与黑体的直线距离L1；
(1.4)在距离L1下多次进行温度测量实验，记录多组数据，求取平均值作为测量拟合数据；
(1.5)舍弃统计后测温数据差异过大的点；
(1.6)获得新的机芯测温数据；
(2)建立温度—距离补偿模型，读入测量温度数据，运用拟合工具获得补偿模型参数，如图2所示；
建立温度—距离补偿模型步骤包括：
(2.1)确定红外热成像温度—距离补偿的影响因素；
(2.1)建立模型方程：Ti＝A*ti+B
其中，Ti为目标黑体温度，ti是机芯在Ti时的实测温度，A、B是所要获得的模型参数；
(2.3)通过拟合，获得参数A、B，其中A＝1.089，B＝-6.654；
(2.4)输出模型方程Ti＝1.089*ti-6.654。
(3)将相同距离下的多组多环境下的测温数据代入步骤(2)中的温度—距离补偿模型，验证模型的准确性与精度；
验证模型的准确性与精度步骤包括：
(3.1)将测得的相同距离L＝3m下的不同黑体温度的测量值代入(2.4)中的模型方程，获得该温度值下的距离补偿温度；
(3.2)对大量的距离补偿温度进行统计，得到其中均值、最大值与最小值，并与实际黑体温度值进行比对；
(3.3)多次重复上述步骤，获得测量精度范围。
(4)根据验证结果，对模型进行优化；
对模型进行优化步骤包括：
(4.1)剔除实验过程中可能出现的探测器中的坏点，同时对其进行温漂补偿与盲元补偿；
(4.2)重复步骤(1)、步骤(2)和步骤(3)，以获得更好的温度—距离补偿模型。
(5)将步骤(4)的模型输出，获得＝3m的最优温度—距离补偿模型；
(6)改变黑体与机芯之间的距离Li，重复步骤(1)—(5)，获得不同距离Li下的温度—距离补偿模型。
获得不同距离Li下的温度—距离补偿模型的步骤包括：
(6.1)改变并记录需要补偿的红外热成像机芯与目标黑体之间的距离Li；
(6.2)重复步骤(1)—(5)，以获取更多距离下的温度—距离补偿模型。
根据图3和图4数据可以看出，利用拟合获得的模型进行确定距离的红外热成像温度补偿，实现了远距离测温精度在±2℃范围内。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (6)

1.一种基于非制冷红外热成像测温技术的距离补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)用红外热成像机芯测量黑体辐射，获得测量温度数据，记录机芯与黑体直线距离L1；
(2)在相同环境下重复步骤(1)，记录温度数据，建立温度—距离补偿模型，读入测量温度数据，运用拟合工具获得补偿模型参数；
(3)将相同距离L1下的多组多环境下的测温数据代入步骤(2)中的温度—距离补偿模型，验证模型的准确性与精度；
(4)校验模型误差，根据验证结果，对模型进行优化；
(5)将步骤(4)的模型输出，获得距离L1下的最优温度—距离补偿模型；
(6)改变黑体与机芯之间的距离Li，重复步骤(1)—(5)，获得不同距离Li下的温度—距离补偿模型。
2.根据权利要求1所述的基于非制冷红外热成像测温技术的距离补偿方法，其特征在于，所述的步骤(1)所述获得测量温度数据步骤包括：
(1.1)对非制冷红外热成像机芯进行非均匀校正、盲元补偿、温漂补偿；
(1.2)改变黑体温度，获得机芯不同温度下的测温数据；
(1.3)测量并记录红外机芯与黑体的直线距离L1；
(1.4)在距离L1下多次进行温度测量实验，记录多组数据，求取平均值作为测量拟合数据；
(1.4)舍弃统计后测温数据差异过大的点；
(1.5)获得新的机芯测温数据；
3.根据权利要求1所述的基于非制冷红外热成像测温技术的距离补偿方法，其特征在于，所述步骤(2)所述建立温度—距离补偿模型步骤包括：
(2.1)确定红外热成像温度—距离补偿的影响因素；
(2.1)建立模型方程：Ti＝A*ti+B
其中，Ti为目标黑体温度，ti是机芯在Ti时的实测温度，A、B是所要获得的模型参数；
(2.3)通过拟合，获得参数A、B；
(2.4)输出模型方程。
4.根据权利要求3所述的基于非制冷红外热成像测温技术的距离补偿方法，其特征在于，所述步骤(3)所述验证模型的准确性与精度步骤包括：
(3.1)将测得的相同距离L1下的不同黑体温度的测量值代入(2.4)中的模型方程，获得该温度值下的距离补偿温度；
(3.2)对大量的距离补偿温度进行统计，得到其中均值、最大值与最小值，并与实际黑体温度值进行比对；
(3.3)多次重复上述步骤，获得测量精度范围。
5.根据权利要求1所述的基于非制冷红外热成像测温技术的距离补偿方法，其特征在于，所述步骤(4)所述的对模型进行优化步骤包括：
(4.1)剔除实验过程中可能出现的探测器中的坏点，同时对其进行温漂补偿与盲元补偿；
(4.2)重复步骤(1)、步骤(2)和步骤(3)，以获得更好的温度—距离补偿模型。
6.根据权利要求1所述的基于非制冷红外热成像测温技术的距离补偿方法，其特征在于，所述步骤(6)所述的获得不同距离Li下的温度—距离补偿模型的步骤包括：
(6.1)改变并记录需要补偿的红外热成像机芯与目标黑体之间的距离Li；
(6.2)重复步骤(1)—(5)，以获取更多距离下的温度—距离补偿模型。
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