[發明專利]一種頭盔式紅外測溫儀及其方法

有效

• 申請號: 201310257560.0
• 申請日: 2013-06-25
• 公開（公告）號: CN104251738B
• 公開（公告）日: 2018-09-25
• 發明（設計）人: 陳錢;許轟烈;樊曉清;張橋舟;顧國華;劉寧;隋修寶
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01J5/10
• 分類號: G01J5/10
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱顯國

1.一種頭盔式紅外測溫儀的測溫方法，其特征在于，該頭盔式紅外測溫儀包括頭盔(9)以及設置在該頭盔(9)上的探測器(1)、探測器驅動電路(2)、信號處理板(3)、電源板(4)、SD卡存儲電路(5)、LCD目鏡(6)、電池(7)和存儲按鈕(8)，其中探測器(1)設置在頭盔(9)正前方且與頭盔外壁固定為一體，LCD目鏡(6)通過支架與頭盔相連，并且LCD目鏡(6)與探測器(1)同軸；

所述探測器(1)的輸出端與探測器驅動電路(2)連接，探測器驅動電路(2)的輸出端通過信號線與信號處理板(3)連接，信號處理板(3)的圖像信號輸出端分別接入SD卡存儲電路(5)和LCD目鏡(6)，存儲按鈕(8)接入信號處理板(3)的控制端，電池(7)為電源板(4)提供總電源，電源板(4)的電源輸出端接入其它各個部件的電源端；步驟如下：

第1步，系統初始化，設定溫度報警閾值，探測器驅動電路(2)對探測器(1)進行配置，探測器(1)開始采集目標的實時圖像原始數據；

第2步，探測器驅動電路(2)接收探測器(1)發送的實時圖像原始數據，并將接收到的實時圖像原始數據發送到信號處理板(3)；

第3步，信號處理板(3)對接收到的實時圖像原始數據進行數字圖像處理，依次進行圖像測溫、圖像增強和偽彩色疊加，得到目標的溫度信息圖像；

第4步，信號處理板(3)的顯示芯片將得到的溫度信息圖像進行處理，以VGA格式輸出至LCD目鏡(6)，供人眼觀察；

上述第3步所述的數字圖像處理，具體過程如下：

(3.1)將實時圖像原始數據進行處理，利用FPGA內部的先入先出隊列fifo將實時圖像原始數據的各行數據首尾相接，得到一幀連續的原始圖像；

(3.2)經過單點校正操作將原始圖像的背景去除：采用一均勻黑體放置在探測器鏡頭前方，用探測器采集Q幀連續圖像求取每個像素點的灰度均值，確定得到背景圖像，每幀新的圖像在輸出時都與該背景圖像作差，即得到可視紅外圖像，公式如下：

式中，I_calibration(i,j)為校正后像素點(i,j)的灰度輸出值，I_original(i,j)為原始像素點(i,j)的灰度輸出值，為背景圖像像素點(i,j)的灰度輸出值，Q為校正時采集的幀數，其中Q、i、j為正整數，且200≤Q≤400，0＜i≤320，0＜j≤56；

(3.3)采用中值濾波的方式去除可視紅外圖像的高頻噪聲，得到測溫預圖像；SD卡存儲電路(5)實時采集信號處理板(3)顯示芯片所發出的測溫預圖像，并存儲到SD卡中；

(3.4)利用寬溫度范圍黑體標定技術得到測溫曲線，根據該測溫曲線確定每幀測溫預圖像中灰度即溫度最大值出現的位置，并確定該位置在整個測溫預圖像中的坐標；判斷溫度最大值是否高于預設的溫度報警閾值，若是則發出報警控制信號，控制蜂鳴器進行報警，否則不報警；

(3.5)對原始的測溫預圖像進行直方圖均衡化處理，得到正常的視覺圖像；

(3.6)通過流水線數據替代的方式在正常的視覺圖像中找到灰度即溫度最大值的位置坐標，將溫度字符疊加到該點周圍，并用方框將該點標出，得到目標的溫度信息圖像；

(3.7)將溫度信息圖像放大以適合目鏡的顯示維度；

(3.8)將放大后的溫度信息圖像經過偽彩色編碼轉換為彩色圖像；

上述第(3.4)步所述的寬溫度范圍黑體標定技術，具體步驟如下：

(3.4.1)首先將探測器置于充填了液氮的黑體腔室內進行標定：將黑體溫度從0℃開始每升高2℃采集一次圖像數據，每個標定溫度T連續采集δ幀圖像數據并記錄下來，將δ幀圖像中所有像素點的灰度值累加求出灰度值總體期望值，即探測器在該標定溫度T的實際灰度值，如下式所示：

式中，E(I_T)為標定溫度T下灰度值的總體期望值，即實際灰度值；δ為連續采集圖像的幀數，100≤δ≤400；I_T(m,n)表示標定溫度T下像素點(m,n)的灰度值，1≤m≤M，1≤n≤N；M×N為圖像的維度即圖像大小；

以標定溫度為縱坐標，灰度值為橫坐標，做出標定溫度T與實際灰度E(I_T)的第一定標曲線；

(3.4.2)將探測器置于玻璃容器內，容器內壁鍍上水銀層，探測器鏡頭與容器內壁貼合密閉，將該容器置于抽真空的黑體腔室內，按照步驟(3.4.1)的方法進行標定，做出標定溫度T與實際灰度E(I_T)的第二定標曲線；

(3.4.3)將探測器置于未經過任何處理的黑體腔室內，并保持實驗室環境恒溫恒濕，按照步驟(3.4.1)的方法進行標定，做出標定溫度T與實際灰度E(I_T)的第三定標曲線；

(3.4.4)根據三條定標曲線之間的偏差，確定每個標定溫度T對應的系統工作產生熱量補償量以及環境溫度補償量，將三條定標曲線進行修正處理得到測溫曲線，所述測溫曲線滿足二次拋物線方程：

T(X)＝aX²+bX+c (3)

式中，T(X)為圖像灰度值X對應的實際溫度值，X表示灰度值，a、b、c分別為曲線控制系數。