一种红外辐射特征瞬态温度场精确测量方法技术

本发明专利技术公开了一种红外辐射特征瞬态温度场精确测量方法，包括如下步骤：S1：完成测温幂系数n(i,j)的标定；S2：测定发射率ε；S3：计算目标的温度值。本发明专利技术建立“灰度值－温度”映射关系，采用不同材料挡板温度测量法，快速建立映射关系表，有效地提高了红外热成像测温公式中幂系数n的精度，从而提高了红外热成像测温的精度；每个热像仪像元对应一个幂系数n(i,j)，而非整个面阵探测器只有一个系数，这样可以有效降低热像仪像元间非均匀性的影响。

An accurate measurement method for transient temperature field of infrared radiation characteristics

The invention discloses an accurate method for measuring the transient temperature field of infrared radiation characteristics, including the following steps: S1: completing the calibration of the temperature measurement power coefficient n (i, j); S2: measuring the emissivity epsilon; S3: calculating the temperature value of the target. The invention establishes a mapping relation between gray value and temperature, adopts different material baffle temperature measurement method, and quickly establishes mapping relation table, effectively improves the precision of power coefficient n i n the infrared thermal imaging temperature measurement formula, thereby improving the precision of infrared thermal imaging temperature measurement; each thermal imaging pixel corresponds to a power coefficient n (i, j), and The non-whole array detector has only one coefficient, which can effectively reduce the influence of non-uniformity between pixels of the thermal imager.

【技术实现步骤摘要】
一种红外辐射特征瞬态温度场精确测量方法
本专利技术涉及红外非接触测温
，具体来说，涉及一种红外辐射特征瞬态温度场精确测量方法。
技术介绍
目前，热成像及测温技术发展迅速，各类制冷或非制冷热像仪都具有中心点测温和采集红外热图像功能。红外热成像特点有非接触、直观、高效、实时，可捕获目标“整体温度分布”，便于记录数据和分析。尽管通用热像仪能够测量温度，精度可达±2℃或±1％，但是只有探测器感光阵列的中间4x4像素点是经过严格校准的。有些应用场合：比如材料力学的加载实验研究，电力部门设备温度检测等领域需要明确知道温度场(整幅温度图像)每一点的温度值，并不仅仅是“温度分布”形态，如何将得到的整幅热图像每一个像素值实时转换成具体的温度值，是有关领域急需的一项技术。
技术实现思路
针对相关技术中的上述技术问题，本专利技术提出一种红外辐射特征瞬态温度场精确测量方法，能够克服现有技术的上述不足。为实现上述技术目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种红外辐射特征瞬态温度场精确测量方法，包括如下步骤：S1：完成测温幂系数n(i,j)的标定，其中，(i,j)表示像素坐标，i＝0-639,j＝0-511，具体包括如下步骤：S1.1：完成像素值与黑体温度的映射关系表；S1.2：制备实验材料，并将制备的实验材料紧密固定在可控温的电热陶瓷板上面；S1.3：对实验材料进行加热，当温度加热到T01时，用红外探测器测出一组G1(i,j)的灰度值数据，通过查映射表得到T01'(i,j)，当近距离测试时，可得黑体表面的温度公式为：Tu为环境温度，同理可以由T02'(i,j)-T04'(i,j)得：T02(i,j)-T04(i,j)，由T01(i,j)和T02(i,j)，可得：由T01(i,j)和T02(i,j)，可得：由公式(2)和公式(3)可以推导出：只有n是未知数，用逐步逼近法计算出此类材料像元(i,j)处的测温幂系数n(i,j)矩阵；S1.4：热像仪测得目标灰度值，通过标定了n的灰度-温度关系映射表，得到测得温度Tr，再由T0＝{(1/ε)[Trn-(1-ε)Tun]}(1/n)(5)可得到真实温度To；S2：测定发射率ε，具体包括如下步骤：S2.1：取步骤S1.2中加工好某一个材料薄片，粘贴于可控温的电热陶瓷板上；S2.2：调整电热陶瓷板为某一温度，比如30℃＝T0,稳定后，用已经标定好的热像仪或中心点测温热像仪测量薄片温度Tr；S2.3：根据下面公式ε＝[(Tr/T0)n-(Tu/T0)n][1-(Tu/T0)n](6)可以计算出薄片材料的反射率ε；S3：计算目标的温度值，具体包括如下步骤：S3.1：按照步长1℃改变黑体的温度，温度稳定后多次采集红外图像的灰度值，得到温度为T时的黑体平均灰度值X，采集多个样本点进行多项式拟合，得到“温度-灰度”的拟合曲线：G(T)＝a0+a1X+a2X2+a3X3+a4X4(7)式中G(T)为温度，X为灰度值，a0、a1、a2、a3和a4为多项式系数，同时得到“灰度-温度”的拟合曲线：C(T)＝b0+b1g+b2g2+b3g3+b4g4(8)式中C(T)为灰度值，g为温度值，b0，b1，b2，b3，b4为多项式系数；S3.2：对灰度进行修正，得到修正后的图像灰度值；S3.3：由修正后的图像灰度值，得到目标点的温度。进一步的，步骤S1.1中具体为：设置环境温度为18－22℃，采用8-14μm波段的非制冷640x512分辨率红外热像仪，设置黑体温度为-5℃-35℃，步长1℃，采集一系列热像仪图像原始数据矩阵G(i,j)，建立每个探测元的灰度值G(i,j)与黑体温度T的映射关系表。优选的，采集40种温度，就得到40幅640x512的图像，每一幅图像是由同一种温度值的多个灰度值平均得到。进一步的，步骤S1.2中，制备实验材料是指去实验材料，并将实验材料切割打磨为薄片，其中，实验材料为环氧树脂、石膏、配比混凝土、岩石。进一步的，步骤S1.4中，根据朗伯余弦定理，从图像中心到边界，根据探测距离，边界像元灰度值乘以修正系数cosθ。进一步的，步骤S3.2具体包括：S3.2.1：将黑体温度传感器测得的温度带入步骤S3.1的公式C(T)＝b0+b1g+b2g2+b3g3+b4g4，得到计算的灰度Cg'，根据计算的灰度Cg'和黑体的实际灰度值Cg得到灰度修正常数C0：C0＝Cg-Cg'(9)S3.2.2：将整幅图像每个像素点的灰度均减去修正常数C0，得到修正后的图像灰度值。进一步的，步骤S3.3中，目标点的灰度值是根据步骤S3.1中的公式G(T)＝a0+a1X+a2X2+a3X3+a4X4计算得到的。本专利技术的有益效果：1、本专利技术建立“灰度值－温度”映射关系，采用不同材料挡板温度测量法，快速建立映射关系表，有效地提高了红外热成像测温公式中幂系数n的精度，从而提高了红外热成像测温的精度；2、每个热像仪像元对应一个幂系数n(i,j)，而非整个面阵探测器只有一个系数，这样可以有效降低热像仪像元间非均匀性的影响。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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是根据本专利技术实施例所述的一种黑体温控的流程图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1所示，根据本专利技术实施例所述的一种红外辐射特征瞬态温度场精确测量方法，包括如下步骤：S1：完成测温幂系数n(i,j)的标定，其中，(i,j)表示像素坐标，i＝0-639,j＝0-511，具体包括如下步骤：S1.1：完成像素值与黑体温度的映射关系表；S1.2：制备实验材料，并将制备的实验材料紧密固定在可控温的电热陶瓷板上面；S1.3：对实验材料进行加热，当温度加热到T01时，用红外探测器测出一组G1(i,j)的灰度值数据，通过查映射表得到T01'(i,j)，当近距离测试时，可得黑体表面的温度公式为：同理可以由T02'(i,j)-T04'(i,j)得：T02(i,j)-T04(i,j)，由T01(i,j)和T02(i,j)，可得：由T01(i,j)和T02(i,j)，可得：由公式(2)和公式(3)可以推导出：只有n是未知数，用逐步逼近法计算出此类材料像元(i,j)处的测温幂系数n(i,j)矩阵；S1.4：热像仪测得目标灰度值，通过标定了n的灰度-温度关系映射表，得到测得温度Tr，再由T0＝{(1/ε)[Trn-(1-ε)Tun]}(1/n)(5)可得到真实温度To；S2：测定发射率ε，具体包括如下步骤：S2.1：取步骤S1.2中加工好某一个材料薄片，粘贴于可控温的电热陶瓷板上；S2.2：调整电热陶瓷板为某一温度，比如30℃＝T0,稳定后，用已经标定好的热像仪或中心点测温热像仪测量薄片温度Tr；S2.3：根据下面公式ε＝[(Tr/T0)n-(Tu/T0)n]/[1-(Tu/T0)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种红外辐射特征瞬态温度场精确测量方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：完成测温幂系数n(i,j)的标定，其中，(i,j)表示像素坐标，i＝0‑639,j＝0‑511，具体包括如下步骤：S1.1：完成像素值与黑体温度的映射关系表；S1.2：制备实验材料，并将制备的实验材料紧密固定在可控温的电热陶瓷板上面；S1.3：对实验材料进行加热，当温度加热到T01时，用红外探测器测出一组G1(i,j)的灰度值数据，通过查映射表得到T01'(i,j)，当近距离测试时，可得黑体表面的温度公式为：

【技术特征摘要】
1.一种红外辐射特征瞬态温度场精确测量方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：完成测温幂系数n(i,j)的标定，其中，(i,j)表示像素坐标，i＝0-639,j＝0-511，具体包括如下步骤：S1.1：完成像素值与黑体温度的映射关系表；S1.2：制备实验材料，并将制备的实验材料紧密固定在可控温的电热陶瓷板上面；S1.3：对实验材料进行加热，当温度加热到T01时，用红外探测器测出一组G1(i,j)的灰度值数据，通过查映射表得到T01'(i,j)，当近距离测试时，可得黑体表面的温度公式为：Tu为环境温度，同理可以由T02'(i,j)-T04'(i,j)得：T02(i,j)-T04(i,j)，由T01(i,j)和T02(i,j)，可得：由T01(i,j)和T02(i,j)，可得：由公式(2)和公式(3)可以推导出：只有n是未知数，用逐步逼近法计算出此类材料像元(i,j)处的测温幂系数n(i,j)矩阵；S1.4：热像仪测得目标灰度值，通过标定了n的灰度-温度关系映射表，得到测得温度Tr，再由T0＝{(1/ε)[Trn-(1-ε)Tun]}(1/n)(5)可得到真实温度To；S2：测定发射率ε，具体包括如下步骤：S2.1：取步骤S1.2中加工好某一个材料薄片，粘贴于可控温的电热陶瓷板上；S2.2：调整电热陶瓷板为某一温度，比如30℃＝To,稳定后，用已经标定好的热像仪或中心点测温热像仪测量薄片温度Tr；S2.3：根据下面公式ε＝[(Tr/T0)n-(Tu/T0)n]/[1-(Tu/T0)n](6)可以计算出薄片材料的反射率ε；S3：计算目标的温度值，具体包括如下步骤：S3.1：按照步长1℃改变黑体的温度，温度稳定后多次采集红外图像的灰度值，得到温度为T时的黑体平均灰度值X，采集多个样本点进行多项式拟合，得到“温度-灰度”的拟合曲线：G(T)＝a0+a1X+a2X2+a3X3+a4X4(7)式中G(T)为温度，X为灰度值，a0，a1，a2，a3，a4为多项式系数，同时得到“灰度-温度”的拟合曲线：C(...

【专利技术属性】
技术研发人员：王金涛，刘英纳，娄炯，毛一鸣，孙丽明，
申请(专利权)人：中国传媒大学，
类型：发明
国别省市：北京,11