[發(fā)明專利]一種選取最優(yōu)回歸模型的紅外測溫方法

在審

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• 申請日: 2022-06-17
• 公開（公告）號: CN114878001A
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周姝穎;姜立濤;黃安明;趙勛;朱裕莎;曾衡東
• 申請（專利權(quán)）人: 成都市晶林科技有限公司
• 主分類號: G01J5/00
• 分類號: G01J5/00;G06T7/00;G06T7/90
• 代理公司: 成都金英專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51218
• 代理人: 袁英

本發(fā)明公開了一種選取最優(yōu)回歸模型的紅外測溫方法，包括以下具體步驟：采集熱像儀圖像與焦平面溫度數(shù)據(jù)；根據(jù)焦平面溫度TP建立待擬合多項(xiàng)式F（TP）函數(shù)組；根據(jù)目標(biāo)溫度T和焦平面溫度TP建立多項(xiàng)式F（T，TP）函數(shù)組；分別處理F（TP）函數(shù)組和F（T，TP）函數(shù)組，得到各函數(shù)的參數(shù)集合和R值；設(shè)定閾值thr_R1和閾值thr_R2；通過將F（TP）函數(shù)組和F（T，TP）函數(shù)組的R值與設(shè)定閾值相比較，判斷得到最優(yōu)函數(shù)模型及最有函數(shù)參數(shù)；將得到最優(yōu)函數(shù)模型及最有函數(shù)參數(shù)下載到熱像儀中，獲取熱像儀當(dāng)前焦平面溫度TP與當(dāng)前目標(biāo)溫度圖像值Y，求得目標(biāo)溫度T，完成由圖像值到溫度值的映射。本發(fā)明算法自動選取最優(yōu)模型計(jì)算，減少算法配置參數(shù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及紅外測溫技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種選取最優(yōu)回歸模型的紅外測溫方法。

背景技術(shù)

自然界中一切溫度高于絕對零度的物體，每時每刻都輻射出紅外線。紅外測溫就是利用場景中物體本身的熱輻射，對目標(biāo)進(jìn)行紅外成像，并進(jìn)行溫度顯示。隨著工農(nóng)業(yè)、國防事業(yè)、醫(yī)學(xué)的發(fā)展，對溫度測量要求越來越高。如在開機(jī)的情況下對機(jī)械設(shè)備、電力設(shè)備、生產(chǎn)設(shè)備等進(jìn)行溫度測量，在不造成產(chǎn)品的污染或損壞的情況下，對生產(chǎn)過程中或倉庫里的產(chǎn)品溫度進(jìn)行測量等需求日益增多的情況下，紅外測溫作為非接觸、無損測量的測溫技術(shù)受到了廣泛的關(guān)注。

當(dāng)紅外熱像儀對物體成像時，物體表面向外輻射紅外線，經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)后將代表物體表面溫度的輻射能量匯聚到探測器上，探測器輸出電信號的幅度與輸入輻射能量的大小成正比，經(jīng)信號處理及計(jì)算，在顯示器上顯示出對應(yīng)于物體表面溫度分布的熱像圖。

由于紅外溫度測量的測溫精度與物體發(fā)射率、環(huán)境輻射、紅外探測器靶面溫度、紅外熱像儀響應(yīng)非均勻性及灰度漂移、定標(biāo)及數(shù)據(jù)處理算法等多種因素有關(guān)。可見要獲得高精度，高準(zhǔn)確度的物體表面溫度比較困難，同時誤差項(xiàng)也比較多，影響了紅外測溫在諸多技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用。因此如何有效消減各種因素的影響，提高紅外成像測溫的精度是解決該領(lǐng)域應(yīng)用的重中之重。

目前對于物體發(fā)射率、紅外熱像儀響應(yīng)非均勻性及灰度漂移的研究已經(jīng)日漸成熟，而在定標(biāo)及數(shù)據(jù)處理算法上以及環(huán)境輻射、紅外探測器靶面溫度對紅外測溫數(shù)據(jù)的影響等方面所采用的方法大致為以下方面。

紅外熱像儀采集到的二維圖像代表著目標(biāo)表面的熱輻射分布，也代表著目標(biāo)的溫度信息。但是由于目標(biāo)溫度與探測器接收的輻射能量不是簡單的線性關(guān)系，而是非線性，另外還會受到環(huán)境溫度、目標(biāo)的表面發(fā)射率、探測器靶面溫度等的影響，因此并不能直接從紅外成像系統(tǒng)輸出的熱圖像得到目標(biāo)的定量的溫度值，而只是定性的表示。為了根據(jù)目標(biāo)的熱圖像得到目標(biāo)的絕對溫度，需要通過定標(biāo)來建立圖像灰度與目標(biāo)溫度的對應(yīng)關(guān)系。定標(biāo)一般是以標(biāo)準(zhǔn)輻射源(常為高精度、高發(fā)射率的黑體)為基準(zhǔn)源，用熱成像系統(tǒng)采集在不同溫度下的輻射圖像，然后根據(jù)輻射圖像的灰度和黑體真實(shí)溫度值擬合出圖像灰度與溫度的關(guān)系曲線，實(shí)際測溫應(yīng)用時，可以根據(jù)定標(biāo)的關(guān)系曲線和采集到的目標(biāo)的灰度值計(jì)算出目標(biāo)的絕對溫度，實(shí)現(xiàn)測溫。

如今常見的定標(biāo)主要有兩種：近距離擴(kuò)展源法和遠(yuǎn)距離小源法。近距離擴(kuò)展源法要求定標(biāo)源的面積必須充滿紅外成像系統(tǒng)的整個視場。在遠(yuǎn)距離小源法中，把定標(biāo)黑體源置于離開熱像儀足夠遠(yuǎn)的距離上，使它處于熱像儀的視場范圍之內(nèi)并能夠清晰成像，但不能充滿視場。為了減少大氣對紅外線的吸收，以及紅外熱像儀響應(yīng)非均勻性因素的影響一般采用近距離擴(kuò)展源法。

而在數(shù)據(jù)處理上常用的處理方法主要有兩種：擬合曲線法和查找表法。擬合曲線法，采用最小二乘法對采集到的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到一條溫度與灰度對應(yīng)關(guān)系的擬合曲線，擬合曲線法具有定標(biāo)樣本點(diǎn)少、定標(biāo)工作量小的優(yōu)點(diǎn)，但因擬合曲線時會存在誤差，因此會影響到測溫精度的提高。查找表法是把定標(biāo)的樣本點(diǎn)建立一個數(shù)據(jù)庫，也就是查找表，實(shí)際測溫時根據(jù)得到的目標(biāo)圖像灰度值查表即可得到目標(biāo)的溫度。查找表法必須建立足夠多的樣本點(diǎn)才可以取得很高的精度，所以建立樣本數(shù)據(jù)庫的難度較大，耗時較長，特別是測溫范圍比較寬時，定標(biāo)周期將會很長。