测温方法和系统技术方案

本公开涉及一种测温方法和系统，其特征在于，包括：获取被测物体的表面在多个光强度衰减率下的图像，每个图像对应于相应的光强度衰减率；在获取每个图像期间，测量所述被测物体的满足图像清晰度要求的区域的单点温度，作为与该图像对应的基准温度；针对所述图像进行以下处理：根据每个图像的灰阶值和灰阶阈值确定该图像中的目标区域；根据每个图像对应的基准温度，利用比色法确定该图像的目标区域的温度场；根据各图像的目标区域的温度场，确定所述被测物体的表面的温度场。该测温方法和系统，低成本、高效地实现了高亮度梯度条件下物体表面温度场的获取。

【技术实现步骤摘要】
测温方法和系统
本公开涉及计量领域，尤其涉及一种测温方法和系统。
技术介绍
飞行器在服役过程中，其表面受到气动热，在飞行器头锥、翼缘等表面热量堆积，可以达到极高温度。在正式服役前，往往需要对上述热端部件进行地面高温考核。目前对于飞行器热端结构和部件地面高温考核的主要方式是高温风洞。在考核过程中，部件表面温度场是一个重要参数。一方面，大量材料属性是温度相关的，如材料弹性模量和强度；另一方面，研究材料变形时，实际测量得到的应变是应力导致的应变与热膨胀产生的应变之和，在力学研究中，往往更加关心应力导致的应变，因此需要将二者解耦。目前，温度测量方法有很多，如膨胀测温法、压力测温法、电学测温法、声学测温法、光学测温法等。在高温环境下，以比色测温法为代表的光学测温方法以其全场、非接触的特点，得到了较为广泛的研究。该方法是基于不同波长的辐射光强度进行温度计算的。一种方法是采用具有红R，绿G，蓝B三通道的CCD相机采集辐射光强度信息，并利用其中两个通道的光强进行比色得到温度场。在高温风洞中，正对风洞高温高速气流出口的试件前端温度较高，可达到1500℃以上；而在风洞气流出口处的试件末端温度较低，一般在200-300℃；因此，试件不同区域内温度有很大的差异。根据普朗克黑体辐射定律，此时辐射光亮度也较大差异。此外，在超高温环境下(如3000℃以上)，辐射光达到很高的强度，此时空间范围内较小的温度变化，也会导致亮度的陡增或陡降。因此对图像采集时亮度的调节造成很大挑战。为了得到较高亮度处的清晰的图像，往往需要较小的光圈和极短的曝光时间；而为了得到较低亮度处的清晰的图像，需要较大的光圈和较长的曝光时间。因此，不同区域的图像采集和温度测量往往不能兼顾。因此，需要开发一种低成本、高效的测温方案，实现高亮度梯度条件下物体表面温度场的获取。
技术实现思路
有鉴于此，本公开提出了一种测温方法和系统，低成本、高效地实现了高亮度梯度条件下物体表面温度场的获取。本公开一方面，提出了一种测温方法，包括：获取被测物体的表面在多个光强度衰减率下的图像，每个图像对应于相应的光强度衰减率；在获取每个图像期间，测量所述被测物体的表面的满足图像清晰度要求的区域的单点温度，作为与该图像对应的基准温度；针对所述图像进行以下处理：根据每个图像的灰阶值和灰阶阈值确定该图像中的目标区域；根据每个图像对应的基准温度，利用比色法确定该图像的目标区域的温度场；根据各图像的目标区域的温度场，确定所述被测物体的表面的温度场。本公开另一方面提出一种测温系统，所述系统包括：图像获取装置，用于获取被测物体的表面的图像；衰减率调节装置，用于调节图像获取装置获取图像时的光强度衰减率；温度测量装置，用于测量被测物体的表面的满足图像清晰度要求的区域的单点温度；处理装置，用于针对所述图像进行以下处理：根据每个图像的灰阶值和灰阶阈值确定该图像中的目标区域；根据每个图像对应的基准温度，利用比色法确定该图像的目标区域的温度场；根据各图像的目标区域的温度场，确定所述被测物体的表面的温度场，其中，所述图像是通过图像获取装置和衰减率调节装置获取的、被测物体的表面在多个光强度衰减率下的图像，每个图像对应于相应的光强度衰减率；图像对应的基准温度是温度测量装置在图像获取装置获取该图像期间测量的、被测物体的表面的满足图像清晰度要求的区域的单点温度。本公开实施例的测温方法和系统获取被测物体的表面在多个光强度衰减率下的图像，并根据比色法确定各图像的目标区域的温度场，并通过目标区域的温度场得到被测物体的表面的温度场，使得在被测物体的表面亮度梯度较高的情况下，仍然能够通过不同的衰减率针对表面的各部分获得清晰图像，并利用不同衰减率下的目标区域的温度场合成最终得到被测物体表面的温度场，以较低的成本实现了高亮度梯度下的、高精度的温度场测量。根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。附图说明包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本公开的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本公开的原理。图1示出了根据本公开实施例的测温系统的结构图。图2示出了根据本公开实施例的测温装置进行温度场测量的示意图。图3示出了根据本公开实施例的测温方法的流程图。具体实施方式以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。另外，为了更好的说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。图1示出了根据本公开实施例的测温系统的结构图。如图1所示，该系统100包括：图像获取装置101，用于获取被测物体的表面的图像。图像获取装置101可以是具有图像获取功能的任意装置，例如具有红R，绿G，蓝B三通道的彩色CCD相机。在使用中，图像获取装置101的镜头可对准被测物体105的表面进行拍摄。衰减率调节装置102，用于调节图像获取装置101获取图像时的光强度衰减率。衰减率调节装置102可以是衰减率可调的衰减片，或者包括不同衰减率的衰减片的衰减片组。衰减率调节装置102例如但不限于：带有转轮装置的衰减片组、相对偏振角度可调的双偏振片组合、电致衰减率变化的衰减片等。衰减率调节装置102可通过自动或手动进行衰减率的调节。衰减率调节装置102可以内置于图像获取装置101中，也可设置于图像获取装置101外部。在使用中，衰减率调节装置102可设置在图像获取装置101的镜头和被测物体的表面之间，用于对进入镜头的光强度进行衰减，并可对衰减率进行调节。温度测量装置103，用于测量被测物体105的表面的满足图像清晰度要求的区域的单点温度作为基准温度。温度测量装置例如是单点测温仪。在一种可能的实现方式中，还可以通过温度测量装置103测量被测物体的表面的满足图像清晰度要求的区域的任意一点的温度，作为与该图像对应的基准温度。其中，图像清晰度要求可根据经验人为设定，本公开对此不作限制，例如，可以根据亮度是否适中，即亮度是否在预设范围之内，来判断清晰度是否满足要求。判断图像是否满足图像清晰度要求可通过相关技术实现，本公开对此不作限制。例如，若被测物体的表面某部分的蓝通道图像的像素灰阶值在100～200之间，则判断该部分为满足图像清晰度要求的区域，并随机选择测量该部分中的某一点的温度为满足图像清晰度要求的区域的单点温度。处理装置104，用于针对所述图像进行以下处理：根据每个图像的灰阶值和灰阶阈值确定该图像中的目标区域；根据每个图像对应的基准温度，利用比色法确定该图像的目标区域的温度场；根据各图像的目标区域的温度场，确定所述被测物体的表面的温度场，其中，所述图像是通过图像获取装置和衰减率调节装置获取的、被测物体的表面在多个光强度衰减率下的图像，每个图像对应于相应的光强度衰减率；图像对应的基准温度是温度测量装置在图像获取装置获本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测温方法，其特征在于，包括：获取被测物体的表面在多个光强度衰减率下的图像，每个图像对应于相应的光强度衰减率；在获取每个图像期间，测量所述被测物体的表面的满足图像清晰度要求的区域的单点温度，作为与该图像对应的基准温度；针对所述图像进行以下处理：根据每个图像的灰阶值和灰阶阈值确定该图像中的目标区域；根据每个图像对应的基准温度，利用比色法确定该图像的目标区域的温度场；根据各图像的目标区域的温度场，确定所述被测物体的表面的温度场。

【技术特征摘要】
1.一种测温方法，其特征在于，包括：获取被测物体的表面在多个光强度衰减率下的图像，每个图像对应于相应的光强度衰减率；在获取每个图像期间，测量所述被测物体的表面的满足图像清晰度要求的区域的单点温度，作为与该图像对应的基准温度；针对所述图像进行以下处理：根据每个图像的灰阶值和灰阶阈值确定该图像中的目标区域；根据每个图像对应的基准温度，利用比色法确定该图像的目标区域的温度场；根据各图像的目标区域的温度场，确定所述被测物体的表面的温度场。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据每个图像的灰阶值和灰阶阈值确定该图像中的目标区域，包括：按照光强度衰减率由小到大的顺序，依次确定各个光强度衰减率对应的图像中的目标区域，其中每个图像的目标区域的灰阶值小于灰阶阈值，且属于该图像之前的图像的目标区域之外的区域。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据各图像的目标区域的温度场，确定所述被测物体的表面的温度场，包括：将各图像的目标区域的温度场按照目标区域的坐标进行合成，得到所述被测物体的表面的温度场。4.根据权利要求1至3中任意一项所述的方法，其特征在于，在获取每个图像期间，测量所述被测物体的表面的满足图像清晰度要求的区域的单点温度，作为与该图像对应的基准温度，包括在获取每个图像期间，测量所述被测物体的表面的满足图像清晰度要求的区域的同一位置的单点温度，作为与该图像对应的基准温度；所述方法还包括：在各图像对应的基准温度之间的差异满足条件时，针对所述图像进行所述处理。5.根据权利要求1至3中任意一项所述的方法，其特征在于，在对应于最小光强度衰减率的图像中，被测物体的表面的最暗部分满足图像清晰度要求；在对应于最大光强度衰减率的图像中，被测物体的表面的最亮部分满足图像清晰度要求。6.一种测温系统，其特征在于，所述系统包括：图像获取装置，用于获取被测物体的表面的图像；衰减率调节装置，用于调节图像获取装置获取图像时的光强度衰减率；温...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯雪，岳孟坤，屈哲，朱相宇，方旭飞，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11