CN113701899B - 一种非制冷红外热像仪及获取温度信息的方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种非制冷红外热像仪，包括红外光学镜头、非制冷红外探测器以及图像处理模块，非制冷红外探测器的第一端与红外光学镜头连接，第二端与图像处理模块连接。还包括：补偿黑体，补偿黑体位于红外光学镜头上，补偿黑体用于切入红外光学镜头和非制冷红外探测器之间的光路，图像处理模块用于在补偿黑体切入红外光学镜头和非制冷红外探测器之间的光路时，采集补偿黑体的响应灰度数据，以作为被测目标响应灰度数据的补偿源。这样，在补偿黑体切入光路时，将补偿黑体的响应灰度数据作为被测目标响应灰度数据的补偿源，达到补偿环境辐射因素影响的目的，减小环境辐射对被测目标的图像灰度信息的影响，提高温度测量的精度和稳定性。

Description

一种非制冷红外热像仪及获取温度信息的方法

技术领域

本申请涉及光学技术领域，尤其涉及一种非制冷红外热像仪及获取温度信息的方法。

背景技术

红外热像仪包括红外光学镜头和红外探测器，红外光学镜头通过透镜组将被测物体发出的红外辐射聚集到红外探测器上，红外探测器把入射的辐射转换成电信号，形成被测物体的灰度图像，即热像图，热像图反映被测物体的温度信息。

红外热像仪包括制冷红外热像仪和非制冷红外热像仪，非制冷红热像仪的制造步骤更少，产率更高，具有更长的使用寿命，而且在3um-5um的中波红外及8um-14um的长波红外具有更高的热辐射分辨率，使得非制冷红外热像仪输出的被测物体的灰度图像具有更好的分辨率，因而可以获得更准确的温度信息。

但是，非制冷红外热像仪的输出信息既包含被测目标辐射信息、环境辐射信息，又包含非制冷红外热像仪本身输出的直流信息等多种影响因素，这些影响因素的变化会使得非制冷红外热像仪输出的图像灰度信息发生影响，导致温度测量的精度和稳定性较差。

发明内容

本申请提供一种非制冷红外热像仪及获取温度信息的方法，用以解决多种外界因素影响非制冷红外热像仪输出的图像灰度信息，导致温度测量的精度和稳定性较差的问题。

第一方面，本申请提供一种非制冷红外热像仪，包括：红外光学镜头、非制冷红外探测器以及图像处理模块；所述非制冷红外探测器的第一端与所述红外光学镜头连接，第二端与所述图像处理模块连接，所述红外热像仪还包括：

补偿黑体，所述补偿黑体位于所述红外光学镜头上；

所述补偿黑体用于切入所述红外光学镜头和所述非制冷红外探测器之间的光路；

所述图像处理模块用于在所述补偿黑体切入所述光路时，采集所述补偿黑体的响应灰度数据，以作为被测目标的响应灰度数据的补偿源。

可选的，所述红外光学镜头包括主镜筒和设置在所述主镜筒内的光学系统，所述光学系统包括沿第一方向依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、光阑、第四透镜和第五透镜，所述第一透镜、所述第二透镜和所述第五透镜为凸面朝向第二方向的弯月形锗正透镜，所述第三透镜为凸面朝向第一方向的弯月形硫系负透镜、所述第四透镜为凸面朝向第一方向的双凸性锗正透镜，所述第一方向和第二方向相反，所述第一方向为光线入射方向。

可选的，所述图像处理模块包括：模数转换电路、图像处理电路以及缓存电路；所述图像处理电路包括：图像滤波单元、非均匀校正单元、盲元替换单元、温度补偿算法单元以及补偿黑体灰度数据采集单元；

所述模数转换电路的第一端与所述红外探测器的第二端连接，所述模数转换电路的第二端与所述图像滤波单元的第一端连接，所述图像滤波单元的第二端与所述非均匀校正单元的第一端连接，所述非均匀校正单元的第二端与所述盲元替换单元的第一端连接，所述盲元替换单元的第二端与所述温度补偿算法单元的第一端连接，所述温度补偿算法单元的第二端与所述缓存电路连接；

所述补偿黑体灰度数据采集单元的第一端与所述图像滤波单元的第一端连接，所述补偿黑体灰度数据采集单元的第二端与所述非均匀校正单元的第一端以及所述温度补偿算法单元的第一端连接；

所述温度补偿算法单元用于根据所述被测目标的响应灰度数据、所述补偿黑体的响应灰度数据以及所述补偿黑体的温度变化引起的所述被测目标的灰度补偿变化量计算所述补偿目标的实际灰度数据，并将所述实际灰度数据转换为温度信息。

可选的， 所述温度补偿算法单元用于获取所述盲元替换单元输出的当前预设时间间隔内被测目标的响应灰度数据以及所述补偿黑体灰度数据采集单元输出的所述当前预设时间间隔和上一预设时间间隔内补偿黑体的平均灰度数据；

还用于获取所述当前预设时间间隔和上一预设时间间隔内的图像帧数，并根据所述平均灰度数据和所述图像帧数计算所述当前预设时间间隔内每帧图像的灰度补偿量；

还用于根据所述当前预设时间间隔内被测目标的响应灰度数据、每帧图像的灰度补偿量以及所述补偿黑体的温度变化引起的所述被测目标的灰度补偿变化量计算所述被测目标的实际灰度数据，并将所述实际灰度数据转化为温度信息。

可选的，所述红外光学镜头包括二维运动机构，所述补偿黑体位于所述二维运动机构上，所述二维运动机构带动所述补偿黑体运动，以使得所述补偿黑体切入所述红外光学镜头和所述非制冷红外探测器之间的光路中。

可选的，所述补偿黑体灰度数据采集单元具体用于在所述补偿黑体在预设时间间隔切入所述红外光学镜头和所述非制冷红外探测器之间的光路时，采集所述补偿黑体的响应灰度数据，并根据所述响应灰度数据计算各个预设时间间隔内所述补偿黑体的平均灰度数据。

可选的，所述温度补偿算法单元具体用于根据所述当前预设时间间隔和上一预设时间间隔内补偿黑体的平均灰度数据计算平均灰度数据的差值，根据所述平均灰度数据的差值和所述上一预设时间间隔内的图像帧数计算所述上一预设时间间隔内每帧图像的平均灰度变化率，根据所述平均灰度变化率和所述当前预设时间间隔内的图像帧数计算所述当前预设时间间隔内每帧图像的灰度补偿量。

可选的，所述热像仪还包括：温度传感器，所述温度传感器与所述温度补偿算法单元的第一端连接；

所述温度传感器用于获取标定黑体在两个温度时，补偿黑体的温度值；

所述温度补偿算法单元用于获取所述标定黑体在两个温度时的响应灰度数据以及所述温度传感器输出的补偿黑体的温度值，并计算所述补偿黑体的温度值的差值以及所述标定黑体的响应灰度数据的差值，并根据所述温度值的差值以及所述标定黑体的响应灰度数据的差值计算所述补偿黑体的温度变化引起的所述标定黑体的灰度补偿变化率，并根据所述当前预设时间间隔所述补偿黑体的温度变化量以及所述灰度补偿变化率计算所述当前预设时间间隔内所述补偿黑体的温度变化引起的标定黑体的灰度补偿变化量，将所述标定黑体的灰度补偿变化量作为所述被测目标的灰度补偿变化量。

可选的，所述温度补偿算法单元具体用于采集所述标定黑体不同温度下所述标定黑体的实际灰度数据，拟合出所述标定黑体的温度与实际灰度数据的对应关系，将所述被测目标的实际灰度数据输入所述对应关系中，获得所述被测目标的温度信息。

第二方面，本申请提供一种获取温度信息的方法，包括：

在补偿黑体切入红外光学镜头和非制冷红外探测器之间的光路时，采集所述补偿黑体的响应灰度数据；

将所述补偿黑体的响应灰度数据作为被测目标的响应灰度数据的补偿源，以获取所述被测目标的实际灰度数据，以将所述实际灰度数据转换为温度信息。

可选的，将所述补偿黑体的响应灰度数据作为被测目标响应灰度数据的补偿源，获取所述被测目标的实际灰度数据，具体包括：

根据所述被测目标的响应灰度数据、所述补偿黑体的响应灰度数据以及所述补偿黑体的温度变化引起的所述被测目标的灰度补偿变化量，计算所述被测目标的实际灰度数据，将所述实际灰度数据转换为温度信息。

可选的，根据所述被测目标的响应灰度数据、所述补偿黑体的响应灰度数据以及所述补偿黑体的温度变化引起的所述被测目标的灰度补偿变化量，计算所述被测目标的实际灰度数据，具体包括：

根据当前预设时间间隔和上一预设时间间隔内补偿黑体的平均灰度数据和图像帧数计算当前预设时间间隔内每帧图像的灰度补偿量；

获取所述当前预设时间间隔内被测目标的响应灰度数据和所述补偿黑体的温度变化引起的所述被测目标的灰度补偿变化量；

根据所述当前预设时间间隔内被测目标的响应灰度数据、每帧图像的灰度补偿量以及所述补偿黑体的温度变化引起的所述被测目标的灰度补偿变化量计算所述被测目标的实际灰度数据。

可选的，根据当前预设时间间隔和上一预设时间间隔内补偿黑体的平均灰度数据和图像帧数计算当前预设时间间隔内每帧图像的灰度补偿量之前，所述方法还包括：

所述补偿黑体在预设时间间隔切入红外光学系统和红外探测器之间的光路时，采集所述补偿黑体的响应灰度数据；

根据所述补偿黑体的响应灰度数据计算各个预设时间间隔内所述补偿黑体的平均灰度数据，以获得当前预设时间间隔和上一预设时间间隔内所述补偿黑体的平均灰度数据。

可选的，所述根据当前预设时间间隔和上一预设时间间隔内补偿黑体的平均灰度数据和图像帧数计算当前预设时间间隔内每帧图像的灰度补偿量，具体包括：

根据所述当前预设时间间隔和上一预设时间间隔内补偿黑体的平均灰度数据计算平均灰度数据的差值；

根据所述平均灰度数据的差值和所述上一预设时间间隔内的图像帧数计算所述上一预设时间间隔内每帧图像的平均灰度变化率；

根据所述平均灰度变化率和所述当前预设时间间隔内的图像帧数计算所述当前预设时间间隔内每帧图像的灰度补偿量。

可选的，所述获取当前预设时间间隔内所述补偿黑体的温度变化所引起的所述被测目标的灰度补偿变化量，具体包括：

获取标定黑体在两个温度时，补偿黑体的温度值以及所述标定黑体的响应灰度数据；

计算所述补偿黑体的温度值的差值以及所述响应灰度数据的差值；

根据所述温度值的差值和所述灰度数据的差值计算所述补偿黑体的温度变化引起的标定黑体的灰度补偿变化率；

根据所述灰度补偿变化率以及所述当前预设时间间隔内所述补偿黑体的温度变化量计算所述补偿黑体的温度变化引起的标定黑体的灰度补偿变化量；

将所述标定黑体的灰度补偿变化量作为所述被测目标的灰度补偿变化量。

可选的，所述将实际灰度数据转化为温度信息，具体包括：

获取所述标定黑体不同温度下所述标定黑体的实际灰度数据；

拟合出所述标定黑体的温度和所述实际灰度数据的对应关系；

将所述被测目标的实际灰度数据输入所述对应关系中，获得所述被测目标的温度信息。

本申请提供的非制冷红外热像仪，包括红外光学镜头、非制冷红外探测器以及图像处理模块，非制冷红外探测器的第一端与红外光学镜头连接，第二端与图像处理模块连接。还包括：补偿黑体，补偿黑体位于红外光学镜头上，补偿黑体用于切入红外光学镜头和非制冷红外探测器之间的光路，图像处理模块用于在补偿黑体切入红外光学镜头和非制冷红外探测器之间的光路时，采集补偿黑体的响应灰度数据，以作为被测目标响应灰度数据的补偿源。这样，在补偿黑体切入光路时，将补偿黑体的响应灰度数据作为被测目标响应灰度数据的补偿源，达到补偿环境辐射因素影响的目的，减小环境辐射对被测目标的图像灰度信息的影响，提高温度测量的精度和稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，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为本申请一实施例提供的一种非制冷红外热像仪的结构示意图；

图2为本申请另一实施例提供的一种非制冷红外热像仪的结构示意图；

图3为本申请一实施例提供的一种红外光学镜头的光学系统的结构示意图；

图4为本申请一实施例提供的图像处理模块的结构示意图；

图5-9为本申请一实施例提供的一种获取温度信息的方法的流程图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请中的附图，对本申请中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

在利用非制冷红外热像仪进行温度测量时，非制冷红外热像仪的输出信息既包含目标辐射信息、环境辐射信息，又包含非制冷红外热像仪本身输出的直流信息等多种影响因素，而这些影响因素的变化都会使非制冷红外热像仪输出的图像灰度信息发生变化，导致测温的精度与稳定性较差。

假设被测目标的响应灰度数据与被测目标温度的关系为y=f((x))，非制冷型红外热像仪的实际输出灰度为：y=f(x)+t(环)，t(环)为环境温度辐射对非制冷红外热像仪输出灰度数据的影响。因此要想进行准确的温度测量，就需要消除掉这些因素的影响。

针对上述问题，本申请在非制冷红外热像仪中安装补偿黑体，补偿黑体是指温度辐射均匀的实心物体，补偿黑体的形状可以为任意形状，补偿黑体能够在切入红外探测器和红外光学系统之间的光路后挡住红外探测器的探测面。在补偿黑体切入光路后，采集补偿黑体的响应灰度数据，将补偿黑体的响应灰度数据作为被测目标响应灰度数据的补偿源，达到补偿环境辐射因素影响的目的，减小环境辐射对被测目标的图像灰度数据的影响，提高温度测量的精度和稳定性。

下面以具体地实施例对本申请的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

图1和图2示出了本申请一实施例提供的一种非制冷红外热像仪的结构示意图。参考图1和图2所示，非制冷红外热像仪包括：

红外光学镜头100、非制冷红外探测器200以及图像处理模块300，非制冷红外探测器200的第一端与红外光学镜头100连接，第二端与图像处理模块300连接，非制冷红外热像仪还包括：

补偿黑体400，补偿黑体400位于红外光学镜头100上；

补偿黑体400用于切入红外光学镜头100和非制冷红外探测器200之间的光路；

图像处理模块300用于在补偿黑体400切入光路时，采集补偿黑体400的响应灰度数据，以作为被测目标的响应灰度数据的补偿源。

红外光学镜头100包括主镜筒和设置在主镜筒内的光学系统500，光学系统500，光学系统500包括第一方向依次设置的第一透镜501、第二透镜502、第三透镜503、光阑504、第四透镜505、第五透镜506和像面507，参考图3所示。包含该光学系统的非制冷红外热像仪能够实现大视场全面测温筛查，小视场局部精细测量。

第一透镜501为一片凸面朝向第二方向的弯月形锗正透镜，用于对光线进行汇聚。第二透镜502为一片凸面朝向第二方向的弯月形锗正透镜，用于对光线进行汇聚，而且第二透镜502能够沿第一方向或第二方向运动改变镜头的焦距。第三透镜503为一片凸面朝向第一方向的弯月形硫系负透镜，第三透镜503也可以沿第一方向或第二方向运动补偿镜头由于第二透镜502移动造成的像移。

可以理解的是，第二透镜502沿第一方向运动时，第三透镜503也沿第一方向运动，以补偿第二透镜502移动造成的像移。相应地，第二透镜502沿第二方向运动时，第三透镜503也沿第二方向运动。此外，第二透镜502和第三透镜503之间的焦距可以为10mm的短焦，也可以为32mm的长焦。

光阑504用于限制光线的大小。第四透镜505为一片凸面朝向第一方向的双凸性锗正透镜，用于像差校正。第五透镜506为一片凸面朝向第二方向的弯月形锗正透镜，第五透镜506可以沿第一方向或第二方向运动对镜头因温度变化造成的像移进行补偿。此处的第一方向和第二方向为相反的方向，第一方向为光线入射的方向，也是朝向像方的方向，第二方向为朝向物方的方向。像面507即物体透过镜头清晰成像的面。

红外光学镜头100通过第一透镜501、第二透镜502、第三透镜503、光阑504、第四透镜505、第五透镜506组成的透镜组将被测物体发出的红外辐射聚集到非制冷红外探测器200上，非制冷红外探测器200把入射的辐射转换成电信号，形成被测物体的灰度图像.。

参考图4所示，图像处理模块300包括：模数转换电路130、图像处理电路140以及缓存电路150；图像处理电路140包括：图像滤波单元101、非均匀校正单元102、盲元替换单元103、温度补偿算法单元104以及补偿黑体灰度数据采集单元105；

模数转换电路130的第一端与非制冷红外探测器200的第二端连接，模数转换电路130的第二端与图像滤波单元101的第一端连接，图像滤波单元101的第二端与非均匀校正单元102的第一端连接，非均匀校正单元102的第二端与盲元替换单元103的第一端连接，盲元替换单元103的第二端与温度补偿算法单元104的第一端连接，温度补偿算法单元104的第二端与缓存电路150连接；

补偿黑体灰度数据采集单元105的第一端与图像滤波单元101的第一端连接，补偿黑体灰度数据采集单元105的第二端与非均匀校正单元102的第一端以及温度补偿算法单元104的第一端连接；

温度补偿算法单元104用于根据被测目标的响应灰度数据、补偿黑体的响应灰度数据以及补偿黑体的温度变化引起的被测目标的灰度补偿变化量计算补偿黑体的实际灰度数据，并将实际灰度数据转换为温度信息。

温度补偿算法单元104用于采集盲元替换单元103输出的当前预设时间间隔内被测目标的响应灰度数据以及补偿黑体灰度数据采集单元105输出的当前预设时间间隔内和上一预设时间间隔内补偿黑体的平均灰度数据，还用于采集当前预设时间间隔内和上一预设时间间隔内的图像帧数，并根据平均灰度数据和图像帧数计算当前预设时间间隔内每帧图像的灰度补偿量，还用于根据当前预设时间间隔内被测目标的响应灰度数据、每帧图像的灰度补偿量以及补偿黑体的温度变化引起的被测目标的灰度补偿变化量计算被测目标的实际灰度数据。

本实施例中，利用补偿黑体灰度数据采集单元105获取补偿黑体的响应灰度数据，将补偿黑体的响应灰度数据作为被测目标的响应灰度数据的补偿源，达到补偿环境辐射因素影响的目的。同时，温度补偿算法单元104根据补偿黑体的平均灰度数据计算出预设时间间隔内每帧图像的灰度补偿量。还将由于环境因素变化引起的补偿黑体的温度变化进而引起的被测目标的灰度补偿变化量作为被测目标的响应灰度数据的补偿源，进一步提高温度补偿的精度。而后，将被测目标的响应灰度数据、每帧图像的灰度补偿量以及补偿黑体温度变化引起的被测目标的灰度补偿变化量相加得到被测目标的实际灰度数据，并将实际灰度数据转化为温度信息，得到精确性和稳定性较高的被测目标的温度信息。

原始数字红外信号依次经过图像滤波单元101、非均匀校正单元102以及盲元替换单元103后，被处理成均匀的红外图像。图像滤波单元101用于滤除图像时域上的噪声，非均匀校正单元102用于校正红外探测器焦平面像元对红外辐射响应的非均匀性，盲元替换单元103用于利用周围像素替换掉焦平面上死像素或过热像素，并能够实时输出被测目标的响应灰度数据。

图像滤波单元101、非均匀校正单元102、盲元替换单元103、温度补偿算法单元104以及补偿黑体灰度数据采集单元105组成图像处理电路140，则图像处理电路140的第一端与模数转换电路130的第二端连接，图像处理电路140的第二端与缓存电路150的第一端连接。模数转换电路130、图像处理电路140以及缓存电路150组成红外成像测温电路。

在红外光学镜头110包括二维运动机构401，在二维运动机构401上安装补偿黑体400，参考图2所示，运行在FPGA（Field Programmable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列）平台上按照预设时间间隔控制二维运动机构，使得补偿黑体400能够定时的切入切出非制冷红外探测器200和红外光学镜头100之间的光路。在补偿黑体400在预设时间间隔切入光路时，补偿黑体灰度数据采集单元105采集并保存补偿黑体400的响应灰度数据，并计算预设时间间隔内补偿黑体400的平均灰度数据，并输出补偿黑体400的平均灰度数据。补偿黑体400切出光路时，将补偿黑体400的响应灰度数据作为被测目标的响应灰度数据的补偿源，执行非均匀校正，以达到补偿环境辐射因素影响的目的。具体的，通过补偿黑体灰度数据采集单元105将补偿黑体400的平均灰度数据输入指非均匀校正单元102进行校正。

例如，预设时间间隔为t₁~t₂、t₂~t₃、……、t_i~t_i+1，则预设时间间隔对应的时刻为t₁、t₂、t₃、……、t_i、t_i+1，补偿黑体在t₁、t₂、……、t_i、t_i+1表示切入光路的时刻。根据t₁~t₂内的响应灰度数据计算t₁~t₂的平均灰度数据，根据t₂~t₃内的响应灰度数据计算t₂~t₃的平均灰度数据，……，t_i~t_i+1内的响应灰度数据计算t_i~t_i+1的平均灰度数据。

温度补偿算法单元104用于采集盲元替换单元103输出的当前预设时间间隔内的被测目标的响应灰度数据以及补偿黑体灰度数据采集单元105输出的当前预设时间间隔和上一预设时间间隔内的补偿黑体400的平均灰度数据，还用于采集当前预设时间间隔和上一预设时间间隔内的图像帧数。例如，当前预设时间间隔为t₂~t₃，则上一预设时间间隔为t₁~t₂；当前预设时间间隔为t_i~t_i+1，则上一预设时间间隔为t_i-1~t_i。

温度补偿算法单元104根据当前预设时间间隔和上一预设时间间隔内补偿黑体400的平均灰度数据和图像帧数计算当前预设时间间隔内每帧图像的灰度补偿量。具体的，根据当前预设时间间隔和上一预设时间间隔内补偿黑体400的平均灰度数据计算当前预设时间间隔和上一预设时间间隔补偿黑体400的平均灰度数据的差值，而后，根据平均灰度数据的差值和上一预设时间间隔的图像帧数计算上一预设时间间隔内每帧图像的平均灰度变化率，并根据上一预设时间间隔内每帧图像的平均灰度变化率和当前预设时间间隔内的图像帧数计算当前预设时间间隔内每帧图像的灰度补偿量。

例如，当前预设时间间隔为t₂~t₃，上一预设时间间隔为t₁~t₂，计算t₁~t₂的平均灰度数据和t₂~t₃的平均灰度数据的差值，记为Δs1。获取t₂~t₃和t₁~t₂的实时图像帧数，分别记为n₂和n₁。利用Δs₁除以n₁得到t₁~t₂的每帧图像的平均灰度变化率k₁。在t₂~t₃之间，利用t₁~t₂的每帧图像的平均灰度变化率k₁乘以每帧图像对应的时刻距离t₂时刻之间的实时图像帧数，获得t₂~t₃每帧图像的灰度补偿量。当前预设时间间隔为t_i~t_i+1，上一预设时间间隔为t_i-1~t_i，计算t_i-1~t_i的平均灰度数据和t_i~t_i+1的平均灰度数据的差值，记为Δs_i-1。获取t_i~t_i+1和t_i-1~t_i的实时图像帧数，分别记为n_i和n_i-1。利用Δs_i-1除以n_i-1得到t_i-1~t_i的每帧图像的平均灰度变化率k_i-1。在t_i~t_i+1之间，利用t_i-1~t_i的每帧图像的平均灰度变化率k_i-1乘以每帧图像对应的时刻距离t_i时刻之间的实时图像帧数，获得t_i~t_i+1每帧图像的灰度补偿量。

温度补偿算法单元104获取补偿黑体400的温度变化所引起的被测目标的灰度补偿量，具体的，以标定黑体作为参考，利用非制冷红外热像仪中的温度传感器获取标定黑体在两个不同温度下时补偿黑体400的温度值，温度传感器与温度补偿算法单元104的第一端连接，温度传感器将标定黑体在两个不同温度下时补偿黑体400的温度值输入至温度补偿算法单元104。温度补偿算法单元104获取标定黑体在两个不同温度下的响应灰度数据以及补偿黑体400的温度值，并计算响应灰度数据的差值以及温度值的差值，根据温度值的差值以及补偿标定黑体的响应灰度数据的差值计算补偿黑体400的温度变化引起的标定黑体的灰度补偿变化率，而后根据当前预设时间间隔补偿黑体400的温度变化量以及标定黑体的灰度补偿变化率计算补偿黑体400的温度变化引起的标定黑体的灰度补偿变化量，将标定黑体的灰度补偿变化量作为被测目标的灰度补偿变化量。

例如，标定黑体在不同温度下时补偿黑体的温度值为T₁、T₂，标定黑体的响应灰度数据为S₁、S₂，计算T₁和T₂的差值为ΔT，S₁和S₂的差值为ΔS，利用ΔS除以ΔT得到补偿黑体的温度变化引起的标定黑体的灰度补偿变化率。而后，利用t₂~t₃之间补偿黑体的温度变化量乘以灰度补偿变化率，得到t₂~t₃补偿黑体的温度变化引起的标定黑体的灰度补偿变化量。利用t_i~t_i+1之间补偿黑体的温度变化量乘以灰度补偿变化率，得到t_i~t_i+1补偿黑体的温度变化引起的标定黑体的灰度补偿变化量。将t₂~t₃补偿黑体的温度变化引起的标定黑体的灰度补偿变化量作为t₂~t₃补偿黑体的温度变化引起的被测目标的灰度补偿变化量。将t_i~t_i+1补偿黑体的温度变化引起的标定黑体的灰度补偿变化量作为t_i~t_i+1补偿黑体的温度变化引起的被测目标的灰度补偿变化量。

温度补偿算法单元104根据当前预设时间间隔内被测目标的响应灰度数据、每帧图像的灰度补偿量以及补偿黑体的温度变化所引起的被测目标的灰度补偿变化量计算被测目标的实际灰度数据。

例如，将t₂~t₃被测目标的响应灰度数据加上每帧图像的灰度补偿量，再加上补偿黑体的温度变化引起的被测目标的灰度补偿变化量得到被测目标的实际灰度数据。

温度补偿算法单元104还用于将被测目标的实际灰度数据转化为温度信息。具体的，以标定黑体作为待测目标，多次调整标定黑体的温度，采集标定黑不同温度下标定黑体的实际灰度数据，拟合出标定黑体的温度与实际灰度数据的对应关系，将被测目标的实际灰度数据输入对应关系中，获得被测目标的温度信息。

参考图1和图2所示，非制冷红外热像仪还包括：接口板600，接口板600的一端与图像处理模块300连接，另一端与数据接收设备连接，从而使得非制冷红外热像仪能够将模拟视频信号和数字视频信号输出至数据接收设备。

本申请提供的非制冷红外热像仪，在红外光学镜头上设置补偿黑体，补偿黑体用于切入红外光学镜头和非制冷红外探测器之间的光路，图像处理模块在补偿黑体切入红外光学镜头和非制冷红外探测器之间的光路时，采集补偿黑体的响应灰度数据，以作为被测目标响应灰度数据的补偿源。这样，在补偿黑体切入光路时，将补偿黑体的响应灰度数据作为被测目标响应灰度数据的补偿源，达到补偿环境辐射因素影响的目的，减小环境辐射对被测目标的图像灰度信息的影响，提高温度测量的精度和稳定性。

图5示出了本申请一实施例提供的一种获取温度信息的方法的流程图。如图5所示，本实施例的方法可以包括如下步骤：

S101、在补偿黑体切入红外光学镜头和非制冷红外探测器之间的光路时，采集补偿黑体的响应灰度数据。

补偿黑体能够定时的切入切出非制冷红外探测器和红外光学镜头之间的光路，当补偿黑体切入非制冷红外探测器和红外光学镜头之间的光路时，采集补偿黑体的响应灰度数据，当补偿黑体切出非制冷红外探测器和红外光学镜头之间的光路，采集被测目标的响应灰度数据。

S102、将补偿黑体的响应灰度数据作为被测目标的响应灰度数据的补偿源，以获取被测目标的实际灰度数据，以将实际灰度数据转换为温度信息。

本实施例中，可以根据被测目标的响应灰度数据、补偿黑体的响应灰度数据以及补偿黑体的温度变化引起的被测目标的灰度补偿变化量，计算被测目标的实际灰度数据，将实际灰度数据转换为温度信息。

例如，参考图6所示，S201中，根据当前预设时间间隔和上一预设时间间隔的平均灰度数据和图像帧数计算当前预设时间间隔内每帧图像的灰度补偿量。补偿黑体在预设时间间隔切入红外光学系统和红外探测器之间的光路时，采集补偿黑体的响应灰度数据，根据预设时间间隔以及该预设时间间隔内的响应灰度数据计算预设时间间隔内的平均灰度数据，从所获取的各个预设时间间隔内的平均灰度数据挑选出当前预设时间间隔内补偿黑体的平均灰度数据和上一预设时间间隔内补偿黑体的平均灰度数据。

S202中，获取当前预设时间间隔内被测目标的响应灰度数据和补偿黑体的温度变化引起的被测目标的灰度补偿变化量。

S203中，根据当前预设时间间隔内被测目标的响应灰度数据、每帧图像的灰度补偿量以及补偿黑体的温度变化引起的被测目标的灰度变化补偿变化量计算被测目标的实际灰度数据，将实际灰度数据转换为温度信息。

作为一种实现方式，根据补偿黑体的响应灰度数据获取当前预设时间间隔内每帧图像的灰度补偿量，参考图7所示，可以包括：

S3011、根据当前预设时间间隔和上一预设时间间隔内的补偿黑体平均灰度数据计算平均灰度数据的差值。

将当前预设时间间隔的补偿黑体的平均灰度数据减去上一预设时间间隔的补偿黑体的平均灰度数据，获取平均灰度数据的差值。

S3012、根据平均灰度数据的差值和上一预设时间间隔内的图像帧数计算上一预设时间间隔内每帧图像的平均变化率。

将当前预设时间间隔的补偿黑体的平均灰度数据和上一预设时间间隔的补偿黑体的平均灰度数据的差值除以上一预设时间间隔内的图像帧数，得到上一预设时间间隔内每帧图像的平均变化率。

S3013、根据平均灰度变化率和当前预设时间间隔内的图像帧数计算当前预设时间间隔内每帧图像的灰度补偿量。

将上一预设时间间隔内每帧图像的平均变化率乘以当前预设时间间隔内每帧图像对应的时刻距当前时刻之间的实时图像帧数，得到当前预设时间间隔内每帧图像的灰度补偿量，当前时刻是指上一预设时间间隔和当前预设时间间隔均包括的时刻，即上一预设时间间隔和当前预设时间间隔的重合时刻。

作为一种实现方式，获取当前预设时间间隔内补偿黑体的温度变化引起的被测目标的灰度补偿变化量，参考图8所示，可以包括：

S3021、获取标定黑体在两个温度时，补偿黑体的温度值以及标定黑体的响应灰度数据。

S3022、计算补偿黑体的温度值的差值以及响应灰度数据的差值。

S3023、根据温度值的差值和标定黑体的响应灰度数据的差值计算补偿黑体的温度变化引起的标定黑体的灰度补偿变化率。

S3024、根据标定黑体的灰度补偿变化率以及当前预设时间间隔内补偿黑体的温度变化量计算补偿黑体的温度变化引起的标定黑体的灰度补偿变化量。

S3025、将标定黑体的灰度补偿变化量作为被测目标的灰度补偿变化量。

在获得当前预设时间间隔内每帧图像的灰度补偿量以及当前预设时间间隔内补偿黑体的温度变化引起的被测目标的灰度补偿变化量之后，将当前预设时间间隔内每帧图像的灰度补偿量、补偿黑体的温度变化引起的被测目标的灰度补偿变化量以及被测目标的响应灰度数据相加，获得当前预设时间间隔内被测目标的实际灰度数据，而后将实际灰度数据转化为温度信息。

将实际灰度数据转化为温度信息，具体的，参考图9所示，S1031、获取标定黑体不同温度下标定黑体的实际灰度数据。S1032、拟合出标定黑体的温度和实际灰度数据的对应关系。S1033、将被测目标的实际灰度数据输入对应关系中，获得被测目标的温度信息。

本申请提供的获取温度信息的方法，获取补偿黑体的响应灰度数据，将补偿黑体的响应灰度数据作为被测目标的响应灰度数据的补偿源，达到补偿环境辐射因素影响的目的，得到精确性和稳定性较高的被测目标的温度信息。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (15)

1.一种非制冷红外热像仪，其特征在于，包括：红外光学镜头、非制冷红外探测器以及图像处理模块；所述非制冷红外探测器的第一端与所述红外光学镜头连接，第二端与所述图像处理模块连接，所述非制冷红外热像仪还包括：

补偿黑体，所述补偿黑体位于所述红外光学镜头上；

所述补偿黑体用于切入所述红外光学镜头和所述非制冷红外探测器之间的光路；

所述图像处理模块用于在所述补偿黑体切入所述光路时，采集所述补偿黑体的响应灰度数据，以作为被测目标的响应灰度数据的补偿源；

所述图像处理模块包括：模数转换电路、图像处理电路以及缓存电路；所述图像处理电路包括：图像滤波单元、非均匀校正单元、盲元替换单元、温度补偿算法单元以及补偿黑体灰度数据采集单元；

所述模数转换电路的第一端与所述非制冷红外探测器的第二端连接，所述模数转换电路的第二端与所述图像滤波单元的第一端连接，所述图像滤波单元的第二端与所述非均匀校正单元的第一端连接，所述非均匀校正单元的第二端与所述盲元替换单元的第一端连接；所述盲元替换单元的第二端与所述温度补偿算法单元的第一端连接，所述温度补偿算法单元的第二端与所述缓存电路连接；所述补偿黑体灰度数据采集单元的第一端与所述图像滤波单元的第一端连接，所述补偿黑体灰度数据采集单元的第二端与所述非均匀校正单元的第一端以及所述温度补偿算法单元的第一端连接；

所述温度补偿算法单元用于根据所述被测目标的响应灰度数据、所述补偿黑体的响应灰度数据以及所述补偿黑体的温度变化引起的所述被测目标的灰度补偿变化量计算补偿目标的实际灰度数据，并将所述实际灰度数据转换为温度信息。

2.根据权利要求1所述的非制冷红外热像仪，所述红外光学镜头包括主镜筒和设置在所述主镜筒内的光学系统，所述光学系统包括沿第一方向依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、光阑、第四透镜和第五透镜，所述第一透镜、所述第二透镜和所述第五透镜为凸面朝向第二方向的弯月形锗正透镜，所述第三透镜为凸面朝向第一方向的弯月形硫系负透镜、所述第四透镜为凸面朝向第一方向的双凸性锗正透镜，所述第一方向和第二方向相反，所述第一方向为光线入射方向。

3.根据权利要求1所述的非制冷红外热像仪，其特征在于，所述温度补偿算法单元具体用于获取所述盲元替换单元输出的当前预设时间间隔内被测目标的响应灰度数据以及所述补偿黑体灰度数据采集单元输出的所述当前预设时间间隔和上一预设时间间隔内补偿黑体的平均灰度数据；

还用于获取所述当前预设时间间隔和上一预设时间间隔内的图像帧数，并根据所述平均灰度数据和所述图像帧数计算所述当前预设时间间隔内每帧图像的灰度补偿量；

还用于根据所述当前预设时间间隔内被测目标的响应灰度数据、每帧图像的灰度补偿量以及所述补偿黑体的温度变化引起的所述被测目标的灰度补偿变化量计算所述被测目标的实际灰度数据，并将所述实际灰度数据转化为温度信息。

4.根据权利要求1所述的非制冷红外热像仪，其特征在于，所述红外光学镜头包括二维运动机构，所述补偿黑体位于所述二维运动机构上，所述二维运动机构带动所述补偿黑体运动，以使得所述补偿黑体切入所述红外光学镜头和所述非制冷红外探测器之间的光路中。

5.根据权利要求1所述的非制冷红外热像仪，其特征在于，所述补偿黑体灰度数据采集单元具体用于在所述补偿黑体在预设时间间隔切入所述红外光学镜头和所述非制冷红外探测器之间的光路时，采集所述补偿黑体的响应灰度数据，并根据所述响应灰度数据计算各个预设时间间隔内所述补偿黑体的平均灰度数据。

6.根据权利要求1所述的非制冷红外热像仪，其特征在于，所述温度补偿算法单元具体用于根据当前预设时间间隔和上一预设时间间隔内补偿黑体的平均灰度数据计算平均灰度数据的差值，根据所述平均灰度数据的差值和所述上一预设时间间隔内的图像帧数计算所述上一预设时间间隔内每帧图像的平均灰度变化率，根据所述平均灰度变化率和所述当前预设时间间隔内的图像帧数计算所述当前预设时间间隔内每帧图像的灰度补偿量。

7.根据权利要求1所述的非制冷红外热像仪，其特征在于，所述热像仪还包括：温度传感器，所述温度传感器与所述温度补偿算法单元的第一端连接；

所述温度传感器用于获取标定黑体在两个温度时，补偿黑体的温度值；

所述温度补偿算法单元用于获取所述标定黑体在两个温度时的响应灰度数据以及所述温度传感器输出的补偿黑体的温度值，并计算所述补偿黑体的温度值的差值以及所述标定黑体的响应灰度数据的差值，并根据所述温度值的差值以及所述标定黑体的响应灰度数据的差值计算所述补偿黑体的温度变化引起的所述标定黑体的灰度补偿变化率，并根据当前预设时间间隔所述补偿黑体的温度变化量以及所述灰度补偿变化率计算所述当前预设时间间隔内所述补偿黑体的温度变化引起的标定黑体的灰度补偿变化量，将所述标定黑体的灰度补偿变化量作为所述被测目标的灰度补偿变化量。

8.根据权利要求1所述的非制冷红外热像仪，其特征在于，所述温度补偿算法单元具体用于采集标定黑体不同温度下所述标定黑体的实际灰度数据，拟合出所述标定黑体的温度与实际灰度数据的对应关系，将所述被测目标的实际灰度数据输入所述对应关系中，获得所述被测目标的温度信息。

9.一种获取温度信息的方法，其特征在于，包括：

在补偿黑体切入红外光学镜头和非制冷红外探测器之间的光路时，采集所述补偿黑体的响应灰度数据；其中，所述补偿黑体位于所述红外光学镜头上；所述非制冷红外探测器的第一端与所述红外光学镜头连接，第二端与图像处理模块连接；

将所述补偿黑体的响应灰度数据作为被测目标的响应灰度数据的补偿源，以获取所述被测目标的实际灰度数据，以将所述实际灰度数据转换为温度信息。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，将所述补偿黑体的响应灰度数据作为被测目标响应灰度数据的补偿源，以获取所述被测目标的实际灰度数据，具体包括：

根据所述被测目标的响应灰度数据、所述补偿黑体的响应灰度数据以及所述补偿黑体的温度变化引起的所述被测目标的灰度补偿变化量，计算所述被测目标的实际灰度数据。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，根据所述被测目标的响应灰度数据、所述补偿黑体的响应灰度数据以及所述补偿黑体的温度变化引起的所述被测目标的灰度补偿变化量，计算所述被测目标的实际灰度数据，具体包括：

根据当前预设时间间隔和上一预设时间间隔内补偿黑体的平均灰度数据和图像帧数计算当前预设时间间隔内每帧图像的灰度补偿量；

获取所述当前预设时间间隔内被测目标的响应灰度数据和所述补偿黑体的温度变化引起的所述被测目标的灰度补偿变化量；

根据所述当前预设时间间隔内被测目标的响应灰度数据、每帧图像的灰度补偿量以及所述补偿黑体的温度变化引起的所述被测目标的灰度补偿变化量计算所述被测目标的实际灰度数据。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，根据当前预设时间间隔和上一预设时间间隔内补偿黑体的平均灰度数据和图像帧数计算当前预设时间间隔内每帧图像的灰度补偿量之前，所述方法还包括：

根据所述补偿黑体的响应灰度数据计算各个预设时间间隔内所述补偿黑体的平均灰度数据，以获得当前预设时间间隔和上一预设时间间隔内所述补偿黑体的平均灰度数据。

13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述根据当前预设时间间隔和上一预设时间间隔内补偿黑体的平均灰度数据和图像帧数计算当前预设时间间隔内每帧图像的灰度补偿量，具体包括：

根据所述当前预设时间间隔和上一预设时间间隔内补偿黑体的平均灰度数据计算平均灰度数据的差值；

根据所述平均灰度数据的差值和所述上一预设时间间隔内的图像帧数计算所述上一预设时间间隔内每帧图像的平均灰度变化率；

根据所述平均灰度变化率和所述当前预设时间间隔内的图像帧数计算所述当前预设时间间隔内每帧图像的灰度补偿量。

14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述获取当前预设时间间隔内所述补偿黑体的温度变化所引起的所述被测目标的灰度补偿变化量，具体包括：

获取标定黑体在两个温度时，补偿黑体的温度值以及所述标定黑体的响应灰度数据；

计算所述补偿黑体的温度值的差值以及所述响应灰度数据的差值；

根据所述温度值的差值和所述灰度数据的差值计算所述补偿黑体的温度变化引起的标定黑体的灰度补偿变化率；

根据所述灰度补偿变化率以及当前预设时间间隔内所述补偿黑体的温度变化量计算所述补偿黑体的温度变化引起的标定黑体的灰度补偿变化量；

将所述标定黑体的灰度补偿变化量作为所述被测目标的灰度补偿变化量。

15.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述将所述实际灰度数据转化为温度信息，具体包括：

获取标定黑体不同温度下所述标定黑体的实际灰度数据；

拟合出所述标定黑体的温度和所述实际灰度数据的对应关系；

将所述被测目标的实际灰度数据输入所述对应关系中，获得所述被测目标的温度信息。

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