CN112393808A - 一种热敏相机温度补偿方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种热敏相机温度补偿方法和系统，属于热敏相机技术领域。针对现有技术中存在的热敏相机精度不高，测量准确度低的问题，本发明提供一种热敏相机温度补偿方法和系统，在热敏相机前连接温度传感器，结合黑体的设置，通过计算热敏相机测量的温度与温度传感器实际温度、黑体温度、环境温度和测量实体距离的函数，对相机本身的漂移、热敏相机的不均匀性、温度传感器的折射率、环境温度和测量距离等因素带来的影响进行校准。本发明低成本、高精度的实现热敏相机的温度补偿，其对应的校准是实时的，在热敏相机出厂后只需要校准一次即可一直使用，不需要在测量时配备黑体，低成本的得到较高的测量精度，可靠性好。

Description

一种热敏相机温度补偿方法和系统
技术领域
本发明涉及热敏相机技术领域，更具体地说，涉及一种热敏相机温度补偿方法和系统。
背景技术
热敏相机又称红外相机，任何物体只要温度高于热力学零度就能辐射红外线，且温度不同所辐射的红外线也有差异，热敏相机基于此原理通过温度来检测身体的健康状况。热敏相机对使用温度的要求比较高，由于热敏相机本身只能达到大概±2摄氏度甚至±5摄氏度的精度，再加上环境温度和人脸与摄像机的距离都会影响最终的读数，因此使得误差特别的大。
常规的热敏相机均提供自动校准机制(shutter)，可以设置间隔一段时间，如1至5分钟后自动校准一次。但是在自动校准机制设置的间隔内产生的测量误差无法及时的进行实时校准，在测量时无法达到测量精度要求。
现有技术中是在测量区域内放置一个已知温度的黑体，热敏相机对黑体的温度进行读取，通过与黑体实际温度的对比，对整个测量画面的温度进行校准。该方法需要在测量时使用黑体配合，由于黑体的单价在几百到几千美元之间，价格比较昂贵，而且使用传统测量方法相机和黑体的相对位置要固定，如果产生位置偏移就无法校准。并且黑体的工作环境有一定要求，传统测量方法对环境温度的要求也很高。
发明内容
1.要解决的技术问题
针对现有技术中存在的热敏相机精度不高，测量准确度低的问题，本发明提供一种热敏相机温度补偿方法和系统，通过使用高精度的温度感应芯片，实现热敏相机的实时校准，提高测量精度。
2.技术方案
本发明的目的通过以下技术方案实现。
一种热敏相机温度补偿方法，热敏相机与涂覆黑体漆的温度传感器连接，温度传感器设置在热敏相机的前方，根据热敏相机测量的温度传感器温度以及温度传感器的实际温度拟合函数对热敏相机的偏移进行校准；在热敏相机前设置黑体，根据热敏相机测量温度和黑体温度拟合函数对由于热敏相机的不均匀性、温度传感器折射率、环境温度和测量距离导致的热敏相机测量误差进行校准。本发明通过在热敏相机面前设置温度传感器和黑体，针对多个因素对热敏相机测量数据的影响进行校准，以获得高精度的测量结果，提高测量的准确性。
更进一步的，包括以下步骤：
步骤一：热敏相机与涂覆黑体漆的温度传感器连接，温度传感器设置在热敏相机前方，根据热敏相机在不同温度下对温度传感器的多个测量温度Tx1i，以及热敏相机测量温度时对应温度传感器实际温度Ty1i，线性拟合得到热敏相机测量温度与温度传感器实际温度之间的函数f1，i为大于1的自然数，函数f1的表达式为Ty1i＝n1*Tx1i，n1为热敏相机漂移补偿系数，通过函数f1校准热敏相机本身漂移导致误差；所涂覆的黑体漆采用95黑体漆，反射率为0.95±0.02；
步骤二：在热敏相机前设置热均匀的黑体，黑体覆盖整个画面，设置不同的黑体温度，保存热敏相机对应数据图像，针对数据图像中每一个像素的位置，得到热敏相机测量温度和黑体温度之间的函数f2，通过函数f2校准相机不均匀性导致误差；
步骤三：在黑体反射面设置不同温度Ty3i，读取热敏相机测量的黑体反射面温度Tx3i0，该测量温度Tx3i0先经过函数f1和函数f2校准得到校准后温度Tx3i，得到热敏相机温度Tx3i与黑体反射面温度Ty3i之间的函数f3，函数f3的公式为Ty3i＝n3*Tx3i，n3为温度传感器反射率补偿系数，通过函数f3校准因温度传感器反射率导致误差；
步骤四：设置不同的环境温度Ty4i，读取不同环境温度Ty4i中经函数f3校准后的热敏相机测量温度Tx4i，通过不同环境温度与热敏相机测量温度差值得到热敏相机测量温度Tx4i与环境温度Ty4i之间的环境温度校准系数n4，得到函数f4，即Ty4i＝Tx4i*n4，通过函数f4校准因环境温度导致误差；
步骤五：读取与热敏相机不同距离时黑体的温度Ty5i，得到经过函数f4校准后的热敏相机测量温度Tx5i与测量距离的函数f5，函数f5为多项式公式，具体计算公式为Ty5i＝n51*Tx5i m-1+n52*Tx5i m-2+…+n5(m-1)*Tx5i 1+n5m，距离系数n5＝[n51,n52,…，n5(m-1),n5m]，其中m为大于1的整数，通过函数f5校准因测量距离导致误差。
更进一步的，步骤一中的热敏相机与温度传感器通过总线连接，热敏相机通过总线获取温度传感器的实际温度。本发明温度传感器和热敏相机使用总线连接，热敏相机可以通过I2C总线直接读取该温度传感器的温度。
更进一步的，步骤二中先设置黑体温度T，采集若干张图片，对图片中每个像素点取温度平均值，重复设置多次黑体温度，保存不同温度的黑体反射面图像数据，经过函数f2线性修正得到热敏相机每一个坐标点校准之后的温度。在进行温度不均匀性校准时，先在同一设置温度时获取多张图片，对多张图片温度取平均值，保存为热敏数据图像，用于相机不均匀性补偿的计算。
更进一步的，设置黑体温度为T1保存热敏数据图像Img T1，设置黑体温度T2，保存热敏数据图像Img T2，针对每一个像素在图像的位置为(x,y)，计算斜率gain和偏移量offset，公式如下：
Figure BDA0002792490220000031
offset[x,y]＝T1-gain[x,y]*ImgT1[x,y] (2)
上述公式中，Img T1[x，y]表示数据图像Img T1在(x,y)坐标点像素的温度，ImgT2[x，y]表示数据图像Img T2在(x,y)坐标点像素的温度，通过斜率gain和偏移offset构建函数f2，即T[x,y]＝gain[x,y]*Img[x,y]+offset[x,y]，其中Img[x,y]为热敏相机测量的(x,y)像素点的温度，T[x,y]为不均匀性校准后的温度，通过函数f2校准相机不均匀性导致误差。热敏相机在测量时同时获取拍摄图像所有区域的温度，即图像中位置坐标为(x，y)的每一个像素点的温度，通过热敏相机的测量温度和黑体温度拟合函数，对热敏相机在画面不同位置产生的不均匀性进行线性修正。线性修正时，对每一个像素在图像的位置坐标(x，y)计算斜率gain和偏移offset，得到每一个坐标点校准之后的温度。
更进一步的，步骤三中先设置黑体反射面温度，温度稳定后，测量多次黑体反射面温度然后取平均值，该平均值即热敏相机测量温度；黑体反射面实际温度通过与黑体连接的计算模块读取。本发明的计算模块使用NVIDIA的嵌入式小型电脑TX2 box，其串口为普通的USB接口，和黑体连接后，点击黑体中心，选择黑体温度扫描范围，从低温度区间扫描至高温度区间。
更进一步的，温度分别在低温度区间和高温度区间设置，所述低温度区间为26至30℃，所述高温度区间为40至42℃。为了保证测量的准确性，在设置黑体温度时需设置不同的温度区间，本发明中分为高温度区间和低温度区间。
更进一步的，黑体与热敏相机之间的距离小于固定值。为了保证测量的准确性，本发明温度补偿时，设置的黑体与热敏相机之间距离小于10cm，距离过大容易降低热敏相机校准的准确性。
本发明通过高精度的温度传感器进行温度补偿，由于温度传感器可以实时读取到环境的温度，因此可以对热敏相机进行实时的校准。根据有限次的实验数据统计对比，经过本发明温度补偿后的热敏相机与黑体实际温度差值的绝对值为0.133℃，误差的平均值为0.0026，误差的标准差(std)为0.1718，误差绝对值小于0.3摄氏度的像素点比例约92％，误差绝对值小于0.5摄氏度的像素点比例可达99.44％，准确率和精度均大幅提升。
一种热敏相机温度补偿系统，使用所述的一种热敏相机温度补偿方法对热敏相机进行校准，所述系统包括与热敏相机连接的温度传感器，还包括黑体。通过温度传感器和黑体，使用所述的一种热敏相机校准方法对热敏相机进行校准，在热敏相机出厂后使用本系统校准，校准完毕后即可通过热敏相机连接的高精度温度传感器实时的对热敏相机的测量数值进行校对，提高测量的准确性。
更进一步的，所述温度传感器涂覆黑体漆。综合考虑成本问题，使用涂覆黑体漆的温度传感器代替黑体，与热敏相机连接，实现温度的实时校准。所述温度传感器在-20℃到50℃的范围内精度为±0.1℃。为提高热敏相机测量温度的准确性和精确度，使用高精度的温度传感器进行温度补偿，所述温度传感器可提供16位的温度结果，达到0.0078℃的分辨率，在-20℃到50℃的范围内精度为±0.1℃。
本发明低成本、高精度的实现热敏相机的温度补偿，其对应的校准是实时的，在热敏相机出厂后由于相机本身连接温度传感器，通过温度传感器可实现实时校准，只需要校准一次即可一直使用，且能获得更高精度(±0.3摄氏度)。本发明温度补偿方法对热敏相机校准的准确性和精确度都高于现有技术，可靠性高，适合广泛应用。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的优点在于：
本发明温度补偿方法实现更高的精度。现有技术通过热敏相机读取的温度，波动大约为2-5摄氏度。根据有限次的实验数据，本发明校准后的热敏相机在0.5米到5米采集的数据集上，读取的单个点的温度与黑体的实际温度的差值的绝对值是0.133摄氏度，误差的平均值为0.0026，误差的标准差(std)为0.1718，误差绝对值小于0.3摄氏度的像素点比例约92％，误差绝对值小于0.5摄氏度的像素点比例可达99.44％，其测量精度和准确度均大幅提升。
本发明温度补偿方法实现实时校准。为了提高精度，在热敏相机的前使用高精度温度传感器，高精度温度传感器实时读取环境的温度，热敏相机实时读取到高精度温度传感器的温度。通过高精度温度传感器与热敏相机相应数值的对比，实时校准测量温度，结合通过黑体对热敏相机不均匀性的校准，以及通过黑体获得的与环境温度和被测实体距离之间拟合的曲线，对测量时的环境温度和湿度要求更低，适合各类测量环境。
本发明实现所需成本更低，不需要在测量时配备如黑体等高成本设备，黑体只需要在出厂后校准时使用。热敏相机也只需在出厂之后校准一次，然后就可以一直使用，售后维护的成本更低，若相机使用的过程中出现了问题，比如温度补偿函数的改变，通过升级热敏相机系统内预设参数即可解决。
附图说明
图1为本发明热敏相机校准后的温度曲线与实际温度值对比图；
图2为本发明温度传感器和热敏相机的连接示意图；
图3为本发明不均匀性校准时黑体和热敏相机的连接位置示意图；
附图中标记为：1、高精度温度传感器；2、热敏相机；3、黑体反射面。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体的实施例，对本发明作详细描述。
实施例
传统的热敏相机2在人脸测温时，因为温度的影响或测量环境的不同，容易出现误差，影响温度测量精度，本实施例在热敏相机2对人脸测温的同时实时校准，提高测温的准确性。
热敏相机的精度由热敏相机2自身的温度漂移、温度不均匀性(Non Uniformity)、温度传感器偏移、环境温度和测试距离等因素决定。本实施例热敏相机校准系统包括热敏相机2和一个黑体，该热敏相机2与高精度温度传感器1连接，所述温度传感器即温度感应芯片。本实施例使用的高精度温度感应芯片提供16位的温度结果，可达到0.0078℃的分辨率，该高精度温度传感器1无需校准即可在-20℃到50℃的范围内实现高达±0.1℃的精度。
下面通过具体校准步骤对本实施例热敏相机2温度补偿方法进行描述。
步骤一、对热敏相机2本身的漂移进行校准：
热敏相机2与温度传感器连接，温度传感器设置在热敏相机2的前方，所述温度传感器涂覆黑体漆，热敏相机2利用温度传感器对相机自身的漂移进行校准。
热敏相机2本身的漂移在±2摄氏度至±5摄氏度之间，由于相机自身的漂移是整个图像的漂移，不会出现图像中某一部分或一个点的测量温度有误差而其他地方测量正常，因此，如果已知图像中部分区域的准确温度，即可对整个画面的温度进行补偿。
使用热敏相机2在不同时间不同温度下针对温度传感器的某一部分或一个点进行多次测量，得到i个热敏相机2测量温度Tx1i，i为大于1的自然数。通过总线获取热敏相机2测量温度时对应温度传感器实际温度Ty1i。对于离散的数据Tx1i和Ty1i，使用线性拟合得到热敏相机测量温度与温度传感器实际温度之间的函数f1，f1的表达式为Ty1i＝n1*Tx1i，n1为热敏相机漂移补偿系数，使用函数f1校准相机本身漂移导致误差。
现有技术通过额外设置一个黑体对热敏相机2进行校准，黑体价格昂贵且对环境温度要求高。本实施例综合考虑经济性问题，如图2所示，将热敏相机2与高精度温度传感器1连接，在该温度传感器涂覆高反射率黑体漆，通过多种校准算法实验，涂覆黑体漆的温度传感器等价于黑体，可达到与黑体相近的效果，在保证精度的情况下大大降低成本。
高反射率黑体漆采用的是油性95黑体漆，反射率为0.95±0.02，热敏相机2通过I2C总线读取该高精度温度传感器1的温度，同时热敏相机2也对该温度传感器进行测温，根据温度传感器的实际温度和热敏相机测量温度实时更新线性拟合后函数f1的参数n1，通过该参数n1对热敏相机2的测量温度实时校准，如图2所示，高精度温度传感器1位于热敏相机2的左上方，距离热敏相机2大约20cm，使用时温度传感器不需与热敏相机2保持固定的位置，即使在使用过程中温度传感器位置发生偏移，只要修正温度传感器对于热敏相机2的参考区域，就不会影响温度的测量和数据的获取。
步骤二、对热敏相机不均匀性进行校准：
热敏相机2由热成像点阵组成，同样温度的物体在不同的画面位置得到的数值会不一致。热敏相机2的不均匀性指的就是同样温度的物体在不同的画面位置得到的数值不一致。步骤二通过在热敏相机2前固定位置设置热均匀的黑体，如图3所示，该黑体覆盖热敏相机2整个画面，即热敏相机2拍摄的整个画面都是黑体的反射面。设置不同的黑体温度，保存热敏相机2对应数据图像，针对每一个像素在数据图像的位置的坐标(x，y)，得到热敏相机2测量温度和黑体温度之间的函数f2，通过函数f2校准相机不均匀性导致误差。
如图3所示，校准时黑体反射面3与热敏相机2距离间隔D约为10cm，整个黑体画面温度的波动在0.3℃之内，设置黑体温度为T1时保存一幅热敏相机2的数据图像Img T1；再设置黑体温度为T2时保存一幅热敏相机2的数据图像Img T2。
先设置低温度区间温度T1，低温度区间温度范围为26至30℃，等待温度稳定，也就是黑体的反射面温度波动小于0.3℃时，采集若干张图片，针对图像中所有像素点取温度平均值获得数据图像Img T1。然后设置黑体温度到高温度区间温度T2，高温度区间温度范围为40至42℃，等待温度稳定，即黑体的反射面温度波动小于0.3℃时，采集若干张图片，针对图像中所有像素点取温度平均值获得数据图像Img T2。通过两次测量图像数据平均值，计算热敏相机温度不均匀性补偿函数的斜率gain和偏移offset，得到补偿后的温度。gain和offset的计算公式如下：
Figure BDA0002792490220000061
offset[x,y]＝T1-gain[x,y]*ImgT1[x,y] (2)
上述公式中，Img T1[x，y]表示数据图像Img T1在(x,y)坐标点像素的温度，Img T2[x，y]表示数据图像Img T2在(x,y)坐标点像素的温度，gain[x，y]表示(x,y)坐标点像素的斜率gain，offset[x，y]表示(x,y)坐标点像素的偏移offset。通过gain和offset构建函数f2，即T[x,y]＝gain[x,y]*Img[x,y]+offset[x,y]，其中Img[x,y]为热敏相机2测量的(x,y)像素点的温度，T[x,y]为不均匀性校准后的温度。使用函数f2对原始测量温度进行线性修正，从而得到每一个坐标点校准之后的温度，即得到不均匀性校准后的热敏相机测量值。
步骤三、针对温度传感器反射率的校准：
步骤一和步骤二校准的是热敏相机本身的温度，步骤一通过读取图像中高精度温度传感器1位置的温度，和高精度温度传感器1的实际温度做差运算进行校准。步骤二中不均匀性校准尚未考虑到温度传感器的反射率和黑体反射率不同，而温度传感器在热敏相机2的热成像系统中非常关键，由于高精度温度传感器1仍然是有一定误差的，经过步骤一的相机漂移校准和步骤二的不均匀性校准之后，在步骤三中使用黑体温度扫面校准来进一步校准温度传感器的反射率。
所述黑体温度扫描校准流程简单来说就是拟合前两步校准之后的热敏相机2读取的某一点温度和该点的实际温度之间的关系，该点的实际温度通过读取黑体温度得到。由于温度具有波动性，是一个区间，因此通过动态的设置黑体的温度来计算校准之后的热敏相机2读取的某一点的温度与黑体实际温度的关系。
校准时把黑体放在热敏相机2前，将黑体与TX2 box的串口连接，TX2 box为NVIDIA的嵌入式小型电脑，其串口为普通的USB接口，两者相连后TX2 box可以读取黑体的温度。设置黑体反射面3的温度，所述黑体反射面3即热敏相机2读取的温度的平面。与TX2 box直连后，通过鼠标点击黑体中心，选择黑体温度扫描范围，扫描范围从低温度区间温度到高温度区间温度开始，这里所说的低温度区间温度一般为26至30℃，高温度区间温度一般为40至42℃。
在每一个测温点稳定之后，热敏相机2读取选取区域的温度，选择多张图片读取的温度，取温度平均值，该平均值即热敏相机2最终的读数。此时函数f3的自变量是经过均匀性校准和高精度传感器校准之后热敏相机2的读数；函数f3的应变量是黑体的温度，也就是我们的目标温度。将自变量热敏相机测量温度和应变量黑体实际温度拟合，得到函数f3。
具体的，在热敏相机2前设置黑体，在黑体反射面3设置不同温度Ty3i，读取热敏相机2测量的黑体反射面3温度Tx3i0，该测量温度Tx3i0先经过函数f1和函数f2校准得到校准后温度Tx3i，得到热敏相机2测量温度Tx3i与黑体反射面3温度Ty3i之间的函数f3，函数f3的公式为Ty3i＝n3*Tx3i，其中n3为温度传感器反射率补偿系数。Tx3i为热敏相机2测量温度Tx3i0先依据函数f2再依据函数f1校准后的测量温度，表达公式为Tx3i＝(gain×Tx3i0+offset)*n1，函数f3用以校准热敏相机2因温度传感器反射率导致误差。
热敏相机2实际使用中并不与黑体连接，此处黑体的使用只为计算拟合函数f3。用户读取经过对相机本身漂移和不均匀性校准之后的温度，再通过温度传感器校准的线性变换函数f3进一步修正，使热敏相机2读取的温度更加的准确。
步骤四、针对环境温度的校准：
不同的环境温度会对热敏相机2的测量造成影响，由于热辐射会到达镜头对镜头加热，同时相机本身也发热，容易导致镜头辐射热量到热敏成像芯片，从而影响温度度数。虽然热敏相机2本身也有环境温度校准，但经过实际测量，热敏相机2自身的环境温度校准标准较低。而且本实施例热敏成像系统要读取高精度的温度传感器来校准相机漂移，使得系统需做到更精确的环境温度校准。
针对环境温度校准时先设置不同的环境温度，如环境温度为T3和T4，读取步骤三校准之后的读数V1和V2，画出读数V1和V2以及环境温度T3和T4的相关性曲线，计算线性环境温度校准系数n4，n4＝(V2–V1)/(T3–T4)。
环境温度校准过程需要一个温度可控，或者是温度缓慢上升或者缓慢下降的测试环境。校准时先把黑体放在热敏相机2前，设置黑体温度。然后运行软件，设置相关的参数，鼠标点击黑体中心并采集数据。此时函数f4中自变量是环境温度，应变量是读取的黑体的温度。观察环境温度对最终读数的影响，拟合计算出两者的函数关系，得到热敏相机2测量温度与环境温度之间的函数f4，即Ty4i＝Tx4i*n4，Tx4i是当前不同环境温度中经过步骤三校准后热敏相机2测量温度，Ty4i表示对环境温度校准后的温度补偿数，通过函数f4对热敏相机2环境温度补偿。
步骤五、针对测试距离的校准：
热敏相机2是通过读取远红外波长的能量来测量温度的。红外光的能量在传输过程中，会被空气吸收而有衰减，所以距离越远，测量出来的温度越低。在不同的距离上测量同一个黑体的温度，根据物体的温度范围计算出距离系数，通过距离系数n5决定补偿公式函数f5，对热敏相机2进行测试距离的校准。
针对测试距离的校准流程如下，先把黑体放在热敏相机2前，设置黑体温度。然后通过移动黑体的距离，读取对应距离的黑体的温度。此时函数f5中自变量是黑体与摄像机的距离，应变量是摄像机读取的黑体的温度。通过拟合数据，得到自变量和应变量之间的关系即函数f5。函数f5为多项式公式，具体计算公式为Ty5i＝n51*Tx5i m-1+n52*Tx5i m-2+…+n5(m-1)*Tx5i 1+n5m，距离系数n5＝[n51,n52,…，n5(m-1),n5m]，其中m为大于1的整数，Tx5i为经过热敏相机2经过步骤四校准的测量温度，Ty5i表示对距离校准后的温度补偿值。当已知物体距离摄像机的距离时，可以通过距离补偿系数n5以及多项式次数m，得出校准之后的温度，本实施例中多项式次数m＝7。
现有技术中热敏相机2读取的温度波动大约为2-5摄氏度。根据有限次的实验数据，使用本发明校准后的热敏相机2在0.5米到5米采集的数据集上，读取的单个点的温度与黑体的实际温度的差值的绝对值是0.133摄氏度，误差的平均值为0.0026，误差的标准差(std)为0.1718，误差绝对值小于0.3摄氏度的像素点比例约92％，误差绝对值小于0.5摄氏度的像素点比例可达99.44％，准确率和精度均大幅提升。
图1所示是本实施例热敏相机2校准之后的温度曲线与黑体实际温度的曲线对比图，校准后热敏相机2对黑体的测试数据使用虚线表示，黑体实际温度使用实线表示。通过图1可以看出虚线和实线几乎重合，即校准之后的热敏相机测试温度曲线与黑体实际温度曲线几乎重合，说明校准后的热敏相机2测量准确率高，精度高。热敏相机2在实际应用中不需要配备黑体，只通过自身连接的温度传感器即可实现高精度的温度测量，在保证精度的情况下成本降低。
以上示意性地对本发明创造及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，在不背离本发明的精神或者基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。附图中所示的也只是本发明创造的实施方式之一，实际的结构并不局限于此，权利要求中的任何附图标记不应限制所涉及的权利要求。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本专利的保护范围。此外，“包括”一词不排除其他元件或步骤，在元件前的“一个”一词不排除包括“多个”该元件。产品权利要求中陈述的多个元件也可以由一个元件通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims (10)

1.一种热敏相机温度补偿方法，其特征在于，热敏相机与涂覆黑体漆的温度传感器连接，温度传感器设置在热敏相机的前方，根据热敏相机测量的温度传感器温度以及温度传感器的实际温度拟合函数对热敏相机的偏移进行校准；在热敏相机前设置黑体，根据热敏相机测量温度和黑体温度拟合函数对由于热敏相机的不均匀性、温度传感器折射率、环境温度和测量距离导致的热敏相机测量误差进行校准。
2.根据权利要求1所述的一种热敏相机温度补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：热敏相机与涂覆黑体漆的温度传感器连接，温度传感器设置在热敏相机前方，根据热敏相机在不同温度下对温度传感器的多个测量温度Tx1i，以及热敏相机测量温度时对应温度传感器实际温度Ty1i，线性拟合得到热敏相机测量温度与温度传感器实际温度之间的函数f1，i为大于1的自然数，函数f1的表达式为Ty1i＝n1*Tx1i，n1为热敏相机漂移补偿系数，通过函数f1校准热敏相机本身漂移导致误差；
步骤二：在热敏相机前设置热均匀的黑体，黑体覆盖整个画面，设置不同的黑体温度，保存热敏相机对应数据图像，针对数据图像中每一个像素的位置，得到热敏相机测量温度和黑体温度之间的函数f2，通过函数f2校准相机不均匀性导致误差；
步骤三：在黑体反射面设置不同温度Ty3i，读取热敏相机测量的黑体反射面温度Tx3i0，该测量温度Tx3i0先经过函数f1和函数f2校准得到校准后温度Tx3i，得到热敏相机温度Tx3i与黑体反射面温度Ty3i之间的函数f3，函数f3的公式为Ty3i＝n3*Tx3i，n3为温度传感器反射率补偿系数，通过函数f3校准因温度传感器反射率导致误差；
步骤四：设置不同的环境温度Ty4i，读取不同环境温度Ty4i中经函数f3校准后的热敏相机测量温度Tx4i，通过不同环境温度与热敏相机测量温度差值得到热敏相机测量温度Tx4i与环境温度Ty4i之间的环境温度校准系数n4，得到函数f4，即Ty4i＝Tx4i*n4，通过函数f4校准因环境温度导致误差；
步骤五：读取与热敏相机不同距离时黑体的温度Ty5i，得到经过函数f4校准后的热敏相机测量温度Tx5i与测量距离的函数f5，函数f5为多项式公式，具体计算公式为Ty5i＝n51*Tx5i m-1+n52*Tx5i m-2+…+n5(m-1)*Tx5i 1+n5m，距离系数n5＝[n51,n52,…，n5(m-1),n5m]，其中m为大于1的整数，通过函数f5校准因测量距离导致误差。
3.根据权利要求2所述的一种热敏相机温度补偿方法，其特征在于，步骤一中的热敏相机与温度传感器通过总线连接，热敏相机通过总线获取温度传感器的实际温度。
4.根据权利要求2所述的一种热敏相机温度补偿方法，其特征在于，步骤二中先设置黑体温度T，采集若干张图片，对图片中每个像素点取温度平均值，重复设置多次黑体温度，保存不同温度的黑体反射面图像数据，经过函数f2线性修正得到热敏相机每一个坐标点校准之后的温度。
5.根据权利要求4所述的一种热敏相机温度补偿方法，其特征在于，设置黑体温度为T1保存热敏数据图像Img T1，设置黑体温度T2，保存热敏数据图像Img T2，针对每一个像素在图像的位置为(x,y)，计算斜率gain和偏移量offset，公式如下：
Figure FDA0002792490210000021
offset[x,y]＝T1-gain[x,y]*ImgT1[x,y] (2)
上述公式中，Img T1[x，y]表示数据图像Img T1在(x,y)坐标点像素的温度，Img T2[x，y]表示数据图像Img T2在(x,y)坐标点像素的温度，通过斜率gain和偏移offset构建函数f2，即T[x,y]＝gain[x,y]*Img[x,y]+offset[x,y]，其中Img[x,y]为热敏相机测量的(x,y)像素点的温度，T[x,y]为不均匀性校准后的温度，通过函数f2校准相机不均匀性导致误差。
6.根据权利要求2所述的一种热敏相机温度补偿方法，其特征在于，步骤三中先设置黑体反射面温度，温度稳定后，测量多次黑体反射面温度然后取平均值，该平均值即热敏相机测量温度；黑体反射面实际温度通过与黑体连接的计算模块读取。
7.根据权利要求3或4或6所述的一种热敏相机温度补偿方法，其特征在于，温度分别在低温度区间和高温度区间设置，所述低温度区间为26至30℃，所述高温度区间为40至42℃。
8.根据权利要求1所述的一种热敏相机温度补偿方法，其特征在于，黑体与热敏相机之间的距离小于固定值。
9.一种热敏相机温度补偿系统，其特征在于，使用如权利要求1-8任意一项所述的一种热敏相机温度补偿方法对热敏相机进行校准，所述系统包括与热敏相机连接的温度传感器，还包括黑体。
10.根据权利要求9所述的一种热敏相机温度补偿系统，其特征在于，所述温度传感器涂覆黑体漆。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113138025A (zh) * 2021-03-18 2021-07-20 深圳市科陆精密仪器有限公司 一种红外测温设备的自动校准方法及装置
CN113267258A (zh) * 2021-05-18 2021-08-17 烟台艾睿光电科技有限公司 红外测温方法、装置、设备、智能巡检机器人及存储介质
CN114235169A (zh) * 2021-12-02 2022-03-25 深圳市爱深盈通信息技术有限公司 一种批量校准多个测温模块的方法及系统
CN114414069A (zh) * 2021-12-23 2022-04-29 武汉高德智感科技有限公司 一种红外测温结果校正方法及系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108362469A (zh) * 2018-01-16 2018-08-03 上海交通大学 基于压敏漆与光场相机的尺寸与表面压力测量方法与装置
CN111272289A (zh) * 2020-02-27 2020-06-12 江苏弘冉智能科技有限公司 一种用于红外热像仪的实时校准装置
CN111649827A (zh) * 2020-06-10 2020-09-11 成都普朗克科技有限公司 一种基于多点红外热电堆传感器的体温检测方法
CN111761593A (zh) * 2020-07-31 2020-10-13 公安部第一研究所 一种模块化疫情防控型警用机器人
CN111916219A (zh) * 2020-07-17 2020-11-10 深圳中集智能科技有限公司 检验检疫智能安全预警方法、装置及电子系统

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2109924B (en) * 1981-11-25 1985-02-06 Schlumberger Electronics Apparatus and method for measuring temperature profile
CN103983361B (zh) * 2014-06-06 2017-04-19 昆明北方红外技术股份有限公司 在线式网络测温热像仪标定方法
CN108254084B (zh) * 2018-01-18 2019-07-09 武汉格物优信科技有限公司 一种红外热像仪生产中的标定方法和标定系统
CN110978509A (zh) * 2019-11-12 2020-04-10 武汉力派空间智能科技有限公司 一种基于热成像的3d打印机风道口散热装置及方法
CN111765979A (zh) * 2020-06-05 2020-10-13 威图视觉系统(深圳)有限公司 红外热成像测量数据分析结合补偿温度校准方法
CN112434598A (zh) * 2020-11-23 2021-03-02 江苏镭博智能科技有限公司 一种非接触式体温测量方法和系统

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108362469A (zh) * 2018-01-16 2018-08-03 上海交通大学 基于压敏漆与光场相机的尺寸与表面压力测量方法与装置
CN111272289A (zh) * 2020-02-27 2020-06-12 江苏弘冉智能科技有限公司 一种用于红外热像仪的实时校准装置
CN111649827A (zh) * 2020-06-10 2020-09-11 成都普朗克科技有限公司 一种基于多点红外热电堆传感器的体温检测方法
CN111916219A (zh) * 2020-07-17 2020-11-10 深圳中集智能科技有限公司 检验检疫智能安全预警方法、装置及电子系统
CN111761593A (zh) * 2020-07-31 2020-10-13 公安部第一研究所 一种模块化疫情防控型警用机器人

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113138025A (zh) * 2021-03-18 2021-07-20 深圳市科陆精密仪器有限公司 一种红外测温设备的自动校准方法及装置
CN113267258A (zh) * 2021-05-18 2021-08-17 烟台艾睿光电科技有限公司 红外测温方法、装置、设备、智能巡检机器人及存储介质
CN114235169A (zh) * 2021-12-02 2022-03-25 深圳市爱深盈通信息技术有限公司 一种批量校准多个测温模块的方法及系统
CN114414069A (zh) * 2021-12-23 2022-04-29 武汉高德智感科技有限公司 一种红外测温结果校正方法及系统

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