CN114235168B - 一种红外测温方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种红外测温方法及系统，其包括如下步骤：对红外测温设备与标定黑体之间的标定距离进行校正，以获取红外测温设备与标定黑体靶面之间的估算距离；获取红外测温设备在不同固定环温、不同测温距离下对于不同温度标定黑体的测温温度补偿量；根据红外测温设备与标定黑体靶面之间的估算距离以及对应的测温温度补偿量对红外测温设备的当前测温温度进行校准，以获得实际测温温度。本发明可对黑体靶面进行快速估算，且对测温温度进行补偿校准，以大幅提高测温精度。

Description

一种红外测温方法及系统

技术领域

本发明涉及红外测温领域，具体为一种红外测温方法及系统。

背景技术

随着红外热成像技术的日趋成熟，用户对红外热像仪等红外成像设备的测温精度要求越来越高。

根据红外测温原理可知，红外成像设备的测量温度不仅会随着设备与目标距离的增加而减小，而且受到不同环温和不同黑体温度的影响。目前多采用手动输入距离参数进行温度补偿的方式来修正红外辐射的距离衰减对测温精度造成的影响。但该种方式中，手动输入距离参数主观性较大，导致修正效果不理想，同时未考虑环温对红外辐射距离衰减的影响，导致环温适应性较差，由此无益于提高红外成像设备的测温精度。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种红外测温方法及系统，其可对黑体靶面进行快速估算，且对测温温度进行补偿校准，以大幅提高测温精度。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一方面，提供了一种红外测温方法，其包括如下步骤：

对红外测温设备与标定黑体之间的标定距离进行校正，以获取红外测温设备与标定黑体靶面之间的估算距离；

获取红外测温设备在不同固定环温、不同测温距离下对于不同温度标定黑体的测量温度补偿量公式；

根据红外测温设备与标定黑体靶面之间的估算距离以及对应的测量温度补偿量对红外测温设备的当前测温温度进行校准，以获得实际测温温度。

优选的，“对红外测温设备与标定黑体之间的标定距离进行校正，以获取红外测温设备与标定黑体靶面之间的估算距离”包括如下步骤：

红外测温设备在若干距离下获取若干黑体靶面图像，且确定每一黑体靶面图像中黑体靶面像素的个数，并建立距离-黑体靶面像素个数的对应关系；

红外测温设备在当前标定距离下获取标定黑体靶面图像，并从该标定黑体靶面校温图像中确定标定黑体靶面像素个数CurPixelNum；且对所述标定黑体靶面像素个数CurPixelNum进行校正，以获取校正像素个数CurLookUpTable；

根据所述校正像素个数CurLookUpTable从距离-黑体靶面像素个数的对应关系中获取所述校正像素个数CurLookUpTable对应的距离，此距离即为红外测温设备与标定黑体靶面之间的估算距离。

优选的，对所述标定黑体靶面像素个数CurPixelNum进行校正，以获取校正像素个数CurLookUpTable包括：

红外测温设备在校温距离下获取校温黑体靶面图像，并从该校温黑体靶面图像中确定校温黑体靶面像素个数CalPixelNum；

按照下述公式获取校正像素个数CurLookUpTable：

其中，CalDisTablePixelNum表示根据所述距离-黑体靶面像素个数的对应关系获取的校温距离下的标定黑体靶面像素个数。

优选的，“获取红外测温设备在不同固定环温、不同测温距离下对于不同温度标定黑体的测量温度补偿量公式”的过程包括如下步骤：

采集红外测温设备在不同环温、不同测温距离下，针对不同温度黑体的测量温度，并建立测量温度在不同环温、不同测温距离下的衰减关系；

对某一环温下、某一测温距离下获取的测量温度进行补偿，以获取在该环温、该测温距离下对应的测量温度补偿量；

根据红外测温设备与标定黑体靶面之间的估算距离确定该估算距离下的测温温度补偿量，并根据所述测温温度补偿量获取实际测温温度。

优选的，通过拟合的方式建立测量温度在不同环温、不同测温距离下的衰减关系。

优选的，通过下列公式拟合获得测量温度TTar在不同环温TAmb、不同测温距离下的衰减关系：

其中，f(TAmb,TTar)表示在某一环温TAmb、某一测量温度TTar下，在某一测温距离范围内的温度衰减总量；且p00、p01、p02、p10、p11、p20均为拟合系数，且均通过拟合得到。

优选的，当红外测温设备的测温距离满足第一条件时，根据下列公式获取测量温度补偿量：

其中，DisCompValue(TAmb,TTar,Dis)为测量温度补偿量；Dis为红外测温设备与标定黑体靶面之间的估算距离，CalDis为校温距离；DisMax和DisMin分别为红外测温设备测温距离范围的最大值和最小值。

优选的，当红外测温设备的测温距离满足第二条件时，根据下列公式获取测量温度补偿量：

其中，DisCompValue(TAmb,TTar,Dis)为测量温度补偿量；Dis为红外测温设备与标定黑体靶面之间的估算距离，CalDis为校温距离；DisMax和DisMin分别为红外测温设备测温距离范围的最大值和最小值；ai为拟合系数。

优选的，第一条件的范围小于第二条件的范围。

还提供一种红外测温系统，其包括：

第一存储单元，其存储有距离-黑体靶面像素个数的对应关系；

标定黑体靶面像素确定单元，其用于从红外测温设备在当前标定距离下获取的标定黑体靶面图像中确定标定黑体靶面像素个数CurPixelNum；

标定黑体靶面像素数量校正单元，其用于对所述标定黑体靶面像素个数CurPixelNum进行校正，以获取校正像素个数CurLookUpTable；

估算距离获取单元，其连接所述第一存储单元，用于根据所述校正像素个数CurLookUpTable从距离-黑体靶面像素个数的对应关系中获取所述校正像素个数CurLookUpTable对应的距离，此距离即为红外测温设备与标定黑体靶面之间的估算距离；

第二存储单元，其用于通过拟合获得某一环温TAmb、某一测量温度TTar下，在某一测温距离范围内的温度衰减总量f(TAmb,TTar)；

测量温度补偿量获取单元，其用于根据当红外测温设备的测温距离获取与该测温距离对应的测量温度补偿量；

实际测温温度获取单元，其连接所述估算距离获取单元、测量温度补偿量获取单元，用于根据红外测温设备与标定黑体靶面之间的估算距离确定该估算距离下的测温温度补偿量，并根据所述测温温度补偿量获取实际测温温度。

与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：

本发明可通过预先建立的距离与黑体靶面像素个数之间的对应关系对标定黑体靶面像素个数进行校正，最后根据校正后的像素个数，直接从距离与黑体靶面像素个数之间的对应关系中快速查询获取红外测温设备与标定黑体之间的估算距离，以充分保证黑体靶面估算距离的合理性与精度；进一步的，在充分考虑环温、测温距离对测温温度衰减的影响下，对测温温度进行补偿校准，以大幅提高测温精度。

附图说明

图1为本发明红外测温方法的步骤流程图；

图2为本发明获取红外测温设备与标定黑体靶面之间的估算距离的步骤流程图；

图3为本发明距离-黑体靶面像素个数的对应关系图；

图4为本发明红外测温系统的结构示意图。

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。

实施例1：

本实施例提供了一种红外测温方法，如图1所示，其包括如下步骤：

对红外测温设备与标定黑体之间的标定距离进行校正，以获取红外测温设备与标定黑体靶面之间的估算距离；

获取红外测温设备在不同固定环温、不同测温距离下对于不同温度标定黑体的测温温度补偿量；

根据红外测温设备与标定黑体靶面之间的估算距离以及对应的测温温度补偿量对红外测温设备的当前测温温度进行校准，以获得实际测温温度。

其中，如图2所示，“对红外测温设备与标定黑体之间的标定距离进行校正，以获取红外测温设备与标定黑体靶面之间的估算距离”包括如下步骤：

S1、红外测温设备(如红外热像仪等)在若干距离下获取若干黑体靶面图像，且确定每一黑体靶面图像中黑体靶面像素的个数，并建立距离-黑体靶面像素个数的对应关系，所述对应关系可以表格、曲线等形式表现；

其中，根据红外测温设备所对应的测温范围选择相应温度的黑体，根据红外测温设备所对应的测温距离选择相应的距离，例如，红外测温设备所对应的测温距离为2～4.5m，可以在距离2.0m、2.5m、3.0m、3.5m、4.0m、4.5m处对应获取1个黑体靶面图像，进一步统计每一黑体靶面图像中黑体靶面像素的个数，统计结果如表1所示；

表1距离与黑体靶面像素个数对应表

进一步的，根据上述表1数据拟合曲线(如图3所示)，以建立距离-黑体靶面像素个数的对应关系；

S2、红外测温设备在校温距离CalDis(如3m)下获取校温黑体靶面图像，并基于图像分割法等方式从该校温黑体靶面图像中确定校温黑体靶面像素个数CalPixelNum；其中，所述校温距离CalDis根据红外测温设备的测温要求和镜头参数等确定；

其中，校温距离CalDis可以为红外测温设备的测温距离范围的中间值，以兼顾测温距离最大值和测温距离最小值；

S3、红外测温设备在当前标定距离(例如2.5m)下获取标定黑体靶面图像，并基于图像分割法等方式从该标定黑体靶面校温图像中确定标定黑体靶面像素个数CurPixelNum，其中，所述标定距离可通过激光测距等工具确定；且按照公式(1)对所述标定黑体靶面像素个数CurPixelNum进行校正，以获取校正像素个数CurLookUpTable：

其中，CalDisTablePixelNum表示根据所述距离-黑体靶面像素个数的对应关系获取的校温距离下的标定黑体靶面像素个数；

前述的距离-黑体靶面像素个数的对应关系是基于某一批次或某个红外测温设备得到的，在实际生产过程中，每个红外测温设备的结构、装配、镜头等方面会存在差异，该差异会导致不同红外测温设备所获取到的同一个目标被测物的像素个数有所不同，从而影响查表的准确性；由此，通过前述公司(1)可以对实测得到的黑体靶面像素个数进行校正，以消除由于生产装配、镜头等方面的差异引起的像素测量误差，以提高准确性；

以及S4、根据所述校正像素个数CurLookUpTable从距离-黑体靶面像素个数的对应关系中获取所述校正像素个数CurLookUpTable对应的距离，此距离即为红外测温设备与标定黑体靶面之间的估算距离(例如2.48m)。

在测温环境条件相对稳定的情况下，固定距离下红外图像中的黑体靶面像素个数基本保持不变，由此，本实施例中先通过建立距离与黑体靶面像素个数之间的对应关系，然后对标定黑体靶面像素个数进行校正，最后根据校正后的像素个数，直接从距离与黑体靶面像素个数之间的对应关系中查询即可获取红外测温设备与标定黑体之间的估算距离，该估算距离是通过对红外测温设备与标定黑体之间标定距离进行校正获得，其可以更为精确的反映出两者之间的实际标定距离，其方法操作简单，且能充分保证黑体靶面估算距离的合理性与精度。

实施例2：

本实施例与实施例1的不同之处仅在于，实施例1中通过距离-黑体靶面像素个数的对应关系获取的红外测温设备与黑体靶面之间的距离有±0.3m的误差，且红外测温设备的测量温度不仅与红外测温设备与黑体靶面之间的距离有关，还与测温目标温度、当前环境温度(即环温)有关，例如，若测温目标温度高于环温，随着距离增加，测量温度变低；反之，若测温目标温度低于环温，随着距离增加，测量温度反而升高；而当测温目标温度固定时，环温越低，随距离衰减越大，反之越小。

因此，在获取上述实施例1中的估算距离后，还需要考虑环温对测量温度的影响，由此，本实施例中“获取红外测温设备在不同固定环温、不同测温距离下对于不同温度标定黑体的测温温度补偿量”的过程包括如下步骤：

S10、采集红外测温设备在不同环温、不同测温距离(可以预先设置，且可与实施例1中的标定距离、估算距离不同)下，针对不同温度黑体的测量温度，并建立测量温度在不同环温、不同测温距离下的衰减关系，所述衰减关系可以表格、曲线等形式表现；

例如，本实施例中在2.0m、2.5m、3.0m、3.5m、4.0m、4.5m处分别获取环温20℃、25℃、32℃下32℃、42℃和45℃黑体的测量温度，获得如表2所示的环温、距离以及测量温度的统计结果；

表2环温、测温距离以及测量温度的统计结果

进一步的，使用Matlab对表2所示的环温、测温距离以及测量温度的统计结果进行拟合，以获得测量温度TTar在不同环温TAmb、不同测温距离下的衰减关系；

优选的，本实施例中使用Matlab曲线拟合工具cftool、按照公式(2)进行多项式拟合，由此获得上述测量温度TTar在不同环温TAmb、不同测温距离下的衰减关系，且产生的拟合误差最小：

其中，f(TAmb,TTar)表示在某一环温TAmb、某一测量温度TTar下，在某一测温距离范围内(如2-4.5m)的温度衰减总量；且p00、p01、p02、p10、p11、p20均为拟合系数，且均通过拟合得到；

S11、在某一环温下，测量温度TTar随测温距离的衰减基本为线性，因此需要对所述测量温度在不同环温、不同测温距离下的衰减关系中，对某一环温下、某一测温距离下获取的测量温度TTar进行补偿，以获取在该环温、该测温距离下对应的测量温度补偿量；

在可选的实施例中，本步骤中，当红外测温设备的测温距离满足第一条件时，根据公式(3)获取测量温度补偿量：

当红外测温设备的测温距离满足第二条件时，根据公式(4)获取测量温度补偿量：

其中，DisCompValue(TAmb,TTar,Dis)为测量温度补偿量；Dis为红外测温设备与标定黑体靶面之间的估算距离，CalDis为校温距离，n代表拟合次数，DisMax和DisMin分别为红外测温设备测温距离范围的最大值(如4.5m)和最小值(如2.0m)；ai、n为拟合系数；在实际开发、测试阶段可以根据补偿误差(补偿误差指的是补偿后的温度与黑体温度)确定拟合次数n和拟合系数ai，且一般红外测温设备出厂之后，拟合次数n和拟合系数ai即为定值；同时，所述第一条件的范围小于第二条件的范围，如本实施例中，第一条件为2-4.5m，第二条件为1-10m。

当红外测温设备的测温距离满足第一条件时，测温距离范围较窄，使用一次拟合(如公式(3)所示)即可以满足测温精度，若测温距离范围较大(如测温距离满足第二条件)，如1-10m，此时使用一次拟合可能无法满足测温精度，因此可采用多次拟合的方式(如公式(4)所示)获取测量温度补偿量，由此，可根据测温距离的不同灵活选择拟合方式，以减少测量温度补偿量的运算量，优化拟合过程，提高效率；

根据步骤S11获取的某一环温、某一测温距离下的对应温度补偿量结果如表3所示。

表3温度补偿量计算结果

从表3可以看出，某一固定环温、不同测温距离下的温度补偿量基本在±0.2℃以内，且最大校正误差为0.25℃，说明测量温度的校准精度很高。

在此基础上，在环温固定，且红外测温设备与标定黑体靶面之间的估算距离已知的前提下，可通过查找等方式确定该环温、该估算距离下的测温温度补偿量，如当前环温25℃，红外测温设备与标定黑体靶面之间的估算距离为3.5m，此时的测温温度补偿量为0.08℃，进一步的，此时红外测温设备获取的测温温度为40.5℃，则实际测温温度即为40.58℃(即测温温度为40.5℃+测温温度补偿量为0.08℃)。

实施例3：

本实施例提供了一种用于实现实施例1或2中所述红外测温方法的红外测温系统，如图4所示，其包括：

第一存储单元1，其存储有所述距离-黑体靶面像素个数的对应关系；

标定黑体靶面像素确定单元2，其用于从红外测温设备在当前标定距离(例如2.5m)下获取的标定黑体靶面图像中确定标定黑体靶面像素个数CurPixelNum；

标定黑体靶面像素数量校正单元3，其用于根据按照公式(1)对所述标定黑体靶面像素个数CurPixelNum进行校正，以获取校正像素个数CurLookUpTable；

估算距离获取单元4，其连接所述第一存储单元1，用于根据所述校正像素个数CurLookUpTable从距离-黑体靶面像素个数的对应关系中获取所述校正像素个数CurLookUpTable对应的距离，此距离即为红外测温设备与标定黑体靶面之间的估算距离；

第二存储单元5，其用于对红外测温设备在不同环温、不同测温距离下获取的不同温度黑体的测量温度进行拟合，以建立测量温度在不同环温、不同测温距离下的衰减关系；

测量温度补偿量获取单元6，其用于根据当红外测温设备的测温距离获取与该测温距离对应的测量温度补偿量，其过程包括：满足第一条件时，根据公式(3)获取测量温度补偿量；当红外测温设备的测温距离满足第二条件时，根据公式(4)获取测量温度补偿量；

实际测温温度获取单元7，其连接所述估算距离获取单元4、测量温度补偿量获取单元6，用于根据红外测温设备与标定黑体靶面之间的估算距离确定该估算距离下的测温温度补偿量，并根据所述测温温度补偿量获取实际测温温度。

综上所述，本发明操作简单，可在测温环境条件相对稳定的情况下，通过预先建立的距离与黑体靶面像素个数之间的对应关系对标定黑体靶面像素个数进行校正，最后根据校正后的像素个数，直接从距离与黑体靶面像素个数之间的对应关系中快速查询获取红外测温设备与标定黑体之间的估算距离，以充分保证黑体靶面估算距离的合理性与精度；进一步的，在充分考虑环温、测温距离对测温温度衰减的影响下，对测温温度进行补偿校准，以大幅提高测温精度。

需要说明的是，上述实施例1至3中的技术特征可进行任意组合，且组合而成的技术方案均属于本申请的保护范围。且在本文中，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种红外测温方法，其特征在于，包括如下步骤：

对红外测温设备与标定黑体之间的标定距离进行校正，以获取红外测温设备与标定黑体靶面之间的估算距离；具体包括：红外测温设备在若干距离下获取若干黑体靶面图像，且确定黑体靶面图像中黑体靶面像素的个数，建立距离-黑体靶面像素个数的对应关系；红外测温设备在当前标定距离下获取标定黑体靶面图像，并从标定黑体靶面图像中确定标定黑体靶面像素个数CurPixelNum；且对所述标定黑体靶面像素个数CurPixelNum进行校正，以获取校正像素个数CurLookUpTable；根据所述校正像素个数CurLookUpTable从距离-黑体靶面像素个数的对应关系中获取到红外测温设备与标定黑体靶面之间的估算距离；

获取红外测温设备在不同固定环温、不同测温距离下对于不同温度标定黑体的测量温度补偿量公式；

根据红外测温设备与标定黑体靶面之间的估算距离以及对应的测量温度补偿量对红外测温设备的当前测温温度进行校准，以获得实际测温温度；

对所述标定黑体靶面像素个数CurPixelNum进行校正，以获取校正像素个数CurLookUpTable包括：

红外测温设备在校温距离下获取校温黑体靶面图像，并从该校温黑体靶面图像中确定校温黑体靶面像素个数CalPixelNum；

按照下述公式获取校正像素个数CurLookUpTable：

其中，CalDisTablePixelNum表示根据所述距离-黑体靶面像素个数的对应关系获取的校温距离下的黑体靶面像素个数，校温距离为红外测温设备的测温距离范围的中间值。

2.如权利要求1所述的红外测温方法，其特征在于，“获取红外测温设备在不同固定环温、不同测温距离下对于不同温度标定黑体的测量温度补偿量公式”的过程包括如下步骤：

采集红外测温设备在不同环温、不同测温距离下，针对不同温度黑体的测量温度，通过拟合获得某一环温TAmb、某一测量温度TTar下，在某一测温距离范围内的温度衰减总量f(TAmb,TTar)：

其中，p00、p01、p02、p10、p11、p20均为拟合系数，且均通过拟合得到；

当红外测温设备的测温距离满足第一条件时，根据下列公式获取测量温度补偿量：

其中，DisCompValue(TAmb,TTar,Dis)为测量温度补偿量；Dis为红外测温设备与标定黑体靶面之间的估算距离，CalDis为校温距离；DisMax和DisMin分别为红外测温设备测温距离范围的最大值和最小值；

当红外测温设备的测温距离不满足第一条件，但满足第二条件，且所述第一条件的范围小于第二条件的范围时，根据下列公式获取测量温度补偿量：

其中，DisCompValue(TAmb,TTar,Dis)为测量温度补偿量；Dis为红外测温设备与标定黑体靶面之间的估算距离，CalDis为校温距离；DisMax和DisMin分别为红外测温设备测温距离范围的最大值和最小值；ai、n为拟合系数。

3.一种用于实现权利要求2所述红外测温方法的红外测温系统，其特征在于，包括：

第一存储单元，其存储有距离-黑体靶面像素个数的对应关系；

标定黑体靶面像素确定单元，其用于从红外测温设备在当前标定距离下获取的标定黑体靶面图像中确定标定黑体靶面像素个数CurPixelNum；

标定黑体靶面像素数量校正单元，其用于对所述标定黑体靶面像素个数CurPixelNum进行校正，以获取校正像素个数CurLookUpTable，所述校正像素个数CurLookUpTable通过下述公式(1)获得：

其中，CalDisTablePixelNum表示根据所述距离-黑体靶面像素个数的对应关系获取的校温距离下的黑体靶面像素个数；

估算距离获取单元，其连接所述第一存储单元，用于根据所述校正像素个数CurLookUpTable从距离-黑体靶面像素个数的对应关系中获取所述校正像素个数CurLookUpTable对应的距离，此距离即为红外测温设备与标定黑体靶面之间的估算距离；

第二存储单元，其用于通过拟合获得某一环温TAmb、某一测量温度TTar下，在某一测温距离范围内的温度衰减总量f(TAmb,TTar)；

测量温度补偿量获取单元，其用于根据当红外测温设备的测温距离获取与该测温距离对应的测量温度补偿量；

实际测温温度获取单元，其连接所述估算距离获取单元、测量温度补偿量获取单元，用于根据红外测温设备与标定黑体靶面之间的估算距离确定该估算距离下的测量温度补偿量，并根据所述测量温度补偿量获取实际测温温度。

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