CN113324663B - 一种外场目标发射率的测量方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种外场目标发射率的测量方法及系统，其包括：设置参考目标和待测目标；获取所述参考目标的第一红外辐射温度，和所述待测目标的第二红外辐射温度；获取所述第一红外辐射温度对应的第一等效辐射亮度，和所述第二红外辐射温度对应的第二等效辐射亮度；获取所述待测目标的表面实际温度；根据所述表面实际温度，获取所述待测目标的黑体辐射亮度；获取观测设备响应波段范围内，所述黑体辐射亮度的等效黑体辐射亮度；以及根据所述第一等效辐射亮度、所述第二等效辐射亮度以及所述等效黑体辐射亮度，获取所述待测目标的等效发射率。本发明能够实现在室外环境下，精确获取目标的发射率。
Description
技术领域
本发明涉及一种目标光学特性测量，特别是涉及一种外场目标发射率的测量方法及系统。
背景技术
红外发射率是目标在红外波段的固有光学性质，对红外辐射测温结果具有重要的影响。红外热像仪被广泛应用于工业、安防等领域，但是目标发射率受环境辐射干扰的多样性，限制了实验室以外场景中红外发射率的获取，是红外辐射测量的重要制约因素。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种外场目标发射率的测量方法及系统，用于在室外环境下，精确获取目标的发射率，提高红外装置应用水平。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明提供一种外场目标发射率的测量方法，所述外场目标发射率的测量方法步骤包括：
设置参考目标和待测目标；
获取所述参考目标的第一红外辐射温度，和所述待测目标的第二红外辐射温度；
获取所述第一红外辐射温度对应的第一等效辐射亮度，和所述第二红外辐射温度对应的第二等效辐射亮度；
获取所述待测目标的表面实际温度；
根据所述表面实际温度，获取所述待测目标的黑体辐射亮度；
获取观测设备响应波段范围内，所述黑体辐射亮度的等效黑体辐射亮度；以及
根据所述第一等效辐射亮度、所述第二等效辐射亮度以及所述等效黑体辐射亮度，获取所述待测目标的等效发射率。
在本发明一实施例中，所述待测目标的黑体辐射亮度通过以下公式获取：：
其中，B(T,ν)为待测目标的黑体辐射亮度；T为待测目标的表面实际温度；v为光辐射的频率；h为普朗克常数；k为玻尔兹曼常数；c为光速。
在本发明一实施例中，根据获取的所述黑体辐射亮度，获取所述观测设备响应波段范围内，所述黑体辐射亮度的等效黑体辐射亮度，所述等效黑体辐射亮度通过以下公式获取：
其中，
为等效黑体辐射亮度；SRF(ν)为光谱响应函数；B(T,ν)为待测目标的黑体辐射亮度；T为待测目标的表面实际温度；v为光辐射的频率。
在本发明一实施例中，根据所述第一等效辐射亮度、所述第二等效辐射亮度以及所述等效黑体辐射亮度，获取所述待测目标的等效发射率，所述待测目标的等效发射率通过以下公式获取：
其中，
为等效发射率，
为等效黑体辐射亮度，
为第二等效辐射亮度，
为第一等效辐射亮度，
为大气透过率。
在本发明一实施例中，所述观测设备响应波段的范围为7～11.7μm。
在本发明一实施例中，所述大气透气率设为1。
在本发明一实施例中，所述参考目标设置在所述待测目标一侧，且与所述待测目标保持相同朝向。
在本发明一实施例中，所述参考目标的材料为金属铝膜。
在本发明一实施例中，所述参考目标具有高反射特点。
如上所述，本发明还提供一种外场目标发射率的测量系统，所述外场目标发射率的测量系统用于执行以上所述的外场目标发射率的测量方法。
如上所述，本发明提供的一种外场目标发射率的测量方法及系统，通过本发明实现了对目标成像结果中扣除环境光辐射差异对红外测温的影响，精确获取目标发射率值，显著减少了环境辐射对辐射测温结果的影响，直接获得观测设备光谱响应范围内的等效发射率，为室外环境下发射率的测量提供了新的手段。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1显示为一种外场目标发射率的测量方法流程图。
图2显示为一实施例中外场目标发射率的测量方法的示意图。
图3显示为一种计算机可读存储介质的框图。
图4显示为一种电子设备的结构远离框图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
红外热像仪作为一种无损、非接触的测温设备，广泛应用电力电子、建筑、钢铁等技术领域。但是，现实中的物体都不是黑体，要采用红外手段测量非黑体的温度就必须首先获得被测物体表面的发射率，这是红外准确测温的关键前提。发射率测量不准确，最终的红外温度测量结果也必然受到影响。理论上发射率的测量较为简单，只需在已知温度下获取辐射量即可得到被测表面的发射率。但是，实际的红外测温设备都是处在一定的环境条件下的，环境条件中的红外辐射不可避免的会入射到被测表面，由于被测表面都不是黑体，所以必然存在着对于环境辐射的反射，从而影响获取精确的发射率。
本发明提供一种外场目标发射率的测量方法，通过本发明能够实现在室外或室内环境下，扣除环境光辐射差异对红外测温的影响，精确获取目标发射率值。
请参阅图1和图2所示，本发明提供的一种外场目标发射率的测量方法步骤包括：
S10:设置参考目标110和待测目标120。
S11:获取参考目标110的第一红外辐射温度，和待测目标120的第二红外辐射温度。
S12:获取第一红外辐射温度对应的第一等效辐射亮度，和第二红外辐射温度对应的第二等效辐射亮度。
S13:获取待测目标110的表面实际温度。
S14:根据表面实际温度，获取待测目标110的黑体辐射亮度。
S15:获取观测设备响应波段范围内，所述黑体辐射亮度的等效黑体辐射亮度。
S16:根据第一等效辐射亮度、第二等效辐射亮度以及等效黑体辐射亮度，获取所述待测目标的等效发射率。
请参阅图1和图2所示，在本发明的一个实施例中，在步骤S10中待测目标120是指发射率未知的目标，而参考目标110是由已知的发射率较高的材料制成，例如为由金属铝膜制成的靶板。参考目标110具有高反射率，通过设置参考目标110能够精确获取待测目标120所在位置的环境辐射，且不需要通过调整观测设备130发射率参数进行测量。将参考目标110设置在待测目标120附近，使参考目标110上反射的环境辐射尽可能的接近待测目标120受到的环境辐射，使大气透过率可以忽略，在观测设备130的波段范围内，大气透过率例如约等于1，且参考目标110与待测目标120保持相同朝向。观测设备130例如为热像仪，且不限于此。观测设备130的波段范围例如7～11.7μm，且不限于此，即观测设备130的其他波段范围，同样能够适应本发明。
请参阅图1和图2所示的，在本发明的一个实施例中，在步骤S11中，应用观测设备130分别获取参考目标110的第一红外辐射温度Tref和待测目标120的第二红外辐射温度Ttarget。
请参阅图1和图2所示的，在本发明的一个实施例中，在步骤S12中，通过观测设备130，获取所述第一红外辐射温度Tref对应的第一等效辐射亮度
和所述第二红外辐射温度Ttarget对应的第二等效辐射亮度
请参阅图1和图2所示，在本发明的一个实施例中，在步骤S13中，利用测温设备140，采用接触测温手段，获取待测目标120的表面温度T。测温设备140例如可以是热电偶测温仪、高温测温仪以及电阻测仪，本发明使用是热电偶测温仪。采用接触测温方式与非接触测温方式相比，它能直接反应被测物体表面的温度，且测温准确度相对较高，可以测任何部位的温度。
请参阅图1和图2所示，在本发明的一个实施例中，在步骤S14中，在任意温度下，从一个黑体中发射的电磁辐射的辐射率与电磁辐射的频率关系，在不考虑待测目标120发射率的情况下，通过获取的待测目标120表面实际温度，根据下述公式获得待测目标120的黑体辐射亮度：
其中，B(T,ν)为待测目标的黑体辐射亮度；T为待测目标的表面实际温度；v为光辐射的频率；h为普朗克常数；k为玻尔兹曼常数；c为光速。
请参阅图1和图2所示，在本发明的一个实施例中，步骤S15中，光谱响应函数指的是传感器在每段波长处，接收的辐亮度与入射的辐亮度的比值。通过以下公式，获取所述观测设备130响应波段范围内，所述黑体辐射亮度B(T,ν)的等效黑体辐射亮度：
其中，
为等效黑体辐射亮度；SRF(ν)为光谱响应函数；B(T,ν)为待测目标的黑体辐射亮度；T为待测目标的表面实际温度；v为光辐射的频率。
请参阅图1和图2所示，在本发明的一个实施例中，在步骤S15中，通过上述获取的第一等效辐射亮度
第二等效辐射亮度
以及所述等效黑体辐射亮度
即获取观测设备130光谱响应范围内待测目标130的等效发射率。
其中，
为等效发射率；
为等效黑体辐射亮度，
为大气透过率，其中
为第二等效辐射亮度；
为第一等效辐射亮度。
请参阅图2所示，在本发明的一个实施例中，参考目标110设置待测目标120的一侧，保持较近的距离，使参考目标110上的反射的环境辐射尽可能的接近待测目标120受到的环境辐射，观测设备130的波段范围内，使大气透过率可以忽略约设为1，且使参考目标110和待测目标120保持相同朝向。参考目标110为已知的反射率较高的材料，例如为金属铝膜靶板，且不限于此。
请参阅图2所示，在发明的一个实施例中，自然辐射源200照射在参考目标110和待测目标120上，使观测设备130接收到参考目标110和待测目标120反射的环境辐射，观测设备130获取参考目标110的第一红外辐射温度Tref和待测目标120的第二红外辐射温度Ttarget以及结合参考目标110和待测目标120与环境之间的相互作用关系，获得第一红外辐射温度Tref对应的第一等效辐射亮度
和所述第二红外辐射温度Ttarget对应的第二等效辐射亮度
观测设备130例如可以是热像仪。
请参阅图2所示，在本发明的一个实施例中，测温设备140采用接触测温的手段，获取待测目标120的实际温度T，测温设备140例如可以是热电偶测温仪，但不限于此。
请参阅图2所示，在发明的一个实施例中，在任意温度下，从一个黑体中发射的电磁辐射的辐射率与电磁辐射的存在频率关系，在没有考虑待测目标120发射率的情况下，结合测温设备140获取的实际温度T，获取待测目标120对应的黑体辐射B(T,ν)，根据获得的黑体辐射B(T,ν)，结合观测设备130的光谱响应函数，获取观测设备130响应波段内的等效黑体辐射亮度
根据获得的第一等效辐射亮度
第二等效辐射亮度
以及所述等效黑体辐射亮度
获取在观测设备130光谱响应范围内的待测目标120的等效发射率
所述等效发射率
即为待测目标120的发射率。获取黑体辐射B(T,ν)、等效黑体辐射亮度
和等效发射率
的步骤例如设置在计算机终端中。
请参阅图3所示，本发明还提出一种计算机可读存储介质300，计算机可读存储介质300存储有计算机指令30，计算机指令30用于使用所述外场目标发射率的测量方法及系统。计算机可读存储介质300可以是，电子介质、磁介质、光介质、电磁介质、红外介质或半导体系统或传播介质。计算机可读存储介质300还可以包括半导体或固态存储器、磁带、可移动计算机磁盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、硬磁盘和光盘。光盘可以包括光盘-只读存储器(CD-ROM)、光盘-读/写(CD-RW)和DVD。
请参阅图4所示，本发明还提供一种电子设备，包括处理器40和存储器50，存储器50存储有程序指令，处理器40运行程序指令实现所述外场目标发射率的测量方法及系统。处理器40可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessing，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件；存储器50可能包含随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)，也可能还包括非易失性存储器(Non-VolatileMemory)，例如至少一个磁盘存储器。存储器50也可以为随机存取存储器(Random AccessMemory，RAM)类型的内部存储器，处理器40、存储器50可以集成为一个或多个独立的电路或硬件，如：专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，ASIC)。需要说明的是，存储器50中的计算机程序可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，电子设备，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。
综上所述。本发明通过设置参考目标110，使参考目标110放置在待测目标120的附近，将参考目标110上的反射的环境辐射尽可能的接近待测目标120受到的环境辐射，使大气透过率可以忽略，通过观测设备130获取参考目标110的第一红外辐射温度Tref和待测目标120的第二外辐射温度Ttarget，依据待测目标120和参考目标110与环境的相互作用关系，获取第一等效辐射亮度
和第二等效辐射亮度
利用测温设备140应用直接接触的方式测量待测目标120的实际温度T，并根据待测目标120的实际温度获取待测目标120的黑体辐射亮度B(T,ν)，再根据获取的黑体辐射亮度，结合光谱响应函数，获取观测设备130响应波段范围内的等效黑体辐射亮度
最后通过上述获取的第一等效辐射亮度
第二等效辐射亮度
以及所述等效黑体辐射亮度
即获取观测设备130光谱响应范围内的等效发射率
本发明通过设置具有高反射特性的参考目标110，对待测目标120进行接触测温的方式，实现对目标热成像结果中对环境影响的扣除，进而结合待测目标表面温度实现精确获得发射率的结果。本方法减少了换进辐射对辐射测温结果的影响，直接获得观测设备光谱相应范围内的等效发射率，对室外环境发射率测量提供了新的手段。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (7)
1.一种外场目标发射率的测量方法，其特征在于，所述外场目标发射率的测量方法包括：
设置参考目标和待测目标；
获取所述参考目标的第一红外辐射温度，和所述待测目标的第二红外辐射温度；
获取所述第一红外辐射温度对应的第一等效辐射亮度，和所述第二红外辐射温度对应的第二等效辐射亮度；
获取所述待测目标的表面实际温度；
根据所述表面实际温度，获取所述待测目标的黑体辐射亮度；
所述待测目标的黑体辐射亮度通过以下公式获取：
其中，B(T,ν)为待测目标的黑体辐射亮度；T为待测目标的表面实际温度；v为光辐射的频率；h为普朗克常数；k为玻尔兹曼常数；c为光速；
获取观测设备响应波段范围内，所述黑体辐射亮度的等效黑体辐射亮度；
获取所述观测设备响应波段范围内，所述黑体辐射亮度的等效黑体辐射亮度，所述等效黑体辐射亮度通过以下公式获取：
其中，
为等效黑体辐射亮度；SRF(ν)为光谱响应函数；B(T,ν)为待测目标的黑体辐射亮度；T为待测目标的表面实际温度；v为光辐射的频率；
以及
根据所述第一等效辐射亮度、所述第二等效辐射亮度以及所述等效黑体辐射亮度，获取所述待测目标的等效发射率；所述待测目标的等效发射率通过以下公式获取：
其中，
为等效发射率，
为等效黑体辐射亮度，
为第二等效辐射亮度，
为第一等效辐射亮度，
为大气透过率。
2.根据权利要求1所述的外场目标发射率的测量方法，其特征在于，所述观测设备响应波段的范围为7～11.7μm。
3.根据权利要求1所述的外场目标发射率的测量方法，其特征在于，所述大气透气率设为1。
4.根据权利要求1所述的外场目标发射率的测量方法，其特征在于，所述参考目标设置在所述待测目标一侧，且与所述待测目标保持相同朝向。
5.根据权利要求1所述的外场目标发射率的测量方法，其特征在于，所述参考目标的材料为金属铝膜。
6.根据权利要求1所述的外场目标发射率的测量方法，其特征在于，所述参考目标具有高反射特点。
7.一种外场目标发射率的测量系统，其特征在于，所述外场目标发射率的测量系统用于执行权利要求1-6中任意一项所述的外场目标发射率的测量方法。
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