CN111207833A - 一种基于图像数据归一化技术的测温方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种基于图像数据归一化技术的测温方法，包括以下步骤：(1)非制冷红外热像仪开机至热平衡；(2)得到非均匀校正后的图像；(3)盲元剔除；(4)用非制冷红外热像仪测量黑体辐射，获得各温度Ti下对应的某一像素图像灰度值数据；(5)对图像灰度值数据进行归一化处理；(6)建立归一化图像灰度值与温度关系的测温数学模型；(7)利用测温数学模型计算各灰度下对应的温度值，在测温数学模型中输入的图像灰度值需要按照步骤(5)进行归一化。通过本发明的测温方法，用归一化图像数据与温度的关系，拟合出曲线模型，利用此模型进行测温不仅能提高测温精度，而且能提高重复性精度，即每次开机利用同一像素测温结果变化不大。

Description

一种基于图像数据归一化技术的测温方法
技术领域
本发明涉及红外测温技术领域，尤其涉及一种基于图像数据归一化技术的测温方法。
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。红外热成像测温技术为非接触式测温，因其具有响应速度快、不破坏被测对象的温度场以及可在线检测某些难以接触或禁止接触的被测目标等特点，该技术得到了广泛应用，现有的一些红外测温方法测温精度低，有待改进。
发明内容
本发明旨在为红外测温提供一定的指导，而提供一种基于图像数据归一化技术的测温方法。
本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：
一种基于图像数据归一化技术的测温方法，包括以下步骤：
(1)非制冷红外热像仪开机，等待非制冷红外热像仪至热平衡；
(2)图像进行非均匀校正，得到非均匀校正后的图像；
(3)盲元剔除；
(4)用非制冷红外热像仪测量黑体辐射，获得各温度Ti下对应的某一像素图像灰度值数据gray0(m,n)；
(5)对图像灰度值数据进行归一化处理；
(6)建立归一化图像灰度值与温度关系的测温数学模型；
(7)利用步骤(6)中的测温数学模型计算各灰度下对应的温度值，在测温数学模型中输入的图像灰度值需要按照步骤(5)进行归一化。
特别的，所述步骤(1)中非制冷红外热像仪的红外探测器焦平面温度不再上升即达到热平衡。
特别的，所述步骤(5)中对图像灰度数值进行归一化处理的具体步骤为：
(5.1)将非制冷红外热像仪的挡片闭合，记录挡片闭合时获取的均匀面图像的灰度平均值mean；
(5.2)将图像灰度值gray0(m,n)减去均匀面图像的灰度平均值mean，得出归一化图像值gray1(m,n)＝gray0(m,n)-mean，将不同温度下的gray1(m,n)记录为xi。
特别的，所述步骤(6)中建立测温数学模型的具体步骤包括：
(6.1)将各温度Ti下的归一化图像值与温度值进行曲线拟合，计算曲线参数；
(6.2)建立模型方程：Ti＝A*xi 2+B*xi+C，其中Ti为温度，xi是温度为Ti时的灰度值经归一化后的数值，A、B、C是所要获得的模型参数；
(6.3)通过拟合，获得参数A、B、C；
(6.4)输出模型方程。
特别的，所述步骤(6.3)中所用的拟合软件为MATLAB软件。
本发明的有益效果是：通过本发明的测温方法，用归一化图像数据与温度的关系，拟合出曲线模型，利用此模型进行测温不仅能提高测温精度，而且能提高重复性精度，即每次开机利用同一像素测温结果变化不大。
附图说明
图1为本发明中基于图像数据归一化技术测温方法的流程示意图；
图2为本发明中根据表1数据所拟合得到的曲线示意图；
以下将结合本发明的实施例参照附图进行详细叙述。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明：
如图1至图2所示，一种基于图像数据归一化技术的测温方法，包括以下步骤：
(1)非制冷红外热像仪开机，等待非制冷红外热像仪至热平衡；
(2)图像进行非均匀校正，得到非均匀校正后的图像；
(3)盲元剔除；
(4)用非制冷红外热像仪测量黑体辐射，获得各温度Ti下对应的某一像素图像灰度值数据gray0(m,n)；
(5)对图像灰度值数据进行归一化处理；
(6)建立归一化图像灰度值与温度关系的测温数学模型；
(7)利用步骤(6)中的测温数学模型计算各灰度下对应的温度值，在测温数学模型中输入的图像灰度值需要按照步骤(5)进行归一化。
特别的，所述步骤(1)中非制冷红外热像仪的红外探测器焦平面温度不再上升即达到热平衡。
特别的，所述步骤(5)中对图像灰度数值进行归一化处理的具体步骤为：
(5.1)将非制冷红外热像仪的挡片闭合，挡片位于图像前方，记录挡片闭合时获取的均匀面图像的灰度平均值mean；
(5.2)将图像灰度值gray0(m,n)减去均匀面图像的灰度平均值mean，得出归一化图像值gray1(m,n)＝gray0(m,n)-mean，将不同温度下的gray1(m,n)记录为xi。
特别的，所述步骤(6)中建立测温数学模型的具体步骤包括：
(6.1)将各温度Ti下的归一化图像值与温度值进行曲线拟合，计算曲线参数；
(6.2)建立模型方程：Ti＝A*xi 2+B*xi+C，其中Ti为温度，xi是温度为Ti时的灰度值经归一化后的数值，A、B、C是所要获得的模型参数；
(6.3)通过拟合，获得参数A、B、C；
(6.4)输出模型方程。
特别的，所述步骤(6.3)中所用的拟合软件为MATLAB软件。
本发明创造主要在于测温用图像数据归一化、测温模型得出方法。
本发明中，首先对非制冷红外热像仪机芯定标，进行盲元补偿、图像非均匀校正；然后测量黑体辐射，统计由探测器输出的电压信号，该部分电压信号为模拟信号，其经由ADC芯片转换后生成多为数字信号即图像灰度像素值。
由于红外机芯每次开机，温度稳定后，任意固定像素点固定温度的输出值都不一样，所以直接使用每个像素的灰度数据来进行曲线拟合，得出测温模型曲线，会使测温误差较大而且开机测温的重复性不好。为弥补这些不足，将灰度数据利用均匀面均值进行归一化，可以降低误差以提高重复性精度。因为图像数据的变化是线性的，开机后图像亮度大则整体亮度都大，图像亮度低则整体亮度都低，因此将图像数据利用均匀面均值归一化，会使任意像素图像数据相对于一个面变化是相对稳定的，因为图像亮了，均匀面亮度也大，反之亦然。
采用上述步骤，首先测出黑体各个温度Ti下的图像灰度数据gray0(m,n)，然后测出均匀面图像的灰度平均值mean，使用gray1(m,n)＝gray0(m,n)-mean公式将图像灰度值归一化得到xi，如表1所示为本发明中利用黑体辐射采集图像灰度的数据及归一化灰度数据。
Figure BDA0002367801740000041
表1
将表1中的xi与Ti对模型方程Ti＝A*xi 2+B*xi+C进行拟合，得出参数A、B、C的数值，A＝-9.0338×10-5；B＝0.1458；C＝39.0639；即拟合后的模型方程为Ti＝-9.0338×10-5xi 2+0.1458xi+39.0639；
然后将归一化后的灰度值带入模型方程中进行测温，如表2所示为不同情况下，黑体实际温度与采用本方法所测得的黑体温度值。
黑体温度 测量值 误差
10 10.78 0.78
12 12.72 0.72
14 14.64 0.64
16 16.71 0.71
18 18.75 0.75
20 20.77 0.77
22 22.59 0.59
24 24.56 0.56
26 26.66 0.66
28 28.73 0.73
30 30.77 0.77
32 32.78 0.78
34 34.91 0.91
36 36.86 0.86
38 38.77 0.77
40 40.81 0.81
42 42.65 0.65
44 44.61 0.61
46 46.64 0.64
48 48.69 0.69
50 49.75 -0.25
表2
根据上述的步骤所得结果，通过本发明的测温方法，用归一化图像数据与温度的关系，拟合出曲线模型，利用此模型进行测温不仅能提高测温精度，而且能提高重复性精度，即每次开机利用同一像素测温结果变化不大。
上面对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于图像数据归一化技术的测温方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)非制冷红外热像仪开机，等待非制冷红外热像仪至热平衡；
(2)图像进行非均匀校正，得到非均匀校正后的图像；
(3)盲元剔除；
(4)用非制冷红外热像仪测量黑体辐射，获得各温度Ti下对应的某一像素图像灰度值数据gray0(m,n)；
(5)对图像灰度值数据进行归一化处理；
(6)建立归一化图像灰度值与温度关系的测温数学模型；
(7)利用步骤(6)中的测温数学模型计算各灰度下对应的温度值，在测温数学模型中输入的图像灰度值需要按照步骤(5)进行归一化。
2.根据权利要求1所述的一种基于图像数据归一化技术的测温方法，其特征在于，所述步骤(1)中非制冷红外热像仪的红外探测器焦平面温度不再上升即达到热平衡。
3.根据权利要求2所述的一种基于图像数据归一化技术的测温方法，其特征在于，所述步骤(5)中对图像灰度数值进行归一化处理的具体步骤为：
(5.1)将非制冷红外热像仪的挡片闭合，记录挡片闭合时获取的均匀面图像的灰度平均值mean；
(5.2)将图像灰度值gray0(m,n)减去均匀面图像的灰度平均值mean，得出归一化图像值gray1(m,n)＝gray0(m,n)-mean，将不同温度下的gray1(m,n)记录为xi。
4.根据权利要求3所述的一种基于图像数据归一化技术的测温方法，其特征在于，所述步骤(6)中建立测温数学模型的具体步骤包括：
(6.1)将各温度Ti下的归一化图像值与温度值进行曲线拟合，计算曲线参数；
(6.2)建立模型方程：Ti＝A*xi 2+B*xi+C，其中Ti为温度，xi是温度为Ti时的灰度值经归一化后的数值，A、B、C是所要获得的模型参数；
(6.3)通过拟合，获得参数A、B、C；
(6.4)输出模型方程。
5.根据权利要求4所述的一种基于图像数据归一化技术的测温方法，其特征在于，所述步骤(6.3)中所用的拟合软件为MATLAB软件。
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