CN204439218U - 用于分析红外图像灰度与温度相关性的红外探测设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了用于分析红外图像灰度与温度相关性的红外探测设备，该设备由红外探测器和红外靶标组成，红外探测器机身安装在红外探测器支架上，红外镜头安装在红外探测器机身上，红外靶标挡板及加热板设置在靶标外框架内，温度传感器的探头紧贴加热板的中心位置，靶标挡板设有靶标圆孔，红外镜头与靶标挡板的距离为2米，相邻靶标圆孔圆心之间的距离为0.1米,相邻靶标圆孔之间的距离为0.05米，加热板与靶标挡板之间距离为0.2米。本实用新型结构简单，设计合理，实现方便，所得图像灰度与温度相关性精确度高，能广泛的应用在有关温度测量的项目上，其安全性高，实用性强，使用效果好，节省了人力，便于推广使用。

Description

用于分析红外图像灰度与温度相关性的红外探测设备

技术领域

本实用新型涉及图像处理技术领域，具体为用于分析红外图像灰度与温度相关性的红外探测设备。

背景技术

图像灰度与温度的相关性分析一直以来都是人们研究的热点，采用什么样的方法才能得到较精确的相关性更是研究的关键。此前，人们以动物脏器、实物等等为对象研究了图像灰度与温度的相关性，都取得了较好的效果，也为部分领域提出了新的、较好的操作方法。但是它们也都有一定的局限性，例如精度不高、操作复杂等等。本文就提出了一种全新的用于测量图像灰度与温度的相关性分析方法的实验设备，该设备具有高精度、易操作、节省人力等特性，能为实际工程中解决很多重大问题。前期调研知，在造纸厂草料自燃研究、医疗安全、道路施工等领域中都会涉及到温度的测量，而且对其测量精度要求都是非常高的。但是由于传统技术的限制，导致了在该些领域研究中温度的测量始终没有一个较好的方法。本方法通过对红外靶标图像灰度的测量，研究了图像灰度和温度的相关性，最终得到了精确的图像灰度与温度的对应关系，能较好的解决之前所提出的问题。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供用于分析红外图像灰度与温度相关性的红外探测设备，其结构简单，设计合理，精确度高，实现方便且成本低，实用性强，使用效果好，便于推广使用。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

用于分析红外图像灰度与温度相关性的红外探测设备，主要由红外探测器和红外靶标组成，红外探测器包括红外探测器支架、红外探测器机身及红外镜头，红外靶标包括靶标圆孔、靶标挡板、加热板、靶标外框架、温度传感器，所述红外探测器机身安装在红外探测器支架上，所述红外镜头安装在红外探测器机身上，所述靶标挡板及加热板设置在靶标外框架内，所述温度传感器的探头紧贴加热板的中心位置，所述靶标挡板设有靶标圆孔，所述红外镜头与靶标挡板的距离为2米，相邻靶标圆孔圆心之间的距离为0.1米,相邻靶标圆孔之间的距离为0.05米，所述加热板与靶标挡板之间距离为0.2米。

作为优选，所述靶标挡板为玻璃材质。

作为优选，所述红外探测器采用220v电源供电。

作为优选，所述红外探测器支架为三角形结构。

作为优选，所述加热板为均匀散热板，且温度可以控制。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：本实用新型结构简单，设计合理，实现方便，所得图像灰度与温度相关性精确度高，能广泛的应用在有关温度测量的项目上，能通过简单的实验得到较高精度的相关性，其安全性高，实用性强，使用效果好，节省了很大的人力便于推广使用。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型温度与灰度测量曲线图。

图3为本实用新型温度与灰度测量曲线与回归曲线图。

图4为本实用新型不同温度区间下靶标图像平均灰度值与温度的关系曲线斜率。

图5为红外靶标的效果图。

图中：1、红外探测器支架，2、红外探测器机身,3、红外镜头,4、靶标圆孔,5、靶标挡板,6、加热板,7、靶标外框架,8、温度传感器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步阐述。

如图1所示，用于分析红外图像灰度与温度相关性的红外探测设备，主要由红外探测器和红外靶标组成，所述红外探测器采用220v电源供电，包括用于固定红外探测器的红外探测器支架1和红外探测器机身2，红外镜头3，用于提供带有目标形状图像的靶标圆孔4，用于成像和调换目标孔形状的靶标挡板5，用于提供热源的加热板6，设置在外部的靶标外框架7，用于测定温度的温度传感器8，所述红外探测器机身2安装在红外探测器支架1上，红外探测器支架1为三角形结构，稳定性更好；所述红外镜头3安装在红外探测器机身2上，所述靶标挡板5及加热板6设置在靶标外框架7内，所述加热板6为均匀散热板，且温度可以控制。所述温度传感器8的探头紧贴加热板7的中心位置，所述靶标挡板5设有靶标圆孔4，所述靶标挡板5为玻璃材质。所述红外镜头3与靶标挡板5的距离L为2米，通过对红外镜头3和靶标挡板5之间距离的有效调节从而能提供一个优质的成像质量，有助于后期的图像分析。相邻靶标圆孔4圆心之间的距离为0.1米,相邻靶标圆孔4之间的距离b为0.05米，根据靶标挡板5的尺寸调整合适的靶标圆孔4位置和大小给相机提供一个良好的拍摄本体，有助于提高成像质量。所述加热板6与靶标挡板5之间距离c为0.2米，能让热量更好的均匀的排布在靶标挡板5上。

本实用新型工作原理及做操方法：通过控制器给加热板升温，在升温的过程中红外相机每间隔1℃记录并存贮一张靶标的红外成像图。让加热板从60℃缓慢加热到110℃，在温度逐渐升高的过程中记录并存贮一系列不同温度下的红外靶标成像图。然后对靶标成像图进行处理,从中提取不同温度下的图像灰度值,从而确定出红外靶标成像图灰度值的温度相关性。最终我们对60℃～110℃之间这50张红外探测器拍到的图像用matlab对其(768*576像素)进行灰度值的提取，红外相机拍到的红外图像是256灰度级的灰度图像。取靶板上中心圆孔部位像素的灰度值，并对其灰度值进行分析。靶标挡板为玻璃材质，会对红外线有一个遮挡作用，所以只有靶标圆孔部位的图像才是靶标温度的真实体现，并且我们的温度传感器的探头紧贴加热板中心位置，所以靶标挡板中心部位的靶标圆孔成像与温度有着精确的对应关系。所以通过对图像中心圆孔的灰度值的分析，就能得到精确的灰度与温度的关系。最后我们用matlab绘制出最终的灰度与温度的曲线，并且对测量曲线进行拟合，从而确定出靶标灰度值的温度相关性。

如图2所示，温度与灰度测量曲线图，图像是由像素组成的，我们在靶标中心圆孔图像内取65*65个像素点，然后对这些像素的灰度值取平均值来得到靶标中心圆孔图像的平均灰度值，从而确定图像灰度与温度的对应关系。首先我们来确定基于红外靶标的图像灰度和温度两者之间是否存在相关性。通过实验我们得到了靶标中心单圆孔图像平均灰度值(级)与温度(℃)的关系曲线，红外靶标图像的灰度值与温度之间存一定的相关性，随着温度的增加灰度值呈增加趋势。

如图3所示，温度与灰度测量曲线与回归曲线图，我们分析靶标图像灰度值与温度相关关系的数学表达式，即回归方程式。因为靶标图像灰度值与温度具有高度相关性，故可采用一元线性回归分析方法。构造一元线性回归模型为：

y_c＝a+bx             (1)

(1)式中，y_c表示因变量的估计理论值，x为自变量的实际值，a，b为待定参数。这里把靶标温度表示为自变量x，图像灰度为因变量y_c。截距a表示在没有靶标温度的影响时，其它各种因素对图像灰度值的平均影响；回归系数b表明靶标温度每改变1℃，图像灰度值平均改变b个单位(级)。求a，b两个参数的计算公式为:

$\left\{\begin{array}{c}b=\frac{\mathrm{n\Σxy}-\mathrm{\Σx\Σy}}{\mathrm{n\Σ}{x}^2-{\left(\mathrm{\Σx}\right)}^2}\\ a=\frac{\mathrm{\Σy}}{n}-b\frac{\mathrm{\Σx}}{n}\end{array}\right.---\left(2\right)$

带入测量数据，计算可得a＝66.550，b＝1.514。回归方程为：y_c＝66.550+1.514x。判定系数r2＝SSR/SST，其中SST表示总变差平方和，SSR表示回归平方和，计算可得r2＝0.925，说明靶标图像灰度值的变异性中有92.5％是由靶标温度引起的。图3画出了回归直线和测量曲线，对比可知回归直线能较好的反应测量曲线的变化。

不同温度区间下靶标图像平均灰度值与温度的关系曲线斜率表，如图4所示。不同温度区间下，靶标中心单圆孔的平均灰度值与温度的关系曲线斜率很接近，而且都大于0，因此由以上分析可知基于红外靶标的图像灰度和温度呈直线正相关关系。

如图5所示，红外靶标的效果图，红外探测器采用的是比利时XENICS公司生产的型号为Gobi-384的红外探测器,该红外探测器由红外镜头、调焦环、旋转调整光圈、光圈锁定螺母、焦距锁定螺母等组成。红外探测器输出接口为PAL/CameraLink/网口，相元尺寸为25um,红外探测器具有良好的成像质量，成像图如图5所示，捕捉到的图像可以文件形式存盘,便于后继图像分析。

采用本实用新型进行图像灰度与温度相关性分析方法，包括以下步骤：

步骤一：根据实际操作规定红外镜头到靶标挡板的距离L为2米，加热板到靶标挡板的距离c为0.2米，靶标挡板上的靶标圆孔圆心距离a为0.1米，相邻两个靶标圆孔的距离b为0.05米；

步骤二：通过控制器给加热板升温，在升温的过程中红外探测器每间隔1℃记录并存贮一张靶标的红外成像图；

步骤三：让加热板从60℃缓慢加热到110℃，在温度逐渐升高的过程中记录并存贮一系列不同温度下的红外靶标成像图；

步骤四：对60℃～110℃之间这50张红红外探测器拍到的图像用matlab对其(768*576像素)进行灰度值的提取，红外探测器拍到的红外图像是256灰度级的灰度图像；

步骤五：通过对图像中心圆孔的灰度值的分析，得到精确的灰度与温度的关系；

步骤六：用matlab绘制出最终的灰度与温度的曲线；

步骤七：对测量曲线进行拟合，从而确定出靶标灰度值的温度相关性；

以上所述的具体实施例方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.用于分析红外图像灰度与温度相关性的红外探测设备，主要由红外探测器和红外靶标组成，红外探测器包括红外探测器支架、红外探测器机身及红外镜头，红外靶标包括靶标圆孔、靶标挡板、加热板、靶标外框架、温度传感器，其特征在于，所述红外探测器机身安装在红外探测器支架上，所述红外镜头安装在红外探测器机身上，所述靶标挡板及加热板设置在靶标外框架内，所述温度传感器的探头紧贴加热板的中心位置，所述靶标挡板设有靶标圆孔，所述红外镜头与靶标挡板的距离为2米，相邻靶标圆孔圆心之间的距离为0.1米,相邻靶标圆孔之间的距离为0.05米，所述加热板与靶标挡板之间距离为0.2米。

2.根据权利要求1所述的用于分析红外图像灰度与温度相关性的红外探测设备，其特征在于，所述靶标挡板为玻璃材质。

3.根据权利要求1所述的用于分析红外图像灰度与温度相关性的红外探测设备，其特征在于，所述红外探测器采用220v电源供电。

4.根据权利要求1所述的用于分析红外图像灰度与温度相关性的红外探测设备，其特征在于，红外探测器支架为三角形结构。

5.根据权利要求1所述的用于分析红外图像灰度与温度相关性的红外探测设备，其特征在于，所述加热板为均匀散热板，且温度可以控制。