CN113503968A - 基于炉内图像的测温方法、装置、设备及可读存储介质 - Google Patents
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- G01J2005/0077—Imaging
Abstract
本发明提供了一种基于炉内图像的测温方法、装置、设备及可读存储介质,包括:获取由配置在炉内的高温摄像机采集到的钢坯图像,提取所述钢坯图像的三基色值;获取所述高温摄像机的标定系数,根据所述标定系数对所述三基色值进行修正,以获得所述钢坯图像上每一像素点的单色辐射强度值;根据每一像素点的单色辐射强度值生成钢坯表面的温度值。该测温方法标定简单,且由于不同波长下的辐射图像是在同一幅彩色图像上得到的,省去了同时获取同一测温对象在不同波长下的辐射图像的困难。
Description
技术领域
本发明涉及图像测温领域,特别涉及一种基于炉内图像的测温方法、装置、设备及可读存储介质。
背景技术
加热炉炉膛中发生的燃烧过程伴随着强烈的辐射能传递过程,也就是钢坯加热过程。加热炉内钢坯加热过程的温度测量基于普朗克辐射定律。在钢坯加热过程热辐射的波长范围300~1000nm及温度范围800~2000K内;普朗克辐射定律可由维恩辐射定律取代。
采用维恩辐射定律对钢坯加热过程热辐射温度进行检测时,需要建立传感器输出的光电检测信号和其接收到的钢坯加热过程热辐射能量之间定量关系,即标定。为了避开标定的困难,在窑炉测温领域国内外学者广泛使用标定相对简单的双色法进行温度检测,该方法对温度测量的精度是由两个或多个波长下热辐射率的相近程度决定的。为了获得钢坯加热过程热辐射的温度图像,就必须获取两个波长下加热钢坯的单色辐射能图像。在两个波长下若同时测量到由同一点发出的单色辐射能的测量值。采用这种方法时,需要从同一点的全辐射信号中分离出两个波长下的单色辐射能量,需要依靠复杂精密的光、机、电系统。而且,为了满足两个波长下的热辐射率近似相等,两个波长需要选得较为靠近,同时两个波长又不能靠得太近,否则会带来较大的计算误差。因为这个限制,所以使得这种计算方法的精度受到一定程度的影响。
有鉴于此,提出本申请。
发明内容
本发明公开了一种基于炉内图像的测温方法、装置、设备及可读存储介质,旨在解决现有技术的不足。
本发明第一实施例提供了一种基于炉内图像的测温方法,包括:
获取由配置在炉内的高温摄像机采集到的钢坯图像,提取所述钢坯图像的三基色值;
获取所述高温摄像机的标定系数,根据所述标定系数对所述三基色值进行修正,以获得所述钢坯图像上每一像素点的单色辐射强度值;
根据每一像素点的单色辐射强度值生成钢坯表面的温度值。
优选地,获取所述高温摄像机的标定系数,根据所述标定系数对所述三基色值进行修正,以获得所述钢坯图像上每一像素点的单色辐射强度值之前还包括:
通过获取由温度传感器采集到的炉内温度,根据所述炉内温度对所述钢坯图像的三基色值进行增益调整。
优选地,所述获取所述高温摄像机的标定系数,根据所述标定系数对所述三基色值进行修正,以获得所述钢坯图像上每一像素点的单色辐射强度值具体为:
获取所述高温摄像机在接收到每一颜色1mW的能量时所产生的电流值,其中,所述电流值为该颜色的标定系数;
调用单色辐射强度运算模型,并将每一颜色的标定系数及对应的像素值带入所述单色辐射强度运算模型,生成钢坯图像上每一像素点的单色辐射强度值。
优选地,所述根据每一像素点的单色辐射强度值生成钢坯表面的温度值,具体为:
调用双色测温模型,并将单色辐射强度值带入所述双色测温模型,生成钢坯表面的温度值。
优选地,所述双色测温模型为:
T=-C2(1/λr-1/λg)/ln(cgRλr 5/Gλg 5);
其中,T为任意一像素点的温度值,C2为Planck常数,λr为红光波长,λg为绿光波长,cg为绿光的修正系数,R为红光基色值,G为绿光基色值。
优选地,所述单色辐射强度运算模型为:
Iλr=krR,Iλg=kgG,Iλb=kbB;
其中,Iλr为红色辐射强度值,Iλg为绿色辐射强度值,Iλb为蓝色辐射强度值,kr为红色标定系数,kg为绿色标定系数,kb为蓝色标定系数。
本发明第二实施例提供了一种基于炉内图像的测温装置,包括:
钢坯图像获取单元,用于获取由配置在炉内的高温摄像机采集到的钢坯图像,提取所述钢坯图像的三基色值;
单色辐射强度值获取单元,用于获取所述高温摄像机的标定系数,根据所述标定系数对所述三基色值进行修正,以获得所述钢坯图像上每一像素点的单色辐射强度值;
钢坯表面温度值获取单元,用于根据每一像素点的单色辐射强度值生成钢坯表面的温度值。
优选地,单色辐射强度值获取单元还包括增益调整模块,所述调整模块用于通过获取由温度传感器采集到的炉内温度,根据所述炉内温度对所述钢坯图像的三基色值进行增益调整。
本发明第三实施例提供了一种基于炉内图像的测温设备,其特征在于,包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置由所述处理器执行的计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序实现如上任意一项所述的一种基于炉内图像的测温方法。
本发明第四实施例提供了一种可读存储介质,其特征在于,存储有计算机程序,所述计算机程序能够被所述计算机可读存储介质所在设备的处理器执行,以实现如上任意一项所述的一种基于炉内图像的测温方法。
基于本发明提供的一种基于炉内图像的测温方法、装置、设备及可读存储介质,通过配置在炉内的高温摄像机采集处于加热中的钢坯图像,并提取钢坯图像的三基色值,获取所述高温摄像机的标定系数,用标定系数对所述三基色值进行修正,以获得加热中的钢坯图像上每一像素点的单色辐射强度值,调用双色法对获得的单色辐射强度值进行运算,以获得钢坯图像每一像素点的温度值。
附图说明
图1是本发明第一实施例提供的一种基于炉内图像的测温方法流程示意图;
图2是本发明提供的不同温度下黑体炉的辐射图像;
图3是本发明第二实施例提供的一种基于炉内图像的测温装置的模块示意图;
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
为了更好的理解本发明的技术方案,下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
应当明确,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的,而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式,除非上下文清楚地表示其他含义。
应当理解,本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系,表示可以存在三种关系,例如,A和/或B,可以表示:单独存在A,同时存在A和B,单独存在B这三种情况。另外,本文中字符“/”,一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
取决于语境,如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地,取决于语境,短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。
实施例中提及的“第一\第二”仅仅是是区别类似的对象,不代表针对对象的特定排序,可以理解地,“第一\第二”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序。应该理解“第一\第二”区分的对象在适当情况下可以互换,以使这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
以下结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。
本发明公开了一种基于炉内图像的测温方法、装置、设备及可读存储介质,旨在解决现有技术的不足。
请参阅图1,本发明第一实施例提供了一种基于炉内图像的测温方法,其可由基于炉内图像的测温设备(以下简称测温设备)来执行,特别的,由测温设备内的一个或者多个处理器来执行,以实现如下步骤:
S101,获取由配置在炉内的高温摄像机采集到的钢坯图像,提取所述钢坯图像的三基色值;
在本实施例中,所述测温设备可为终端设备,其可以用于与高温摄像机、温度传感器、以及人机建立通讯连接,以实现数据的交互。
特别的,在本实施例中,所述测温设备内可存储有用于进行测温的数据,用于根据高温摄像机以及传感器的采集到的数据精确的测量出钢坯的温度值。
需要说明的是,一幅彩色图像能够提供近似的RGB代表性波长下的单色图像,因而可采用双色法检测温度。例如,只要取图像中任意一个像素的R,G值,将该象素的R,G值看作从该点发射出的红色和绿色两种单色热辐射能量,即可得出该象素对应的温度值。但由于彩色CCD传感器的特性、CCD照相机参数(如白平衡设置)的差异导致所得图像并不能完全还原对应的单色热辐射强度,必须进行标定,以便从失真的、仅具有相对意义的RGB信号中得到对象的绝对单色热辐射强度值。
在本实施例中,可以通过配置在炉内的高温摄像机(其中,所述高温摄像机可以是一个或多个,以及配置的位置不做具体的限定)来获取加热中钢坯的图像,所述测温设备可以提取图像的三基色值值,即RGB值。
S102,获取所述高温摄像机的标定系数,根据所述标定系数对所述三基色值进行修正,以获得所述钢坯图像上每一像素点的单色辐射强度值;
具体地,在本实施例中,获取所述高温摄像机在接收到每一颜色1mW的能量时所产生的电流值,其中,所述电流值为该颜色的标定系数;需要说明的是,标定系数与每个CCD成像元器件的有关系,其数值可以会随着温度的变化而变化。
调用单色辐射强度运算模型,并将每一颜色的标定系数及对应的像素值带入所述单色辐射强度运算模型,生成钢坯图像上每一像素点的单色辐射强度值。
在本实施例中,所述单色辐射强度运算模型为:
Iλr=krR,Iλg=kgG,Iλb=kbB;
其中,Iλr为红色辐射强度值,Iλg为绿色辐射强度值,Iλb为蓝色辐射强度值,kr为红色标定系数,kg为绿色标定系数,kb为蓝色标定系数。
在本实施例中,还包括通过获取由温度传感器采集到的炉内温度,根据所述炉内温度对所述钢坯图像的三基色值进行增益调整。
标定实验中采用的炉内高温摄像机的CCD,其快门速度从1/50到1/100K可调,其中,光圈不调整。关闭了自动增益功能。黑体炉设定温度为800~1800℃,间隔100℃,白平衡可以设置成ATW、AWC和MANU三种状态。其中,ATW是一种自动白平衡设置方式,即每次拍摄图像时,CCD均自动运行白平衡(Auto White Balance Control)。这种白平衡设置会随时改变所拍摄的图像的颜色,使得双色法温度计算失去科学的基准,温度检测时不会采用。设置AWC方式时,CCD自动采用系统记忆中的色温来运行白平衡,直到再次设定时才改变。因此,AWC方式比较适合于比色法温度检测。但由于其也会因白平衡的重新设定而改变,也不推荐作为加热钢坯温度检测适用方式。白平衡MANU方式是一种手动白平衡设置方式,既可以设定不同的色温(如3200K、5600K),也可以任意设置RGB的增益。这正适合加热钢坯温度检测的需要,因为MANU白平衡设置中的RGB增益可调的功能正好可被用来拍摄非饱和的加热钢坯彩色图像。此时,使用白平衡已经不再是为了获得与人眼观察到的对象的颜色相一致的图像,而是用来获得动态响应范围更宽的加热钢坯图像检测能力。
在不对三基色数值进行调整的情况下,黑体炉温度变化范围(800~1800℃)内的红绿蓝三基色波长下的黑体的单色辐射强度的变化范围很大,同一温度下RGB之间的幅值相差少在一个数量级,即绿色强度是红色强度的1/10以下,而蓝色强度是绿色强度的1/10以下。因此,红色基色过大,而蓝色基色过小。在8bit彩色图像采集和处理技术条件下,很难同时获得理想的RGB三基色值,要么为了获得有效的蓝色基色而使得红色基色饱和,要么获得非饱和的红色基色而得不到蓝色基色的检测值。
在MANU设置方式下选择了三种RGB增益设置组合:组合I:红色增益(R)减少40,蓝色增益增加40;组合II:红色增益(R)减少80,蓝色增益增加80;组合III:红色增益(R)减少120,蓝色增益增加120。从组合I到III,红色增益不断降低,蓝色增益不断增加。值得注意的是,绿色的增益是不能改变的。
表1-1黑体炉温度1273K、快门速度1/50、1/3000、1/30000条件下黑体辐射图像
表1-1给出了黑体炉温度分别为1273K、1673K、2073K时(快门速度分别为1/50s、1/3000s、1/30000s)黑体辐射图像RGB值以及标定参数计算值。它们对应于图2中的辐射图像(a)~(i)。当温度较低(1273K)时,由于辐射能力不强,快门速度取1/50s即可。当取增益组合I时,R、G、B值分别为136.52,24.41,0.73,三者之间相差较大,B几乎检测不到;当取增益组合II时,R、G、B值分别为106.38,35-27,9.39,G值变化不大,但R减小,B增加;当取增益组合III时,R、G、B值分别为72.07,52.1,17.63,R值进一步减小,G值增加,两者比较接近,B增加明显。
当温度增加到1673K时,快门速度提高到1/3000s才能保证获得满意的图像,不同增益组合下的变化趋势相似。当温度增加到2073K时,快门速度必须提高到1/30000s,从增益组合I变化到III时,R、G之间也逐步靠近,但B值已经无法检测出。显示红绿蓝三基色在实际应用中只有红绿两基色信息便于应用。
采用增益组合III的意义还可从2073K的图像数据看出,当采用增益组合I时,R值已经达到191.15,如果温度进一步增加,同样快门速度下图像中的R值极易饱和(255);而采用增益组合III时,R、G分别为107.96,125.98,还只是居于0~255的中间区域,温度进一步增加时不会很快出现图像饱和的现象。因此采用增益组合III,可大大提高图像探测系统有效检测的温度范围。
表1-2增益组合III下利用标定系数重新计算的结果
S103,根据每一像素点的单色辐射强度值生成钢坯表面的温度值。
调用双色测温模型,并将单色辐射强度值带入所述双色测温模型,生成钢坯表面的温度值。
在本实施例中,所述双色测温模型可以为:
T=-C2(1/λr-1/λg)/ln(cgRλr 5/Gλg 5);
其中,T为任意一像素点的温度值,C2为Planck常数,λr为红光波长,λg为绿光波长,cg为绿光的修正系数,R为红光基色值,G为绿光基色值。
需要说明的是,在采用双色法从彩色图像中的红绿蓝三基色R、G、B中的任意一对的比值中计算加热炉内钢坯表面温度图像时,一种标定方式是将其中一种基色(如红色R)保持不变,对其它两个基色的数据进行修正,使得修正后的红绿蓝三基色R'、G'、B'之间的相对大小正确反映加热钢坯的相对光谱分布特性。
请参阅图3,本发明第二实施例提供了一种基于炉内图像的测温装置,包括:
钢坯图像获取单元201,用于获取由配置在炉内的高温摄像机采集到的钢坯图像,提取所述钢坯图像的三基色值;
单色辐射强度值获取单元202,用于获取所述高温摄像机的标定系数,根据所述标定系数对所述三基色值进行修正,以获得所述钢坯图像上每一像素点的单色辐射强度值;
钢坯表面温度值获取单元203,用于根据每一像素点的单色辐射强度值生成钢坯表面的温度值。
优选地,单色辐射强度值获取单元还包括增益调整模块,所述调整模块用于通过获取由温度传感器采集到的炉内温度,根据所述炉内温度对所述钢坯图像的三基色值进行增益调整。
本发明第三实施例提供了一种基于炉内图像的测温设备,其特征在于,包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置由所述处理器执行的计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序实现如上任意一项所述的一种基于炉内图像的测温方法。
本发明第四实施例提供了一种可读存储介质,其特征在于,存储有计算机程序,所述计算机程序能够被所述计算机可读存储介质所在设备的处理器执行,以实现如上任意一项所述的一种基于炉内图像的测温方法。
基于本发明提供的一种基于炉内图像的测温方法、装置、设备及可读存储介质,通过配置在炉内的高温摄像机采集处于加热中的钢坯图像,并提取钢坯图像的三基色值,获取所述高温摄像机的标定系数,用标定系数对所述三基色值进行修正,以获得加热中的钢坯图像上每一像素点的单色辐射强度值,调用双色法对获得的单色辐射强度值进行运算,以获得钢坯图像每一像素点的温度值。
示例性地,本发明第三实施例和第四实施例中所述的计算机程序可以被分割成一个或多个模块,所述一个或者多个模块被存储在所述存储器中,并由所述处理器执行,以完成本发明。所述一个或多个模块可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段,该指令段用于描述所述计算机程序在所述实现一种基于炉内图像的测温设备中的执行过程。例如,本发明第二实施例中所述的装置。
所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit,CPU),还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等,所述处理器是所述基于一种基于炉内图像的测温方法的控制中心,利用各种接口和线路连接整个所述实现对一种基于炉内图像的测温方法的各个部分。
所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块,所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块,以及调用存储在存储器内的数据,实现一种基于炉内图像的测温方法的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区,其中,存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、文字转换功能等)等;存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、文字消息数据等)等。此外,存储器可以包括高速随机存取存储器,还可以包括非易失性存储器,例如硬盘、内存、插接式硬盘、智能存储卡(Smart Media Card,SMC)、安全数字(SecureDigital,SD)卡、闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
其中,所述实现的模块如果以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取存储介质中。基于这样的理解,本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程,也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成,所述的计算机程序可存储于一个计算机可读存储介质中,该计算机程序在被处理器执行时,可实现上述各个方法实施例的步骤。其中,所述计算机程序包括计算机程序代码,所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括:能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM,Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是,所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减,例如在某些司法管辖区,根据立法和专利实践,计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
需说明的是,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外,本发明提供的装置实施例附图中,模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接,具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下,即可以理解并实施。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种基于炉内图像的测温方法,其特征在于,包括:
获取由配置在炉内的高温摄像机采集到的钢坯图像,提取所述钢坯图像的三基色值;
获取所述高温摄像机的标定系数,根据所述标定系数对所述三基色值进行修正,以获得所述钢坯图像上每一像素点的单色辐射强度值;
根据每一像素点的单色辐射强度值生成钢坯表面的温度值。
2.根据权利要求1所述的一种基于炉内图像的测温方法,其特征在于,获取所述高温摄像机的标定系数,根据所述标定系数对所述三基色值进行修正,以获得所述钢坯图像上每一像素点的单色辐射强度值之前还包括:
通过获取由温度传感器采集到的炉内温度,根据所述炉内温度对所述钢坯图像的三基色值进行增益调整。
3.根据权利要求1所述的一种基于炉内图像的测温方法,其特征在于,所述获取所述高温摄像机的标定系数,根据所述标定系数对所述三基色值进行修正,以获得所述钢坯图像上每一像素点的单色辐射强度值具体为:
获取所述高温摄像机在接收到每一颜色1mW的能量时所产生的电流值,其中,所述电流值为该颜色的标定系数;
调用单色辐射强度运算模型,并将每一颜色的标定系数及对应的像素值带入所述单色辐射强度运算模型,生成钢坯图像上每一像素点的单色辐射强度值。
4.根据权利要求1所述的一种基于炉内图像的测温方法,其特征在于,所述根据每一像素点的单色辐射强度值生成钢坯表面的温度值,具体为:
调用双色测温模型,并将单色辐射强度值带入所述双色测温模型,生成钢坯表面的温度值。
5.根据权利要求4所述的一种基于炉内图像的测温方法,其特征在于,所述双色测温模型为:
T=-C2(1/λr-1/λg)/ln(cgRλr 5/Gλg 5);
其中,T为任意一像素点的温度值,C2为Planck常数,λr为红光波长,λg为绿光波长,cg为绿光的修正系数,R为红光基色值,G为绿光基色值。
6.根据权利要求3所述的一种基于炉内图像的测温方法,其特征在于,所述单色辐射强度运算模型为:
Iλr=krR,Iλg=kgG,Iλb=kbB;
其中,Iλr为红色辐射强度值,Iλg为绿色辐射强度值,Iλb为蓝色辐射强度值,kr为红色标定系数,kg为绿色标定系数,kb为蓝色标定系数。
7.一种基于炉内图像的测温装置,其特征在于,包括:
钢坯图像获取单元,用于获取由配置在炉内的高温摄像机采集到的钢坯图像,提取所述钢坯图像的三基色值;
单色辐射强度值获取单元,用于获取所述高温摄像机的标定系数,根据所述标定系数对所述三基色值进行修正,以获得所述钢坯图像上每一像素点的单色辐射强度值;
钢坯表面温度值获取单元,用于根据每一像素点的单色辐射强度值生成钢坯表面的温度值。
8.根据权利要求7所述的一种基于炉内图像的测温装置,其特征在于,单色辐射强度值获取单元还包括增益调整模块,所述调整模块用于通过获取由温度传感器采集到的炉内温度,根据所述炉内温度对所述钢坯图像的三基色值进行增益调整。
9.一种基于炉内图像的测温设备,其特征在于,包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置由所述处理器执行的计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序实现如权利要求1至4任意一项所述的一种基于炉内图像的测温方法。
10.一种可读存储介质,其特征在于,存储有计算机程序,所述计算机程序能够被所述计算机可读存储介质所在设备的处理器执行,以实现如权利要求1至4任意一项所述的一种基于炉内图像的测温方法。
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