[發明專利]一種RAW圖像輻射測溫裝置及方法

有效

• 申請號: 201410386911.2
• 申請日: 2014-08-07
• 公開（公告）號: CN104180908B
• 公開（公告）日: 2017-04-19
• 發明（設計）人: 張向宇;呂偉;張波;向小鳳;徐宏杰
• 申請（專利權）人: 華能國際電力股份有限公司;西安熱工研究院有限公司
• 主分類號: G01J5/60
• 分類號: G01J5/60;H04N5/232;H04L29/08;G06T7/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司61200
• 代理人: 徐文權

技術領域

本發明涉及輻射圖像測溫技術，具體為一種RAW圖像輻射測溫裝置及其方法。

背景技術

基于多光譜比色原理的輻射圖像測溫方法原理簡單(CN101476939，一種雙CCD溫度場測量裝置及方法；CN200920107971，一種基于彩色CCD的多譜色輻射測溫裝置；CN201210417758，一種測量目標真實溫度的輻射測溫方法和儀器)，制約其推廣應用的瓶頸在于測量元件的動態響應范圍，主要涵蓋兩個方面：1)響應火焰亮度梯度變化，即兼顧信號過強和過弱，由各譜色通道相對量限定；2)響應不同溫度下火焰輻射，即適應燃燒工況的變化，由各譜色通道絕對量限定。

CCD圖像傳感器被廣泛用來獲取火焰輻射圖像，其動態響應范圍主要決定于快門速度(曝光時間)和白平衡兩項參數。相關研究通過設置白平衡增益組合來獲得動態響應范圍更寬的火焰圖像檢測能力，如中國專利ZL01106579.6公開的一種爐膛燃燒溫度圖像檢測方法；中國專利CN200710202226公開的一種高動態范圍圖片擷取裝置及方法，則利用多快門圖像軟件合成來實現高動態范圍的圖片拍攝。

隨著CCD硬件水平和圖像處理技術的發展，RAW格式圖像數據開始受到廣泛關注，如中國專利CN201010238438所公開的基于數碼相機的圖像亮度計及其測量方法，就是利用RAW圖像來測量場景亮度；又如中國專利CN200810082245所公開的圖像捕獲設備和圖像處理方法。RAW圖像就是CMOS/CCD圖像傳感器將捕捉到的光源信號轉化為數字信號的原始數據，存儲為CFA彩色濾波數組，數據位數一般為12或14位(由A/D轉換電路決定)。與jpeg或bmp圖像相比，RAW圖像不受色彩空間、銳化值、白平衡、對比度、降噪等相機設置的影響，保留了被測對象原始輻射信息，更適合用于輻射圖像測溫分析。RAW數據的高位數能夠擴展各譜色通道的數值范圍，從而改善其相對分布，但在各譜色絕對量限定上，測溫過程仍然受到相機快門速度的制約。并且傳統的輻射圖像測溫方法中，需要對每個相機快門速度分別進行標定，并擬合得到不同快門速度下的標定常數，而且測量時所選快門速度必須與標定過程的一致，這極大增加了標定過程的復雜性，制約了輻射測溫方法的應用范圍。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種標定簡單，高精度，寬動態范圍的RAW圖像輻射測溫裝置及方法。

本發明是通過以下技術方案來實現：

本發明一種RAW圖像輻射測溫方法，包括如下步驟，

1)RAW圖像采集及保存；從CCD攝像機中輸出RAW格式圖像數據，經線性插值后，保存為真色彩RGB圖像；

2)數據處理；根據RAW格式圖像數據計算得到RAW圖像灰度信號，根據RAW圖像灰度信號設置CCD攝像機曝光時間，并記錄保存曝光時間信號；從真色彩RGB圖像中提取各通道譜色值；由譜色值與曝光時間的比值得到圖像檢測數據；

3)黑體爐標定；通過黑體爐標定圖像檢測數據與黑體爐的入射輻射強度之間的轉換比例系數，得到作為標定常數的轉化比例系數；

4)圖像溫度及輻射率計算；通過CCD攝像機連續采集輻射圖像，提取每個像素R、G或B中任意兩個通道的譜色信號和曝光時間信號；由標定常數修正為對應提取的兩個基色波長下的單色輻射強度信號，根據比色測溫原理計算得到圖像溫度及輻射率。

優選的，步驟1)中，CCD攝像機圖像輸出選擇為Bayer-RGGB模式，線性插值采用如下公式：

P_red＝R P_green＝(G₁+G₂)/2 P_blue＝B

式中，(P_red,P_green,P_blue)為真色彩圖像中每個像素RGB通道譜色值；(R,G₁,G₂,B)為RAW圖像中CFA彩色濾波數組。

優選的，步驟2)中，調整CCD攝像機曝光時間的依據為保證圖像平均灰度處于控制范圍內，如下公式所示：

式中，G(i,j)為像素單元(i,j)對應的灰度信號；L、W為CCD攝像機靶面尺寸；S為CCD攝像機曝光時間，單位為ms；G_min、G_max為灰度信號控制范圍。

優選的，步驟3)中，利用黑體爐標定獲得如下3個轉換比例系數：