TWI686592B - 監測目標物表面溫度的方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種監測目標物表面溫度的方法，係利用一熱像儀擷取目標物的畫面後，針對畫面像素中代表溫度的數值進行計算，依據像素中的表面溫度，濾除畫面中不定時出現的干擾雜訊，達到穩定監測目標物溫度的目的。

Description

監測目標物表面溫度的方法

本發明係關於溫度測量的技術領域，特別是關於一種監測目標物表面溫度的方法。

一般用來量測物體表面溫度會使用接觸式感測器，但是在工作溫度極高且工作人員無法靠近的環境下，例如煉鋼設備，就必須採用非接觸式的量測方式進行。紅外線熱影像測溫儀(簡稱熱像儀)是目前快速且具準確性的量測儀器。在上述高溫環境中，若無火花、噴濺粒子或其他干擾因子時，工作人員能夠直接從熱像儀所擷取的畫面資訊中判讀目標物的表面溫度。

然而，在干擾因子存在的環境中，如煉鋼廠，直接讀取畫面資訊進行溫度判讀就會得到忽高忽低的溫度量值，而無法穩定且正確的量測目標物的表面溫度。

故，有必要提供一種監測目標物表面溫度的方法，以解決習用技術所存在的問題。

本發明之主要目的在於提供一種監測目標物表面溫度的方 法，其可大幅降低干擾因子對溫度判讀正確性的影響，有效改善在具有火花、塵霧或噴濺熱源粒子的惡劣環境下量測目標物表面溫度的準確率。

為達上述之目的，本發明提供一種監測目標物表面溫度的方法，其包括下列步驟：S1：連續取得一待測目標的二維圖像畫面；S2：將所述二維圖像畫面轉換為一維像素陣列資料；S3：計算一段時間內連續N筆的一維像素陣列資料的各像素的溫度值變化；S4：依據所述N筆一維像素陣列資料的各像素的溫度值變化判斷是否存在雜訊像素；S5：去除該雜訊像素而得到更新的一維像素陣列資料；以及S6：將更新的一維像素陣列資料轉換成二維圖像畫面。

在本發明之一實施例中，所述步驟S3包含：計算每一像素在所述N筆一維像素陣列資料中的溫度平均值及變異數；以及依據所述溫度平均值及變異數計算每筆一維像素陣列資料中每一像素的離散程度。

在本發明之一實施例中，所述步驟S5包含：將離散程度大於一第一門檻值的像素的溫度值自其所屬的該筆一維像素陣列資料移除；重新計算剩餘筆數的一維像素陣列資料中的同一像素的溫度平均值及變異數；以及將新的溫度平均值回填先前被移除之像素的資料位置，以獲得一筆更新的一維像素陣列資料。

在本發明之一實施例中，在所述步驟S3之後，所述方法進一步包含：計算所述N筆一維像素陣列資料中每一像素的離散程度的比率；以及若所述N筆一維像素陣列資料中的其中一像素的離散程度的比率大於一預設第二門檻值，則直接移除所述N筆一維像素陣列資料，並回到步驟 S1，反之則接續步驟S4。

在本發明之一實施例中，所述步驟S2進一步包含：累計轉換為一維像素陣列資料的畫面筆數；以及若畫面筆數低於一預設值，則回到步驟S1，反之則執行步驟S3。

在本發明之一實施例中，所述方法在步驟S6之後進一步包含：移除所述N筆的一維像素陣列資料中的第一筆，並回到步驟S1。

通過上述的監測目標物表面溫度的方法，可有效濾除畫面中由火花、噴濺粒子或煙霧造成的干擾雜訊，達到穩定通過熱影像監測目標物溫度的目的。

1:紅外線熱影像測溫儀

2:熱影像分析模組

3:待測目標

Data_src:完整熱影像畫面

Data_tar:特定區域

Noise_pixel:雜訊像素

P(x,y)、P₁、P_m×n:像素

10:二維圖像畫面

20:一維像素陣列資料

S1、S11、S2、S21~S24、S3、S31~S35、S4、S5、S51、S6、S7:步驟

、

:像素集

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、

、

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、

、

、

、

:像素

f¹、f²、f³、f^T、f^T+1:一維像素陣列資料

F^T、F^T+1:資料集合

第1圖係執行本發明之監測目標物表面溫度的方法一較佳實施例的裝置示意圖。

第2圖係本發明之監測目標物表面溫度的方法一較佳實施例的主要流程圖。

第3圖係本發明之監測目標物表面溫度的方法一較佳實施例的詳細流程圖。

第4圖係本發明之監測目標物表面溫度的方法中將二維圖像畫面轉換為一維像素陣列資料的示意圖。

第5圖係本發明之監測目標物表面溫度的方法中累計N筆一維像素陣列資料的集合的示意圖。

為了讓本發明之上述及其他目的、特徵、優點能更明顯易 懂，下文將特舉本發明較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

請參考第1圖所示，係執行本發明之監測目標物表面溫度的方法一較佳實施例的裝置示意圖。用於執行本發明之監測目標物表面溫度的方法的裝置主要包括一紅外線熱影像測溫儀1以及一熱影像分析模組2。

所述紅外線熱影像測溫儀1用以對一具有特定溫度的待測目標3進行熱影像擷取動作，以連續生成熱影像的二維圖像畫面。所述待測目標3可以是一用於煉鋼作業的盛鋼桶，可盛載有高熱鋼液。所述紅外線熱影像測溫儀1在一實施例中係針對盛鋼桶的外表進行熱影像擷取動作。

所述熱影像分析模組2則通過有線或無線連接所述紅外線熱影像測溫儀1，以接收所述紅外線熱影像測溫儀1連續生成的二維圖像畫面。所述熱影像分析模組2用以依據接收的二維圖像畫面執行所述監測目標物表面溫度的方法。

請進一步參考第2圖及第3圖所示，係本發明之監測目標物表面溫度的方法一較佳實施例的主要流程圖及詳細流程圖。所述監測目標物表面溫度的方法主要包含步驟S1~S6，如下述：步驟S1：連續取得一待測目標的二維圖像畫面；步驟S2：將所述二維圖像畫面轉換為一維像素陣列資料；步驟S3：計算一段時間內連續N筆的一維像素陣列資料的各像素的溫度值變化；步驟S4：依據所述N筆一維像素陣列資料的各像素的溫度值變化判斷是否存在雜訊像素； 步驟S5：去除該雜訊像素而得到更新的一維像素陣列資料；步驟S6：將更新的一維像素陣列資料轉換成二維圖像畫面。

請配合參考第3圖及第4圖所示，係本發明之監測目標物表面溫度的方法中將二維圖像畫面轉換為一維像素陣列資料的示意圖。在步驟S1中，所述二維圖像畫面10可以是在一個完整熱影像畫面(即Data_src)中針對特定區域擷取的局部畫面(即Data_tar)(如第3圖的步驟S11)。在一實施例中，如第4圖所示，所述二維圖像畫面10可包括m×n個像素，其中P(x,y)表示為第x行第y列的像素。

如第3圖及第4圖所示，在執行步驟S2時，所述二維圖像畫面10會轉換為一維像素陣列資料20，也就是將m×n個像素的資料集合依照順序排列成一維陣列，即P₁、P₂、...、P_m×n(如第3圖的步驟S21)。在一實施例中，所述順序可以是由左至右、由上而下的順序，也就是依照P(0,0)、P(1,0)、P(2,0)、P(3,0)、...、P(m,0)、P(0,1)、P(1,1)、P(2,1)、...P(m,1)、P(0,2)、....P(m,n-1)、P(0,n)、P(1,n)、P(2,n)、....、P(m-1,n)、P(m,n)的順序排成所述一維陣列資料20。

在一較佳實施例中，配合參考第3圖及第5圖所示，所述步驟S2可進一步包含：累計轉換為一維像素陣列資料20的畫面筆數i(如第3圖的步驟S22)；以及若畫面筆數i低於一預設值T，則回到步驟S1，反之則執行步驟S24(如第3圖的步驟S23)。換言之，在本步驟中，累計取得的N張二維圖像畫面必須至少等於T張，並轉換成T筆一維像素陣列資料，才將所述N筆一維像素陣列資料視為一個資料集合F_T(如第3圖的步驟S24)，才接續步驟 S3。在一較佳實施例中，所述預設值T可為10，但不在此限。

配合參考第3圖所示，所述步驟S3可包含：計算每一像素在所述N筆一維像素陣列資料中的溫度平均值及變異數(如第3圖的步驟S31)；以及依據所述溫度平均值及變異數計算每筆一維像素陣列資料中每一像素的離散程度(如第3圖的步驟S32)。換言之，以第5圖而言，所述步驟S31即是計算所述N筆一維像素陣列資料中的同一位置的像素集

的溫度平均值及變異數，例如第1筆一維像素陣列資料f¹中的第一個像素

、第2筆一維像素陣列資料f²中的第一個像素

、....以及第N筆一維像素陣列資料f^T中的第一個像素

即是所述N筆一維像素陣列資料中的位於第一個位置的像素集，其中N等於前述的預設值T。所述步驟S32即是將所述N筆一維像素陣列資料中的位於同一位置的像素的溫度值配合所計算出的溫度平均值及變異數計算出所述N筆一維像素陣列資料中的位於同一位置的像素各自的離散程度。

配合參考第2圖所示，所述步驟S5包含：將離散程度大於一第一門檻值的像素的溫度值自其所屬的該筆一維像素陣列資料移除；重新計算剩餘筆數的一維像素陣列資料中的同一像素的溫度平均值及變異數；以及將新的溫度平均值回填先前被移除之像素的資料位置，以獲得一筆更新的一維像素陣列資料(如第3圖的步驟S51)。步驟S51即是將離散程度大於一第一門檻值的像素視為具有不尋常溫度的雜訊像素來予以移除。例如盛鋼桶中的火花或鋼液表面的鋼渣具有較高的溫度，當其噴濺出時，便會成為第4圖所示的二維圖像畫面中具有不尋常溫度值的雜訊像素Noise_pixel。當 這些雜訊像素Noise_pixel移除後，步驟S51即重新計算剩餘筆數的一維像素陣列資料中的同一像素的溫度平均值及變異數，以對被移除的像素進行溫度值補償，將新的溫度平均值回填先前被移除之像素的資料位置，以獲得一筆更新的一維像素陣列資料。此時，原本被視為雜訊像素變為正常像素，其離散程度已變為小於所述第一門檻值。

配合參考第2圖所示，在所述步驟S3之後，所述方法進一步包含：計算所述N筆一維像素陣列資料中每一像素的離散程度的比率(如第3圖的步驟S33)；以及若所述N筆一維像素陣列資料中的其中一像素的離散程度的比率大於一預設第二門檻值，則直接移除所述N筆一維像素陣列資料(如第3圖的步驟S34及S35)，並回到步驟S1以重新取得N筆一維像素陣列資料，反之則接續步驟S4。步驟S33~S35是為了避免在待測目標狀態不穩定的情況下，所取得的連續多筆二維圖像畫面存在太多雜訊像素所執行的排除步驟。換言之，在所述N筆一維像素陣列資料中位於同一位置的N個像素中，若此N個像素中離散程度過大的像素的數量占全部位於同一位置的N個像素的數量(即N個)的比率大於所述第二門檻值，則表示所述N筆一維像素陣列資料中的雜訊像素過多，需直接移除所述N筆一維像素陣列資料，並重新回到步驟S1以重新取得N筆一維像素陣列資料。在一實施例中，所述第二門檻值可以為0.5，當所述N筆一維像素陣列資料中的其中一像素的離散程度的比率大於0.5時，即意味N個像素中有超過一半離散程度過大的像素。

配合參考第2圖及第3圖所示，所述方法在步驟S6之後進一步包含步驟S7：移除所述N筆的一維像素陣列資料中的第一筆(f₁)，並回到 步驟S1(如第3圖的步驟S7)。也就是在順序上，移除掉最先取得的頭一張二維圖像畫面，將第N+1張的二維圖像畫面轉換一維像素陣列資料，與剩餘的一維像素陣列資料集合，以持續對待測目標的表面溫度的監測。

綜上所述，相較於現有技術，本發明通過將二維的畫面資料轉換成一維資料，依據前後連續畫面的一維資料來辨識畫面中應屬於雜訊的像素，並透過連續畫面中同樣位於相同位置的其他像素的溫度值，取平均值作為補償值填回被移除的像素(即取代該像素原有的不尋常溫度值)，達到消除圖像雜訊的目的。故本發明可有效濾除畫面中由火花、噴濺粒子或煙霧造成的干擾雜訊，達到穩定通過熱影像監測目標物溫度的目的。

雖然本發明已以較佳實施例揭露，然其並非用以限制本發明，任何熟習此項技藝之人士，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種更動與修飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7‧‧‧步驟

Claims (7)

1. 一種監測目標物表面溫度的方法，係包括下列步驟：S1：藉由一熱影像分析模組根據一紅外線影像測溫儀生成的熱影像連續取得一待測目標的二維圖像畫面；S2：將所述二維圖像畫面轉換為一維像素陣列資料；S3：計算連續N筆的一維像素陣列資料的各像素的溫度值變化；S4：依據所述N筆一維像素陣列資料的各像素的溫度值變化判斷是否存在雜訊像素；S5：去除該雜訊像素而得到更新的一維像素陣列資料；以及S6：將更新的一維像素陣列資料轉換成二維圖像畫面。
2. 如申請專利範圍第1項所述之監測目標物表面溫度的方法，其中所述步驟S3包含：計算每一像素在所述N筆一維像素陣列資料中的溫度平均值及變異數；以及依據所述溫度平均值及變異數計算每筆一維像素陣列資料中每一像素的離散程度。
3. 如申請專利範圍第2項所述之監測目標物表面溫度的方法，其中所述步驟S4包含：將離散程度大於一預設第一門檻值的像素視為雜訊像素。
4. 如申請專利範圍第3項所述之監測目標物表面溫度的方法，其中所述步驟S5包含：將離散程度大於一第一門檻值的像素的溫度值自其所屬的該筆 一維像素陣列資料移除；重新計算剩餘筆數的一維像素陣列資料中的同一像素的溫度平均值及變異數；以及將新的溫度平均值回填先前被移除之像素的資料位置，以獲得一筆更新的一維像素陣列資料。
5. 如申請專利範圍第2項所述之監測目標物表面溫度的方法，其中在所述步驟S3之後，所述方法進一步包含：計算所述N筆一維像素陣列資料中每一像素的離散程度的比率；以及若所述N筆一維像素陣列資料中的其中一像素的離散程度的比率大於一預設第二門檻值，則直接移除所述N筆一維像素陣列資料，並回到步驟S1，反之則接續步驟S4。
6. 如申請專利範圍第1項所述之監測目標物表面溫度的方法，其中所述步驟S2包含：累計轉換為一維像素陣列資料的畫面筆數；以及若畫面筆數低於一預設值，則回到步驟S1，反之將所述N筆一維像素陣列資料視為一個資料集合，再執行步驟S3。
7. 如申請專利範圍第6項所述之監測目標物表面溫度的方法，其中所述方法在步驟S6之後進一步包含：移除所述N筆的一維像素陣列資料中的第一筆，並回到步驟S1。

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