本發(fā)明涉及紅外測溫領(lǐng)域，特別是一種用于紅外測溫系統(tǒng)的發(fā)射率校準(zhǔn)方法。

背景技術(shù)：

紅外熱像儀是利用紅外探測器和光學(xué)成像物鏡接受被測目標(biāo)的紅外輻射能量分布圖形反映到紅外探測器的光敏元件或熱敏元件上，從而獲得紅外熱像圖，這種熱像圖與物體表面的熱分布場相對應(yīng)。通俗地講紅外熱像儀就是將物體發(fā)出的不可見紅外能量轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姷臒釄D像。熱圖像的上面的不同顏色代表被測物體的不同溫度。

發(fā)射率是紅外測溫系統(tǒng)的一個重要參數(shù)，利用這個參數(shù)可以求解出物體的表面溫度。由于發(fā)射率受波長、溫度、物體表面特性影響，因此物體發(fā)射率易出現(xiàn)誤差，從而影響測溫精度。目前有兩種規(guī)避發(fā)射率誤差思路，一種是通過手動調(diào)節(jié)發(fā)射率參數(shù)，這種方式往往需要借鑒經(jīng)驗(yàn)信息，因此仍會引入誤差；另一種方式通過變譜法，通過在不同的波段下測溫并聯(lián)立方程組求解發(fā)射率，有效避免了人為設(shè)置帶來的不足，但是此方式會增加硬件配置；因此如何準(zhǔn)確、簡便校正發(fā)射率十分有必要研究。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于紅外測溫系統(tǒng)的發(fā)射率校準(zhǔn)方法，根據(jù)紅外熱像儀所得表觀溫度、各探測器刻度函數(shù)、環(huán)境溫度，利用空域技術(shù)校正目標(biāo)物體的發(fā)射率，克服現(xiàn)有發(fā)射率校正的缺陷。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：用于紅外測溫系統(tǒng)的發(fā)射率校準(zhǔn)方法，它包括如下步驟：

S1：采用可控溫度的黑體近距離對紅外熱像儀的各個探測器刻度函數(shù)進(jìn)行標(biāo)定；

S2：采用紅外熱像儀對物體進(jìn)行測溫；

S3：校正發(fā)射率。

所述的步驟S1中對探測器刻度函數(shù)進(jìn)行標(biāo)定具體包括如下步驟：

S11：黑體放置于紅外熱像儀近焦距清晰成像處，并使黑體充滿圖像畫面；

S12：使黑體溫度穩(wěn)定在某一溫度，記錄黑體溫度T₀及黑體在該溫度下對應(yīng)的紅外熱像儀輸出圖像G；

S13：調(diào)整黑體溫度，重復(fù)步驟S12，記錄多組黑體溫度及圖像輸出值；

S14：依據(jù)多組黑體溫度及圖像輸出值，估計探測器刻度函數(shù)。

所述的黑體溫度的取值范圍為[t_L,t_H]，在調(diào)整黑體溫度時，黑體溫度的步進(jìn)值為Δt，共調(diào)整N次黑體溫度。

所述的步驟S12中，紅外攝像儀對黑體連續(xù)取M幀圖像，對M幀圖像進(jìn)行時域平均，得到均值圖像G，即輸出圖像，該圖像高寬記為H,W。

所述的探測器刻度函數(shù)采用多項(xiàng)式表達(dá)，第i個探測器的刻度函數(shù)記為G_i(t)，t為溫度，G_i(t)＝g_i0+g_i1·t+g_i2·t²+...+g_in·tⁿ，其中，n為多項(xiàng)式階次，i為探測器標(biāo)號i∈[1,H·W]，G_i(t)的值為圖像G中對應(yīng)探測器i的圖像值，然后通過優(yōu)化估計算法得到刻度函數(shù)的參數(shù)g₀,g₁,...,g_n。

所述的步驟S2中對物體進(jìn)行測溫包括如下子步驟:

S21：通過測量設(shè)備獲得環(huán)境溫度t_u或反射補(bǔ)償溫度t_rtc；

S22：紅外熱像儀連續(xù)取M幀圖像，并取時域均值，得到均值圖像G，該圖像高寬記為H,W；

S23：用戶設(shè)置物體所在區(qū)域，記為rect；

S24：設(shè)置物體發(fā)射率ε初始值；

S25：對于坐標(biāo)為i處物體溫度計算過程如下：

計算環(huán)境溫度對應(yīng)的灰度值G_{i_tu}＝g_i0+g_i1·t_u+g_i2·t_u²+...+g_in·t_uⁿ；

計算物體溫度對應(yīng)的灰度值

由刻度函數(shù)G_i(t)，灰度值G_{i_t0}通過迭代方法求得物體溫度t_0i。

所述的步驟S3校正發(fā)射率包括如下子步驟：

S31：構(gòu)建誤差目標(biāo)函數(shù)E，

其中i取值范圍為用戶設(shè)置區(qū)域rect，j屬于i的Ω鄰域內(nèi)；B_i由第i個探測器的刻度函數(shù)系數(shù)組成，B_i＝[g_0i g_1i ... g_ni]，B_j由第j個探測器的刻度函數(shù)系數(shù)組成，T_0i由第i個探測器所得物體溫度t_0i組成，T_0j由第j個探測器所得物體溫度t_0j組成，p為目標(biāo)函數(shù)的范數(shù)，T_ri是第i個探測器所得物體的表觀溫度t_ri組成，T_rj是第j個探測器所得物體的表觀溫度t_rj組成，表觀溫度由探測器對應(yīng)的圖像灰度值G及刻度函數(shù)迭代計算而得；

S32:目標(biāo)函數(shù)對發(fā)射率求導(dǎo)，采取優(yōu)化迭代方法，求解發(fā)射率最優(yōu)解。

若當(dāng)環(huán)境中有高溫物體時，所述誤差目標(biāo)函數(shù)中t_u替換為t_rtc。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提供了一種用于紅外測溫系統(tǒng)的發(fā)射率校準(zhǔn)方法，根據(jù)紅外熱像儀所得表觀溫度、各探測器刻度函數(shù)、環(huán)境溫度，利用空域技術(shù)校正目標(biāo)物體的發(fā)射率，克服了現(xiàn)有發(fā)射率校正的缺陷，該方法簡單、易實(shí)現(xiàn)、不額外增加硬件模塊、不增加功耗。

附圖說明

圖1為發(fā)射率校準(zhǔn)方法流程圖；

圖2為刻度函數(shù)標(biāo)定流程圖；

圖3為對物體測溫流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于以下所述。

如圖1所示，用于紅外測溫系統(tǒng)的發(fā)射率校準(zhǔn)方法，它包括如下步驟：

S1：采用可控溫度的黑體近距離對紅外熱像儀的各個探測器刻度函數(shù)進(jìn)行標(biāo)定；

S2：采用紅外熱像儀對物體進(jìn)行測溫；

S3：校正發(fā)射率。

如圖2所示，所述的步驟S1中對探測器刻度函數(shù)進(jìn)行標(biāo)定具體包括如下步驟：

S11：黑體放置于紅外熱像儀近焦距清晰成像處，并使黑體充滿圖像畫面，黑體與紅外熱像儀放置在同一水平位置上，黑體距離紅外熱像儀距離d＝10cm；

S12：使黑體溫度穩(wěn)定在某一溫度，記錄黑體溫度T₀及黑體在該溫度下對應(yīng)的紅外熱像儀輸出圖像G，黑體溫度的取值范圍為[t_L,t_H]，黑體溫度范圍下限值t_L應(yīng)接近室溫，設(shè)為25℃；上限值t_H為120℃；紅外攝像儀對黑體連續(xù)取M幀圖像，對M幀圖像進(jìn)行時域平均，得到均值圖像G，即輸出圖像，該圖像高寬記為H,W，一般連續(xù)取50幀圖像；

S13：調(diào)整黑體溫度，黑體溫度的步進(jìn)值Δt為5℃，共調(diào)整N次黑體溫度，重復(fù)步驟S12，記錄多組黑體溫度及圖像輸出值；

S14：依據(jù)多組黑體溫度及圖像輸出值，估計探測器刻度函數(shù)。

所述的探測器刻度函數(shù)采用多項(xiàng)式表達(dá)，第i個探測器的刻度函數(shù)記為G_i(t)，G_i(t)＝g_i0+g_i1·t+g_i2·t²+...+g_in·tⁿ，其中，n為多項(xiàng)式階次，n取值4，i為探測器標(biāo)號i∈[1,H·W]，G_i(t)的值為圖像G中對應(yīng)探測器i的圖像值，然后通過優(yōu)化估計算法得到刻度函數(shù)的參數(shù)g₀,g₁,...,g_n。

如圖3所示，所述的步驟S2中對物體進(jìn)行測溫包括如下子步驟:

S21：通過測量設(shè)備獲得環(huán)境溫度t_u或反射補(bǔ)償溫度t_rtc；

S22：紅外熱像儀連續(xù)取M幀圖像，并取時域均值，得到均值圖像G，該圖像高寬記為H,W；

S23：用戶設(shè)置物體所在區(qū)域，記為rect，該區(qū)域應(yīng)包含測溫物體的大部分信息；

S24：設(shè)置物體發(fā)射率ε初始值，參照現(xiàn)有物體發(fā)射率經(jīng)驗(yàn)值設(shè)置或者給某定值；

S25：對于坐標(biāo)為i處物體溫度計算過程如下：

計算環(huán)境溫度對應(yīng)的灰度值G_{i_tu}＝g_i0+g_i1·t_u+g_i2·t_u²+...+g_in·t_uⁿ；

計算物體溫度對應(yīng)的灰度值

由刻度函數(shù)G_i(t)，灰度值G_{i_t0}通過迭代方法求得物體溫度t_0i。

所述的步驟S3校正發(fā)射率包括如下子步驟：

S31：構(gòu)建誤差目標(biāo)函數(shù)E，

其中i取值范圍為用戶設(shè)置區(qū)域rect，j屬于i的Ω鄰域內(nèi)；B_i由第i個探測器的刻度函數(shù)系數(shù)組成，B_i＝[g_0i g_1i ... g_ni]，B_j由第j個探測器的刻度函數(shù)系數(shù)組成，T_0i由第i個探測器所得物體溫度t_0i組成，T_0j由第j個探測器所得物體溫度t_0j組成，p為目標(biāo)函數(shù)的范數(shù)，T_ri是第i個探測器所得物體的表觀溫度t_ri組成，T_rj是第j個探測器所得物體的表觀溫度t_rj組成，表觀溫度由探測器對應(yīng)的圖像灰度值G及刻度函數(shù)迭代計算而得，在本實(shí)施例中誤差目標(biāo)函數(shù)范數(shù)p取2，鄰域Ω取3鄰域；

S32:目標(biāo)函數(shù)對發(fā)射率求導(dǎo)，采取優(yōu)化迭代方法，求解發(fā)射率最優(yōu)解。

在本實(shí)施例中，發(fā)射率校正提高測量精度，測溫結(jié)果更接近目標(biāo)真實(shí)溫度，測溫誤差減少。

若當(dāng)環(huán)境中有高溫物體時，所述誤差目標(biāo)函數(shù)中t_u替換為t_rtc。