一种应用于智能监控系统的实时红外测温方法技术方案

本发明专利技术属于红外测温领域，具体涉及一种应用于智能监控系统的实时红外测温方法，通过标定不同环境温度下，探测器对不同黑体温度的输出响应，分析不同环境温度和不同黑体温度下探测器输出响应规律，建立红外测温一阶模型，依据测温模型和探测器输出响应动态范围快速反演被测物体温度。与现有技术相比较，本发明专利技术通过分析不同环境温度、不同黑体温度对应的探测器响应输出，建立红外测温一阶模型，同时结合探测器输出响应动态范围实现快速红外测温功能，可以应用于智能监控系统可实现全监控区域温度的实时监测。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于智能监控系统的实时红外测温方法
本专利技术属于红外测温领域，具体涉及一种应用于智能监控系统的实时红外测温方法，其涉及红外测温数据标定、红外测温模型建立和被测物体温度快速反演技术。
技术介绍
非制冷红外成像系统具有小型化、低成本、低功耗、全天候工作等优点，广泛应用于智能监控领域。红外测温技术是红外成像系统的重要应用之一，目前的红外测温算法模型为被测物体温度与对应的探测器输出响应高阶拟合曲线，计算复杂度高，难以在智能监控系统中实现全监控区域温度的实时监测。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术要解决的技术问题是：针对现有测温方法实时性差的问题，提出一种快速的红外测温方法。(二)技术方案为解决上述技术问题，本专利技术提供一种应用于智能监控系统的实时红外测温方法，通过标定不同环境温度下，探测器对不同黑体温度的输出响应，分析不同环境温度和不同黑体温度下探测器输出响应规律，建立红外测温一阶模型，依据测温模型和探测器输出响应动态范围快速反演被测物体温度。其中，所述实时红外测温方法包括如下步骤：步骤1：标定不同环境温度、不同黑体温度对应的探测器输出响应；步骤2：建立同一黑体温度、不同环境温度对应的探测器输出响应关系；步骤3：建立同一环境温度、不同黑体温度对应的探测器输出响应关系；步骤4：依据步骤2级步骤3的响应关系建立红外测温一阶模型；步骤5：依据测温模型和探测器输出响应动态范围快速反演被测物体温度。其中，根据热辐射理论，目标表面温度和探测器输出响应关系如公式(1)所述：Vs＝K{τα[εf(T0)+(1-α)f(Tu)]+εαf(Tα)}(1)式中，Vs为与辐射功率相对应的信号电压；τα为大气光谱透射率；ε为目标表面发射率；α为目标光谱吸收率；T0为目标表面温度；Tu为目标环境温度；Tα为大气温度；εα为大气发射率；K＝ARA0d-2，AR为红外成像系统最小张角所对应的目标可视面积，d为该目标到测量仪的距离，A0为红外成像系统的透镜面积，是定值，因此K在此式中被认为是一个参数常量；Rλ为探测器的光谱响应度，Lbλ(T)为物体表面的光谱辐射亮度；对于一些非金属表面，若满足灰体近似，则ε＝α；对于大气，认为εα＝αα＝1-τα，则：VS＝K{τα[εf(T0)+(1-ε)f(Tu)]+(1-τα)f(Tα)}(2)在近距离进行测量时，可以忽略大气吸收，则τα＝1，则：VS＝K[εf(T0)+(1-ε)f(Tu)](3)当被测表面为标准辐射源黑体时，发射率ε＝1，则由式(3)可进一步得到：VS＝Kf(T0)(4)由普朗克辐射定律可知：式中，c1＝3.7418×10-4W·cm2为第一辐射常数，c2＝1.4388cm·K为第二辐射常数。假设探测器响应波段为[0，+∞]，即全波段，由式(6)积分可得：f(T)＝CT4(6)式中，C为比例常数，将式(6)带入式(4)，得到：对于非制冷红外探测器，辐射功率对应的信号电压Vs与探测器输出响应灰度G呈线性关系，根据式(7)得到探测器输出灰度G与黑体辐射温度T0的关系为：式中，a为线性关系斜率、b为线性关系截距。其中，在实际工程应用中，非制冷红外探测器响应波段为[8μm,14μm]，因此，探测器输出响应与黑体辐射温度关系只能为公式(8)。其中，对于同一黑体温度、不同环境温度下对应的探测器输出响应模型；将探测器和黑体放置在温度控制箱内，从-20℃到50℃以5℃为间隔设置温箱温度，记录探测器对不同黑体温度的输出响应。其中，当探测器工作的环境温度变化较大时，对同一黑体温度，探测器输出响应为非线性，当探测器工作环境温度范围较窄时，对同一黑体温度，探测器输出响应近似为线性；因此，在温度标定时，可适当缩短环境温度标定间隔，采用多段线性关系表征环境温度和探测器响应输出关系。其中，对于同一环境温度、不同黑体温度下对应的探测器输出响应模型；将探测器和黑体放置在温度控制箱内，从5℃到80℃以5℃为间隔设置黑体温度，记录探测器对不同环境温度的输出响应。其中，同一环境温度下，探测器对宽温度范围黑体输出响应为非线性，当黑体温度范围较窄时，探测器输出响应近似为线性；因此，在温度标定时，可适当缩短黑体温度标定间隔，采用多段线性关系表征黑体温度和探测器响应输出关系。(三)有益效果与现有技术相比较，本专利技术通过分析不同环境温度、不同黑体温度对应的探测器响应输出，建立红外测温一阶模型，同时结合探测器输出响应动态范围实现快速红外测温功能。该方法应用于智能监控系统可实现全监控区域温度的实时监测。附图说明图1为不同环境温度与探测器响应输出关系示意图。图2为不同黑体温度与探测器响应输出关系示意图。图3为本方法原理框图。图4为温度测量误差曲线示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。为解决现有技术问题，本专利技术提供一种应用于智能监控系统的实时红外测温方法，其通过标定不同环境温度下，探测器对不同黑体温度的输出响应，分析不同环境温度和不同黑体温度下探测器输出响应规律，建立红外测温一阶模型，依据测温模型和探测器输出响应动态范围快速反演被测物体温度。其中，所述实时红外测温方法包括如下步骤：步骤1：标定不同环境温度、不同黑体温度对应的探测器输出响应；步骤2：建立同一黑体温度、不同环境温度对应的探测器输出响应关系；步骤3：建立同一环境温度、不同黑体温度对应的探测器输出响应关系；步骤4：依据步骤2级步骤3的响应关系建立红外测温一阶模型；步骤5：依据测温模型和探测器输出响应动态范围快速反演被测物体温度。其中，根据热辐射理论，目标表面温度和探测器输出响应关系如公式(1)所述：Vs＝K{τα[εf(T0)+(1-α)f(Tu)]+εαf(Tα)}(1)式中，Vs为与辐射功率相对应的信号电压；τα为大气光谱透射率；ε为目标表面发射率；α为目标光谱吸收率；T0为目标表面温度；Tu为目标环境温度；Tα为大气温度；εα为大气发射率；K＝ARA0d-2，AR为红外成像系统最小张角所对应的目标可视面积，d为该目标到测量仪的距离(通常在一定条件下，A0d-2为常值)，A0为红外成像系统的透镜面积，是定值，因此K在此式中可被认为是一个参数常量；Rλ为探测器的光谱响应度，Lbλ(T)为物体表面的光谱辐射亮度；对于一些非金属表面，若满足灰体近似，则ε＝α；对于大气，认为εα＝αα＝1-τα，则：VS＝K{τα[εf(T0)+(1-ε)f(Tu)]+(1-τα)f(Tα)}(2)在近距离进行测量时，可以忽略大气吸收，则τα＝1，则：VS＝本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于智能监控系统的实时红外测温方法，其特征在于，通过标定不同环境温度下，探测器对不同黑体温度的输出响应，分析不同环境温度和不同黑体温度下探测器输出响应规律，建立红外测温一阶模型，依据测温模型和探测器输出响应动态范围快速反演被测物体温度。/n

【技术特征摘要】
1.一种应用于智能监控系统的实时红外测温方法，其特征在于，通过标定不同环境温度下，探测器对不同黑体温度的输出响应，分析不同环境温度和不同黑体温度下探测器输出响应规律，建立红外测温一阶模型，依据测温模型和探测器输出响应动态范围快速反演被测物体温度。


2.如权利要求1所述的应用于智能监控系统的实时红外测温方法，其特征在于，所述实时红外测温方法包括如下步骤：
步骤1：标定不同环境温度、不同黑体温度对应的探测器输出响应；
步骤2：建立同一黑体温度、不同环境温度对应的探测器输出响应关系；
步骤3：建立同一环境温度、不同黑体温度对应的探测器输出响应关系；
步骤4：依据步骤2级步骤3的响应关系建立红外测温一阶模型；
步骤5：依据测温模型和探测器输出响应动态范围快速反演被测物体温度。


3.如权利要求1所述的应用于智能监控系统的实时红外测温方法，其特征在于，根据热辐射理论，目标表面温度和探测器输出响应关系如公式(1)所述：
Vs＝K{τα[εf(T0)+(1-α)f(Tu)]+εαf(Tα)}(1)
式中，Vs为与辐射功率相对应的信号电压；τα为大气光谱透射率；ε为目标表面发射率；α为目标光谱吸收率；T0为目标表面温度；Tu为目标环境温度；Tα为大气温度；εα为大气发射率；K＝ARA0d-2，AR为红外成像系统最小张角所对应的目标可视面积，d为该目标到测量仪的距离，A0为红外成像系统的透镜面积，是定值，因此K在此式中被认为是一个参数常量；

Rλ为探测器的光谱响应度，Lbλ(T)为物体表面的光谱辐射亮度；
对于一些非金属表面，若满足灰体近似，则ε＝α；对于大气，认为εα＝αα＝1-τα，则：
VS＝K{τα[εf(T0)+(1-ε)f(Tu)]+(1-τα)f(Tα)}(2)
在近距离进行测量时，可以忽略大气吸收，则τα＝1，则：
VS＝K[εf(T0)+(1-ε)f(Tu)](3)
当被测表面为标准辐射源黑体时，发射率ε＝1，则由式(3)可进一步得到：
VS＝Kf(T0)(4)
由普朗克辐射定律可知：



式中，c1...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙琳，马群，赵越，杨贺，
申请(专利权)人：天津津航技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：天津;12