[發明專利]基于高速成像技術的瞬態溫度場測試方法及其測試系統

在審

• 申請號: 201811463395.3
• 申請日: 2018-12-03
• 公開（公告）號: CN109506782A
• 公開（公告）日: 2019-03-22
• 發明（設計）人: 狄長安;周釔捷
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01J5/00
• 分類號: G01J5/00
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱沉雁

1.一種基于高速成像技術的瞬態溫度場測試方法，其特征在于，利用彩色高速攝像機（4）對溫度測量的時間分辨率為10^-5s，測溫范圍為1200-3300攝氏度的瞬態溫度場（1）進行測量，得到溫度分布的渲染圖像及相關溫度特征參數，具體包括以下步驟：

步驟1：利用高溫黑體爐，對彩色高速攝像機（4）、鏡頭（3）及中性密度濾光片（2）的組合進行標定，同時進行相機拍攝過飽和的抑制，獲取多段圖像RGB灰度值對應溫度的轉換模型及其相對應的彩色高速攝像機（4）、鏡頭（3）及中性密度濾光片（2）的設定參數；

步驟2：依據所要分析的瞬態溫度場（1）預估的溫度范圍，選擇相應的彩色高速相機（4）、鏡頭（3）及中性密度濾光片（2）設定參數，之后應用彩色高速攝像機（4）拍攝瞬態溫度場（1）的視頻；

步驟3：對瞬態溫度場（1）視頻的每幀圖像進行圖像預處理，除去異常的數據點的同時將溫度區域與背景分割，并提取出有效的溫度場；

步驟4：針對圖像分割所得到的有效溫度場，將其每個像素點的R、G、B值帶入相對應的溫度轉換模型，得出每個像素點所表征的溫度值，進而得到整個有效溫度場的溫度；

步驟5：依據每個像素點所表征的溫度值，建立溫度分布渲染圖像，并對溫度場進行統計學分析，得到平均溫度、最高溫度及其位置、相關的溫度曲線。

2.根據權利要求1所述的基于高速成像技術的瞬態溫度場測試方法，其特征在于，步驟1中對彩色高速攝像機（4）、鏡頭（3）及中性密度濾光片（2）多元融合的標定方法為：

針對瞬態高溫場的溫度范圍，利用高溫黑體爐在1200攝氏度至3000攝氏度的區間內進行分段標定，一段溫度區間對應一種彩色高速攝像機（4）、鏡頭（3）及中性密度濾光片（2）組合的參數設定，參數設定的目的就是保證該溫度范圍內所采集的標定圖像的R通道的灰度值在20至240的區間內；在各段溫度區間內，高溫黑體爐每升高50攝氏度彩色高速攝像機（4）采集一次黑體圖像，直至黑體圖像中R通道的灰度值達到240±3，則為該組參數設定方案標定溫度區間的上限，之后改變組合設定的參數進行下一個溫度段的標定。

3.根據權利要求2所述的基于高速成像技術的瞬態溫度場測試方法，其特

征在于：中性密度濾光片（2）選用光線通過率能夠多檔調節的濾光片，鏡頭（3）依據所需測量距離的遠近能夠搭配不同焦距的鏡頭組合。

4.根據權利要求1所述的基于高速成像技術的瞬態溫度場測試方法，其特征在于，步驟1和步驟2中拍攝瞬態溫度場（1）過程中相機過飽和的抑制及拓展測溫上限的方法：通過調整彩色高速攝像機（4）的曝光時間、鏡頭（3）的光圈大小、中性密度濾光片（2）的通光率這三個組合的參數設定，使彩色高速攝像機（4）拍攝瞬態溫度場（1）的過程中始終工作在非飽和區，并且也提升了彩色高速攝像機（4）的工作區域以及溫度的測量上限；同時，對最高溫度段標定時應預留部分圖像R通道灰度值的上升空間，也就是當黑體爐的溫度達到上限時，黑體圖像R通道的灰度值應位于180±5，拓展溫度測量上限的同時也保證了建立溫度轉換模型的精度。

5.根據權利要求1所述的基于高速成像技術的瞬態溫度場測試方法，其特征在于，步驟1中多段圖像RGB灰度值對應溫度的轉換模型的建立如下：

若該段溫度范圍內，標定圖像R、G、B的灰度值與溫度之間存在線性關系，則在該溫度段內利用最小二乘法或者神經網絡擬合溫度-RGB曲線，建立圖像RGB值與溫度的對應轉換模型；若該段溫度范圍內，標定圖像R、G、B的灰度值與溫度之間不存在線性關系，則在該溫度段內建立圖像R、G值與溫度的對應轉換模型。