[發明專利]非制冷測溫熱像儀輻射標定與溫度測量方法

有效

• 申請號: 201911190023.2
• 申請日: 2019-11-28
• 公開（公告）號: CN111024238B
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發明（設計）人: 常婧璇;毛嵩程;李科
• 申請（專利權）人: 天津津航技術物理研究所
• 主分類號: G01J5/00
• 分類號: G01J5/00;G01J5/08
• 代理公司: 中國兵器工業集團公司專利中心 11011
• 代理人: 周恒

1.一種非制冷測溫熱像儀輻射標定與溫度測量方法，其特征在于，所述測量方法的實施過程分為兩個階段：

第一階段為輻射溫度標定階段，第二階段為溫度測量階段；

其中，輻射溫度標定結果作為測溫運算階段的輸入，需要提前進行標定；而在進行輻射溫度標定之前，先在非制冷紅外熱像儀鏡頭上安裝溫度傳感器，通過數據線纜與計算機相連可實時獲取到鏡頭溫度與非制冷探測器焦平面溫度，為標定過程提供硬件設備保障；

所述輻射溫度標定階段包括如下步驟：

步驟11：將黑體和紅外成像器放置在溫箱中，根據非制冷測溫熱像儀使用的環境溫度條件，在其工作溫度范圍內，每間隔ΔT_env設置一個標定溫度點；

步驟12：在每一標定溫度點T_env處，對非制冷測溫熱像儀保溫到位；保溫結束后，將黑體溫度調整至測溫范圍內的某一點，記錄此時的黑體溫度Tb'，從非制冷測溫熱像儀通電開始進行計時，每間隔時間Δt，記錄該時刻的鏡頭溫度與焦平面溫度，單位為℃，并采集該時刻的紅外圖像，記錄紅外圖像中黑體目標的灰度均值，直至鏡頭溫度與焦平面溫度達到穩定為止，記錄下從開機至到達穩定狀態的時間t_balance；

步驟13：在焦平面溫度達到穩定后，根據所需的測溫范圍以每ΔT_black的間隔調整黑體溫度，記錄每一黑體溫度處的紅外圖像，以獲取不同目標溫度T_black下的紅外圖像中黑體目標的灰度均值GI(T_black)，至此，每個標定點都可以得到一條灰度均值GI(T_black)—黑體溫度T_black的對應關系；

步驟14：溫箱升溫5℃，重復步驟12和步驟13，直至完成所有的標定溫度點的圖像采集；

所述溫度測量階段包括如下步驟：

步驟21：焦平面溫度穩定狀態下的溫度測量；包括：

步驟211：開機查詢鏡頭溫度TE，認為此時的鏡頭溫度等于環境溫度，選擇最鄰近的三個標定的環境溫度點TE₁、TE₂、TE₃；

針對TE₁、TE₂、TE₃每一標定的環境溫度點，在黑體溫度為TB_n時，得到對應的三個圖像灰度均值，分別為GI₁、GI₂、GI₃；

通過二次插值，計算得到該鏡頭溫度TE下黑體溫度TB_n時的圖像灰度均值GI_n(TB_n)；

步驟212：根據公式(1)得鏡頭溫度TE下，每間隔20℃黑體溫度下的一系列圖像灰度均值，對這些灰度均值進行二次多項式擬合，得到鏡頭溫度TE下的一條圖像灰度均值GI——黑體溫度TB_TE對應曲線TB_TE(GI)，則可以求得焦平面溫度穩定時的場景輻射溫度；

假設TB_TE(GI)＝a₂GI²+a₁GI+a₀

則

步驟22：開機至焦平面溫度穩定時的溫度測量；包括：

步驟221：對于開機至焦平面溫度穩定的過程中，根據公式(2)的方法對每一個標定環境溫度，計算出測量的輻射溫度，由此得到一條鏡頭溫度與焦平面溫度差值x_n——測量溫度與黑體溫度差值f(x_n)關系曲線，將曲線按照一次函數擬合處理，根據最小二乘法，得到曲線f(x_n)的斜率k_n與截距b_n；

f(x_n)＝k_nx_n+b_n (3)

步驟222：開機查詢鏡頭溫度，根據鏡頭溫度T_l，查詢最鄰近的兩個環境溫度T_m和T_m+1；

此時，鏡頭溫度與焦平面溫度差值x_m和x_m+1——測量溫度與黑體溫度差值曲線f(x_m)和f(x_m+1)，通過線性插值，得到該鏡頭溫度處的鏡頭溫度與焦平面溫度差值x——測量溫度與黑體溫度差值曲線f(x)，并得到曲線的斜率k，截距b；

f(x)＝kx+b (4)

步驟223：當鏡頭溫度為T_l時，通過曲線f(x)＝kx+b，得到，當開機時長t_lt_balance時，圖像灰度均值為GI_l，鏡頭溫度與焦平面溫度差值x_l，同時，根據步驟21的內容，得到測量溫度TB(GI_l)；

從而，求得場景真實測量溫度為TB_l；

TB_l＝TB(GI_l)-kx_l-b (5)。