CN115790866A - 基于辐射自校准的火焰温度测量方法、装置、设备及介质 - Google Patents

基于辐射自校准的火焰温度测量方法、装置、设备及介质 Download PDF

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CN115790866A CN202211588646.7A CN202211588646A CN115790866A CN 115790866 A CN115790866 A CN 115790866A CN 202211588646 A CN202211588646 A CN 202211588646A CN 115790866 A CN115790866 A CN 115790866A
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张英
申雪皎
余飞扬
唐凯旋
毛斌斌
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Abstract

本发明提供了一种基于辐射自校准的火焰温度测量方法、装置、设备及介质，其方法包括：基于内置彩色条纹滤光片的相机获取在不同温度下校准温度源的彩色图像，并提取红绿通道像素值；基于相机的辐射自校准获取相机的动态范围响应曲线；基于红绿通道像素值和动态范围响应曲线获取彩色图像的红绿通道辐照度值；基于双色测温法结合彩色图像对应的真实温度与红绿通道辐照度值计算得到相机仪器因子；基于所述相机获取火焰图像，确定火焰图像的红绿通道辐照度值，基于双色测温法并结合火焰图像的红绿通道辐照度值以及相机仪器因子，得到火焰图像各像素点的火焰温度分布。本发明提供的基于辐射自校准的火焰温度测量方法能兼顾测量成本、便捷性及准确性。

Description

基于辐射自校准的火焰温度测量方法、装置、设备及介质
技术领域
本发明涉及火焰温度测量技术领域，具体涉及一种基于辐射自校准的火焰温度测量方法、装置、设备及介质。
背景技术
燃烧火焰广泛存在于诸如金属冶炼、军工航空、能源动力、化学生产等各种工业过程中。许多工程技术对温度控制和火焰燃烧有着较高的要求，同时，火焰的温度直接影响着火焰的高度、宽度、种类等火焰特性，它是与燃烧装置的性能密切相关的火焰最为重要的特性参数之一。行各业的需求推动着火焰燃烧诊断技术的发展，特别是火焰温度诊断技术。
为了对火焰温度进行测量和监测，过去已经发展了许多测量火焰温度的技术，可以分为侵入式和非侵入式测量两大类。侵入式测量如使用物理探针(如热电偶、电阻温度计和充气探针)的接触测量方法易于实现，但存在明显的缺点：获得的温度数据均有限，无法完全复现火焰温度场的全貌；高温火焰对材料熔点的要求使得其测量范围有限；探针与火焰接触时产生的物理、化学反应对火焰燃烧状况造成干扰，影响火焰流场和测量准确性。非侵入式测量不受此限制，常用的非侵入式技术包括红外高温计、基于激光的技术和声学方法等，但其使用成本高昂且使用条件受限较大。而利用高光谱图像和系统的测温方式，需要多台不同成像波段的高光谱相机、分光镜或液晶可调谐滤波片来构建复杂的测温系统。利用光场相机和分层成像技术的测量方法所需成像系统光路要求高，分层成像算法复杂。而基于图像的双色测温法，目前已有的利用窄带滤光片的双色测温法，需要更换滤光片并多次拍摄。基于双光路结构来获得不同波长下的单色辐射强度的双色测温法，需要搭建双光路结构，光路要求高，成像系统复杂。以上技术都需要搭建复杂的测温成像系统，对相机和光路具有额外的要求，成本高，设计复杂。此外，已开发的基于火焰图片的像素强度比进行的双色温度测量，该方法仅利用图像的灰度输出计算温度，忽略了图像像素强度与火焰辐射强度间的关系，增加了测温误差。
综上，现有技术中对火焰温度测量无法兼顾测量成本、测量便捷性及测量的准确性。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种基于辐射自校准的火焰温度测量方法、装置、设备及介质，解决现有技术中对火焰温度测量无法兼顾测量成本、测量便捷性及测量准确性的技术问题。
为了解决上述技术问题，一方面，本发明提供了一种基于辐射自校准的火焰温度测量方法，包括：
基于内置彩色条纹滤光片的相机获取在不同温度下校准温度源的彩色图像，提取所述彩色图像的红绿通道像素值；
基于相机的辐射自校准确定所述相机的相机响应函数，通过所述相机响应函数获取相机的动态范围响应曲线；
基于所述彩色图像的红绿通道像素值和动态范围响应曲线获取所述彩色图像的红绿通道辐照度值；
基于双色测温法结合所述彩色图像对应的校准温度源的真实温度与红绿通道辐照度值计算得到相机仪器因子；
基于所述相机获取火焰图像，根据所述火焰图像的红绿通道像素值及动态范围响应曲线确定火焰图像的红绿通道辐照度值，基于双色测温法并结合所述火焰图像的红绿通道辐照度值以及相机仪器因子，得到所述火焰图像各像素点的火焰温度分布。
在一些可能实现的方式中，所述基于内置彩色条纹滤光片的相机获取校准温度源的彩色图像，提取所述彩色图像的红绿通道像素值，包括：
在所述相机的传感器表面涂设拜尔模式彩色滤光片阵列，所述拜尔模式彩色滤光片阵列包括红、绿、蓝三个不同颜色的过滤器；
基于所述涂设拜尔模式彩色滤光片阵列的相机将获取的校准温度源的图像以RAW模式储存后转化为RGB彩色图像；
通过所述彩色图像提取红色通道和绿色通道的像素值。
在一些可能实现的方式中，所述基于所述相机的辐射自校准确定相机响应函数，通过所述相机响应函数获取相机的动态范围响应曲线，包括：
使用所述相机获取同一静态场景的多张不同曝光量的图像；
基于成像系统的光学互易性，利用所述多张不同曝光时间的图像使用奇异值分解求解图像的数字像素强度与曝光量之间的相机响应函数；
通过所述相机响应函数获取相机的动态范围响应曲线，所述动态范围响应曲线反映目标辐射度与像素强度之间的关系。
在一些可能实现的方式中，所述基于所述彩色图像的红绿通道像素值和动态范围响应曲线获取所述彩色图像的红绿通道辐照度值，包括：
根据所述彩色图像的红绿通道像素值获取其在动态范围响应曲线中对应的红绿通道曝光量；
利用所述红绿通道曝光量除以彩色图像对应的曝光时间，得到所述彩色图像的红绿通道辐照度值。
在一些可能实现的方式中，得到所述彩色图像对应的校准温度源的真实温度，包括：
获取所述不同温度下校准温度源的彩色图像对应的亮温与发射率，根据所述校准温度源的亮温与发射率确定校准温度源的真实温度，得到所述彩色图像对应的校准温度源的真实温度。
在一些可能实现的方式中，所述基于双色测温法结合所述彩色图像对应的校准温度源的真实温度与红绿通道辐照度值计算得到相机仪器因子，包括：
基于普朗克辐射定律和所述发射率确定所述彩色图像的单色辐射功率与校准温度源的真实温度的关系，所述单色辐射功率包括红色通道中心波长下的单色辐射功率和绿色通道中心波长下的单色辐射功率；
基于近轴几何光学和所述单色辐射功率与校准温度源的真实温度的关系，将所述红绿通道的辐照度值相比得到红绿通道的辐照度比值，基于所述红绿通道的辐照度比值得到所述校准温度源的真实温度下的双色测温公式；
根据所述双色测温公式、红绿通道的辐照度比值及校准温度源的真实温度计算得到所述相机仪器因子。
在一些可能实现的方式中，所述基于双色测温法并结合所述火焰图像的红绿通道辐照度值以及相机仪器因子，得到所述火焰图像各像素点的火焰温度分布，包括：
根据所述火焰图像的红绿通道辐照度值获取火焰图像的红色和绿色通道的辐照度比值；
将所述相机仪器因子和火焰图像的红色和绿色通道的辐照度比值代入所述双色测温公式，计算得到所述火焰图像各像素点的火焰温度分布。
另一方面，本发明还提供了一种基于辐射自校准的火焰温度测量装置，包括：
图像获取模块，用于基于内置彩色条纹滤光片的相机获取在不同温度下校准温度源的彩色图像，提取所述彩色图像的红绿通道像素值；
响应关联模块，用于基于相机的辐射自校准确定所述相机的相机响应函数，通过所述相机响应函数获取相机的动态范围响应曲线；
辐值计算模块，用于基于所述彩色图像的红绿通道像素值和动态范围响应曲线获取所述彩色图像的红绿通道辐照度值；
关系构建模块，用于基于双色测温法结合所述彩色图像对应的校准温度源的真实温度与红绿通道辐照度值计算得到相机仪器因子；
目标测量模块，用于基于所述相机获取火焰图像，根据所述火焰图像的红绿通道像素值及动态范围响应曲线确定火焰图像的红绿通道辐照度值，基于双色测温法并结合所述火焰图像的红绿通道辐照度值以及相机仪器因子，得到所述火焰图像各像素点的火焰温度分布。
另一方面，本发明还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时，实现上述实现方式中所述的基于辐射自校准的火焰温度测量方法。
最后，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时，实现上述实现方式中所述的基于辐射自校准的火焰温度测量方法。
采用上述实施例的有益效果是：本发明提供的基于辐射自校准的火焰温度测量方法，一方面，利用内置彩色条纹滤光片的彩色相机，结合相机动态范围响应曲线和彩色图片的红绿通道数据进行温度测量，避免了通过图像灰度输出计算温度值的误差；另一方面，通过校准温度源获取相机因子，再根据相机因子及拍摄火焰图像的红绿通道辐照度比值确定火焰图像的火焰温度分布，简化了为了获取单色辐照强度而利用窄带滤光片或多光路设置以及高光谱测量或光场测量所需的复杂系统；本发明提供的基于辐射自校准的火焰温度测量方法仅需使用测量相机和校准温度源得到相机因子，然后通过相机获取火焰图像基于求得的相机因子结合双色测温法便能得到火焰图像的温度分布，具有低成本、高便捷性的特点；通过结合相机动态范围响应曲线和彩色图片的红绿通道数据进行温度测量，避免了通过图像灰度输出计算温度值的误差，提高了测量的准确性；因此本发明提供的基于辐射自校准的火焰温度测量方法能够兼顾测量成本、测量便捷性及测量的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中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为本发明提供的基于辐射自校准的火焰温度测量方法一实施例的流程示意图；
图2为本发明提供的图1中步骤S104一实施例的流程示意图；
图3为本发明提供的钨丝灯的电流与亮温的关系一实施例的示意图；
图4为本发明提供的基于辐射自校准的火焰温度测量装置一实施例的流程示意图；
图5为本发明提供的电子设备一实施例的结构示意图。
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。
应当理解，示意性的附图并未按实物比例绘制。本发明中使用的流程图示出了根据本发明的一些实施例实现的操作。应当理解，流程图的操作可以不按顺序实现，没有逻辑的上下文关系的步骤可以反转顺序或者同时实施。此外，本领域技术人员在本发明内容的指引下，可以向流程图添加一个或多个其他操作，也可以从流程图中移除一个或多个操作。
附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器系统和/或微控制器系统中实现这些功能实体。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
在实施例描述之前，对相关词语进行释义：
表面发射率：物体表面发射率描述的是物体辐射能量的能力。定义为，这个物体辐射能量的值A与同温度下黑体的辐射能量值B的比值：发射率＝A/B，所以这个值为0-1之间。
辐射照度：辐射照度表征了受辐射能照射的表面上，单位面积单位时间内接收的辐射能的多少，即受照面上的辐射通量密度。
亮度温度：亮度温度是指和被测物体具有相同辐射强度的黑体所具有的温度，或者说物体在同一波长下的光谱辐射强度与黑体光谱辐射强度相等时的黑体温度。
真实温度：真实温度是指物体本身的温度，亮度温度通常低于物体的真实温度。
基于上述技术名词的描述，现有技术中对火焰温度进行测量和监测，分为侵入式和非侵入式测量两大类，使用物理探针(如热电偶、电阻温度计和充气探针)的接触测量方法易于实现，但存在明显的缺点：获得的温度数据均有限，无法完全复现火焰温度场的全貌；高温火焰对材料熔点的要求使得其测量范围有限；探针与火焰接触时产生的物理、化学反应对火焰燃烧状况造成干扰，影响火焰流场和测量准确性。非侵入式测量不受此限制，常用的非侵入式技术包括红外高温计、基于激光的技术和声学方法。红外高温计基于检测红外光谱中的热辐射，该系统需要了解物体的发射率，此外，红外光谱的使用需要考虑受限空间(如燃烧室)中火焰温度的情况下壁反射的影响。基于激光的技术，如瑞利散射法，需要在检测温度的小控制体积中了解压力和气体成分，此外，所需的巨额投资和复杂的设置都限制了该技术在学术研究机构中的应用。近年来，基于图像的测温方式随着电子元件和计算机技术的发展而发展。诸如基于高光谱图像的动态火焰测量方法、基于光场相机的测温方法、构建双光路系统的测温方法等。基于图像的测温法作为近年来发展的非侵入式测量技术，避免了侵入式测温的缺点。同时，与红外测温相比，不需要确切的物体发射率同时不受壁反射影响。与基于激光的测温技术相比，基于相机传感器的系统设置更加简单和经济，不需要提供压力和气体成分。
而利用高光谱图像和系统的测温方式，需要多台不同成像波段的高光谱相机、分光镜或液晶可调谐滤波片来构建复杂的测温系统。利用光场相机和分层成像技术的测量方法所需成像系统光路要求高，分层成像算法复杂。而基于图像的双色测温法，目前已有的利用窄带滤光片的双色测温法，需要更换滤光片并多次拍摄。基于双光路结构来获得不同波长下的单色辐射强度的双色测温法，需要搭建双光路结构，光路要求高，成像系统复杂。以上技术都需要搭建复杂的测温成像系统，对相机和光路具有额外的要求，成本高，设计复杂。此外，已开发的基于火焰图片的像素强度比进行的双色温度测量，该方法仅利用图像的灰度输出计算温度，忽略了图像像素强度与火焰辐射强度间的关系，增加了测温误差。
本方发明旨在提出一种能够兼顾测量成本、测量便捷性及测量的准确性的火焰温度测量方法。
以下分别对具体实施例进行详细说明，需说明的是，以下实施例的描述顺序不作为对实施例优选顺序的限定。
本发明实施例提供了一种基于辐射自校准的火焰温度测量方法、装置、设备及介质。
如图1所示，图1为本发明提供的基于辐射自校准的火焰温度测量方法一实施例的流程示意图，该基于辐射自校准的火焰温度测量方法包括：
S101、基于内置彩色条纹滤光片的相机获取在不同温度下校准温度源的彩色图像，提取所述彩色图像的红绿通道像素值；
S102、基于相机的辐射自校准确定所述相机的相机响应函数，通过所述相机响应函数获取相机的动态范围响应曲线；
S103、基于所述彩色图像的红绿通道像素值和动态范围响应曲线获取所述彩色图像的红绿通道辐照度值；
S104、基于双色测温法结合所述彩色图像对应的校准温度源的真实温度与红绿通道辐照度值计算得到相机仪器因子；
S105、基于所述相机获取火焰图像，根据所述火焰图像的红绿通道像素值及动态范围响应曲线确定火焰图像的红绿通道辐照度值，基于双色测温法并结合所述火焰图像的红绿通道辐照度值以及相机仪器因子，得到所述火焰图像各像素点的火焰温度分布。
与现有技术相比，本发明实施例提供的基于辐射自校准的火焰温度测量方法，一方面，利用内置彩色条纹滤光片的彩色相机，结合相机动态范围响应曲线和彩色图片的红绿通道数据进行温度测量，避免了通过图像灰度输出计算温度值的误差；另一方面，通过校准温度源获取相机因子，再根据相机因子及拍摄火焰图像的红绿通道辐照度比值确定火焰图像的火焰温度分布，简化了为了获取单色辐照强度而利用窄带滤光片或多光路设置以及高光谱测量或光场测量所需的复杂系统；本发明提供的基于辐射自校准的火焰温度测量方法仅需使用测量相机和校准温度源得到相机因子，然后通过相机获取火焰图像基于求得的相机因子结合双色测温法便能得到火焰图像的温度分布，具有低成本、高便捷性的特点；通过结合相机动态范围响应曲线和彩色图片的红绿通道数据进行温度测量，避免了通过图像灰度输出计算温度值的误差，提高了测量的准确性；因此本发明提供的基于辐射自校准的火焰温度测量方法能够兼顾测量成本、测量便捷性及测量的准确性。
需要说明的是，本发明实施例中使用的校准温度源为已知发射率的校准后的钨丝灯，可以改变通过钨丝灯的电流，拍摄不同温度下的钨丝灯照片。
可选的，在本发明的一些实施例中，在步骤S101中，
在所述相机的传感器表面涂设拜尔模式彩色滤光片阵列，所述拜尔模式彩色滤光片阵列包括红、绿、蓝三个不同颜色的过滤器；
基于所述涂设拜尔模式彩色滤光片阵列的相机将获取的校准温度源的图像以RAW模式储存后转化为RGB彩色图像；
通过所述彩色图像提取红色通道和绿色通道的像素值。
在本发明具体的实施例中，采用传感器表面涂有拜尔模式彩色滤光片阵列的相机，它由2×2的方形像素的重复单元组成，包括红(R)、绿(G)、蓝(B)三个不同颜色过滤器，它们选择性地只允许特定颜色地辐射到达传感器。
拍摄在不同温度下校准温度源的图像，相机以RAW模式储存图像，消除白平衡和伽马校正，将RAW格式存储的图像转换为在RGB彩色系统中以每个通道8位表示方法存储的彩色图像，通过彩色图像提取红色通道和绿色通道的像素值。
本发明实施例通过使用RAW模式储存图像，达到消除白平衡和伽马校正的效果，提升图像成像质量，保障图像的后续处理计算的精度。
可选的，在本发明的一些实施例中，步骤S102包括：使用所述相机获取同一静态场景的多张不同曝光量的图像；
基于成像系统的光学互易性，利用所述多张不同曝光时间的图像使用奇异值分解求解图像的数字像素强度与曝光量之间的相机响应函数；
通过所述相机响应函数获取相机的动态范围响应曲线，所述动态范围响应曲线反映目标辐射度与像素强度之间的关系。
在本方发明具体的实施例中，使用所述相机对同一静态场景拍摄多张曝光时间不同的照片，基于成像系统的光学互易性，图像的像素强度是曝光的函数，定义函数单调，取对数使方程线性化并引入平滑项后，对每张图片的相同位置取N个像素点，利用奇异值分解求解相机响应函数，再通过所述相机响应函数获取相机的动态范围响应曲线，动态响应曲线x轴为(ln曝光值)(曝光值＝辐照度值E*Δt)，y轴为像素强度。
可选的，在本发明的一些实施例中，步骤S103包括：根据所述彩色图像的红绿通道像素值获取其在动态范围响应曲线中对应的红绿通道曝光量；
利用所述红绿通道曝光量除以彩色图像对应的曝光时间，得到所述彩色图像的红绿通道辐照度值。
在本发明具体的实施例中，通过动态范围响应曲线，建立数字像素强度与曝光量之间的查找表，根据彩色图像的红绿通道像素值，查找对应红绿通道曝光量，用曝光量除以相机曝光时间，得到彩色图像的红绿通道辐照度值。
可选的，在本发明的一些实施例中，在步骤S104中，通过获取所述不同温度下校准温度源的彩色图像对应的亮温与发射率，根据所述校准温度源的亮温与发射率确定校准温度源的真实温度，得到所述彩色图像对应的校准温度源的真实温度。
如图2所示，图2为本发明提供的图1中步骤S104一实施例的流程示意图，步骤S104包括：
S201、基于普朗克辐射定律和所述发射率确定所述彩色图像的单色辐射功率与校准温度源的真实温度的关系，所述单色辐射功率包括红色通道中心波长下的单色辐射功率和绿色通道中心波长下的单色辐射功率；
S202、基于近轴几何光学和所述单色辐射功率与校准温度源的真实温度的关系，将所述红绿通道的辐照度值相比得到红绿通道的辐照度比值，基于所述红绿通道的辐照度比值得到所述校准温度源的真实温度下的双色测温公式；
S203、根据所述双色测温公的辐照度比值及校准温度源的真实温度计算得到所述相机仪器因子。
在本发明具体的实施例中，使用的校准温度源为已知发射率的校准后的钨丝灯，制造商提供了校准后的钨丝灯的电流与亮温的关系，如图3所示，图3为本发明提供的钨丝灯的电流与亮温的关系一实施例的示意图。改变通过钨丝灯的电流，拍摄不同电流时的钨丝灯图片。真实温度T与亮度温度Tb之间的相关性可以视为钨丝灯发射率ελ的函数，可表示为：
Figure BDA0003981371000000121
钨丝灯的发射率ελ(λ，T)为波长λ和真温T的函数：
ελ(λ，T)＝0.4655+0.01558λ+0.2675×10-4T-0.7305×10-4λT (2)
基于选定的红绿波长，根据公式(1)和公式(2)可以计算与钨丝灯亮温相对应的真实温度及发射率。
基于普朗克辐射定律和真实表面发射率ελ构建单色辐射功率Iλ，T与真实温度T的关系式，当λ＜＜C2时，进行维恩近似得到单色辐射功率公式：
Figure BDA0003981371000000122
式中C1为第一辐射常数，C2为第二辐射常数。
在近轴几何光学中，根据光学系统透光率KT，λ、相对孔径
Figure BDA0003981371000000126
光谱响应Sλ和单色辐射功率Iλ，T得到辐照度值Ei(λ，T)：
Figure BDA0003981371000000124
结合公式(3)和(4)，将红绿波长下的辐照度值相比得所述真实温度T的双色测温公式为：
Figure BDA0003981371000000125
式中C2为第二辐射常数1.4388×10-2m·K；λ1为相机红色通道中心波长，λ2为相机绿色通道中心波长；Ei(λ1，T)为相机拍摄的钨丝灯的红色通道像素对应辐照度值，Ei(λ2，T)为钨丝灯绿色通道像素对应辐照度值；
Figure BDA0003981371000000131
为相机仪器因子；
Figure BDA0003981371000000132
为红色通道中心波长下钨丝灯发射率，
Figure BDA0003981371000000133
绿色通道中心波长下钨丝灯发射率。
通过钨丝灯的照片和响应函数获得对应真实温度的红绿通道辐照度值，由每张钨丝灯照片的真实温度和红绿通道辐照度比值计算得到相机仪器因子。
可选的，本发明的一些实施例中，步骤S105包括：根据所述火焰图像的红绿通道辐照度值获取火焰图像的红色和绿色通道的辐照度比值；
将所述相机仪器因子和火焰图像的红色和绿色通道的辐照度比值代入所述双色测温公式，计算得到所述火焰图像各像素点的火焰温度分布。
需要说明的是，步骤S105中获取火焰图像的红绿通道辐照度值以及红色和绿色通道的辐照度比值的采用方法与步骤S101-S104中采用的方法相同，因此不再赘述。
在本发明具体的实施例中，根据火焰图片的红绿通道辐照度比值和通过校准温度源计算得到的相机仪器因子，带入真实温度T的双色测温公式计算得到温度分布：
Figure BDA0003981371000000134
式中Ei(λ1，T)为相机拍摄的火焰图片的红色通道像素对应辐照度值，Ei(λ2，T)为火焰图片绿色通道像素对应辐照度值；选取的红绿通道中心波长足够接近，两个波长下的发射率比值近似为1，因此
Figure BDA0003981371000000135
通过计算得到火焰图像各像素点的火焰温度分布。
本发明实施例利用内置彩色条纹滤光片的彩色相机，结合相机动态范围响应曲线和彩色图片的红绿通道数据进行温度测量，避免了通过图像灰度输出计算温度值的误差，再通过校准温度源获取相机因子，再根据相机因子及拍摄火焰图像的红绿通道辐照度比值确定火焰图像的火焰温度分布，简化了为了获取单色辐照强度而利用窄带滤光片或多光路设置以及高光谱测量或光场测量所需的复杂系统。使得本发明提供的基于辐射自校准的火焰温度测量方法能够兼顾测量成本、测量便捷性及测量的准确性。
为了更好实施本发明实施例中的基于辐射自校准的火焰温度测量方法，在基于辐射自校准的火焰温度测量方法的基础之上，对应的，本发明实施例还提供了一种基于辐射自校准的火焰温度测量装置，如图4所示，基于辐射自校准的火焰温度测量装置400包括：
图像获取模块401，用于基于内置彩色条纹滤光片的相机获取在不同温度下校准温度源的彩色图像，提取所述彩色图像的红绿通道像素值；
响应关联模块402，用于基于相机的辐射自校准确定所述相机的相机响应函数，通过所述相机响应函数获取相机的动态范围响应曲线；
辐值计算模块403，用于基于所述彩色图像的红绿通道像素值和动态范围响应曲线获取所述彩色图像的红绿通道辐照度值；
关系构建模块404，用于基于双色测温法结合所述彩色图像对应的校准温度源的真实温度与红绿通道辐照度值计算得到相机仪器因子；
目标测量模块405，用于基于所述相机获取火焰图像，根据所述火焰图像的红绿通道像素值及动态范围响应曲线确定火焰图像的红绿通道辐照度值，基于双色测温法并结合所述火焰图像的红绿通道辐照度值以及相机仪器因子，得到所述火焰图像各像素点的火焰温度分布。
上述实施例提供的基于辐射自校准的火焰温度测量装置400可实现上述基于辐射自校准的火焰温度测量方法实施例中描述的技术方案，上述各模块或单元具体实现的原理可参见上述基于辐射自校准的火焰温度测量方法实施例中的相应内容，此处不再赘述。
如图5所示，本发明还相应提供了一种电子设备500。该电子设备500包括处理器501、存储器502及显示器503。图5仅示出了电子设备500的部分组件，但是应理解的是，并不要求实施所有示出的组件，可以替代的实施更多或者更少的组件。
处理器501在一些实施例中可以是一中央处理器(Central Processing Unit，CPU)，微处理器或其他数据处理芯片，用于运行存储器502中存储的程序代码或处理数据，例如本发明中的基于辐射自校准的火焰温度测量程序。
在一些实施例中，处理器501可以是单个服务器或服务器组。服务器组可为集中式或分布式的。在一些实施例中，处理器501可为本地的或远程的。在一些实施例中，处理器501可实施于云平台。在一实施例中，云平台可包括私有云、公共云、混合云、社区云、分布式云、内部间、多重云等，或以上的任意组合。
存储器502在一些实施例中可以是电子设备500的内部存储单元，例如电子设备500的硬盘或内存。存储器502在另一些实施例中也可以是电子设备500的外部存储设备，例如电子设备500上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。
进一步地，存储器502还可既包括电子设备500的内部储存单元也包括外部存储设备。存储器502用于存储安装电子设备500的应用软件及各类数据。
显示器503在一些实施例中可以是LED显示器、液晶显示器、触控式液晶显示器以及OLED(Organic Light-Emitting Diode，有机发光二极管)触摸器等。显示器503用于显示在电子设备500的信息以及用于显示可视化的用户界面。电子设备500的部件501-503通过系统总线相互通信。
在一实施例中，当处理器501执行存储器502中的基于辐射自校准的火焰温度测量程序时，可实现以下步骤：
基于内置彩色条纹滤光片的相机获取在不同温度下校准温度源的彩色图像，提取所述彩色图像的红绿通道像素值；
基于相机的辐射自校准确定所述相机的相机响应函数，通过所述相机响应函数获取相机的动态范围响应曲线；
基于所述彩色图像的红绿通道像素值和动态范围响应曲线获取所述彩色图像的红绿通道辐照度值；
基于双色测温法结合所述彩色图像对应的校准温度源的真实温度与红绿通道辐照度值计算得到相机仪器因子；
基于所述相机获取火焰图像，根据所述火焰图像的红绿通道像素值及动态范围响应曲线确定火焰图像的红绿通道辐照度值，基于双色测温法并结合所述火焰图像的红绿通道辐照度值以及相机仪器因子，得到所述火焰图像各像素点的火焰温度分布。
应当理解的是：处理器501在执行存储器502中的基于辐射自校准的火焰温度测量程序时，除了上面的功能之外，还可实现其它功能，具体可参见前面相应方法实施例的描述。
进一步地，本发明实施例对提及的电子设备500的类型不做具体限定，电子设备500可以为手机、平板电脑、个人数字助理(personal digital assistant，PDA)、可穿戴设备、膝上型计算机(laptop)等便携式电子设备。便携式电子设备的示例性实施例包括但不限于搭载IOS、android、microsoft或者其他操作系统的便携式电子设备。上述便携式电子设备也可以是其他便携式电子设备，诸如具有触敏表面(例如触控面板)的膝上型计算机(laptop)等。还应当理解的是，在本发明其他一些实施例中，电子设备500也可以不是便携式电子设备，而是具有触敏表面(例如触控面板)的台式计算机。
相应地，本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质用于存储计算机可读取的程序或指令，程序或指令被处理器执行时，能够实现上述各方法实施例提供的基于辐射自校准的火焰温度测量方法中的步骤或功能。
本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件(如处理器，控制器等)来完成，计算机程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。
以上对本发明所提供的基于辐射自校准的火焰温度测量方法、装置、设备及介质进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种基于辐射自校准的火焰温度测量方法，其特征在于，包括：
基于内置彩色条纹滤光片的相机获取在不同温度下校准温度源的彩色图像，提取所述彩色图像的红绿通道像素值；
基于相机的辐射自校准确定所述相机的相机响应函数，通过所述相机响应函数获取相机的动态范围响应曲线；
基于所述彩色图像的红绿通道像素值和动态范围响应曲线获取所述彩色图像的红绿通道辐照度值；
基于双色测温法结合所述彩色图像对应的校准温度源的真实温度与红绿通道辐照度值计算得到相机仪器因子；
基于所述相机获取火焰图像，根据所述火焰图像的红绿通道像素值及动态范围响应曲线确定火焰图像的红绿通道辐照度值，基于双色测温法并结合所述火焰图像的红绿通道辐照度值以及相机仪器因子，得到所述火焰图像各像素点的火焰温度分布。
2.根据权利要求1所述的基于辐射自校准的火焰温度测量方法，其特征在于，所述基于内置彩色条纹滤光片的相机获取校准温度源的彩色图像，提取所述彩色图像的红绿通道像素值，包括：
在所述相机的传感器表面涂设拜尔模式彩色滤光片阵列，所述拜尔模式彩色滤光片阵列包括红、绿、蓝三个不同颜色的过滤器；
基于所述涂设拜尔模式彩色滤光片阵列的相机将获取的校准温度源的图像以RAW模式储存后转化为RGB彩色图像；
通过所述彩色图像提取红色通道和绿色通道的像素值。
3.根据权利要求1所述的基于辐射自校准的火焰温度测量方法，其特征在于，所述基于所述相机的辐射自校准确定相机响应函数，通过所述相机响应函数获取相机的动态范围响应曲线，包括：
使用所述相机获取同一静态场景的多张不同曝光量的图像；
基于成像系统的光学互易性，利用所述多张不同曝光时间的图像使用奇异值分解求解图像的数字像素强度与曝光量之间的相机响应函数；
通过所述相机响应函数获取相机的动态范围响应曲线，所述动态范围响应曲线反映目标辐射度与像素强度之间的关系。
4.根据权利要求3所述的基于辐射自校准的火焰温度测量方法，其特征在于，所述基于所述彩色图像的红绿通道像素值和动态范围响应曲线获取所述彩色图像的红绿通道辐照度值，包括：
根据所述彩色图像的红绿通道像素值获取其在动态范围响应曲线中对应的红绿通道曝光量；
利用所述红绿通道曝光量除以彩色图像对应的曝光时间，得到所述彩色图像的红绿通道辐照度值。
5.根据权利要求1所述的基于辐射自校准的火焰温度测量方法，其特征在于，得到所述彩色图像对应的校准温度源的真实温度，包括：
获取所述不同温度下校准温度源的彩色图像对应的亮温与发射率，根据所述校准温度源的亮温与发射率确定校准温度源的真实温度，得到所述彩色图像对应的校准温度源的真实温度。
6.根据权利要求5所述的基于辐射自校准的火焰温度测量方法，其特征在于，所述基于双色测温法结合所述彩色图像对应的校准温度源的真实温度与红绿通道辐照度值计算得到相机仪器因子，包括：
基于普朗克辐射定律和所述发射率确定所述彩色图像的单色辐射功率与校准温度源的真实温度的关系，所述单色辐射功率包括红色通道中心波长下的单色辐射功率和绿色通道中心波长下的单色辐射功率；
基于近轴几何光学和所述单色辐射功率与校准温度源的真实温度的关系，将所述红绿通道的辐照度值相比得到红绿通道的辐照度比值，基于所述红绿通道的辐照度比值得到所述校准温度源的真实温度下的双色测温公式；
根据所述双色测温公式、红绿通道的辐照度比值及校准温度源的真实温度计算得到所述相机仪器因子。
7.根据权利要求6所述的基于辐射自校准的火焰温度测量方法，其特征在于，所述基于双色测温法并结合所述火焰图像的红绿通道辐照度值以及相机仪器因子，得到所述火焰图像各像素点的火焰温度分布，包括：
根据所述火焰图像的红绿通道辐照度值获取火焰图像的红色和绿色通道的辐照度比值；
将所述相机仪器因子和火焰图像的红色和绿色通道的辐照度比值代入所述双色测温公式，计算得到所述火焰图像各像素点的火焰温度分布。
8.一种基于辐射自校准的火焰温度测量装置，其特征在于，包括：
图像获取模块，用于基于内置彩色条纹滤光片的相机获取在不同温度下校准温度源的彩色图像，提取所述彩色图像的红绿通道像素值；
响应关联模块，用于基于相机的辐射自校准确定所述相机的相机响应函数，通过所述相机响应函数获取相机的动态范围响应曲线；
辐值计算模块，用于基于所述彩色图像的红绿通道像素值和动态范围响应曲线获取所述彩色图像的红绿通道辐照度值；
关系构建模块，用于基于双色测温法结合所述彩色图像对应的校准温度源的真实温度与红绿通道辐照度值计算得到相机仪器因子；
目标测量模块，用于基于所述相机获取火焰图像，根据所述火焰图像的红绿通道像素值及动态范围响应曲线确定火焰图像的红绿通道辐照度值，基于双色测温法并结合所述火焰图像的红绿通道辐照度值以及相机仪器因子，得到所述火焰图像各像素点的火焰温度分布。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，处理器执行程序时，实现根据权利要求1至7任一项所述的基于辐射自校准的火焰温度测量方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时，实现根据权利要求1至7任一项所述的基于辐射自校准的火焰温度测量方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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