[發(fā)明專利]基于像素級光譜分光探測器的三維溫度場測量系統(tǒng)和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010159009.2
• 申請日: 2020-03-09
• 公開（公告）號: CN111458051B
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 袁影;王曉蕊;劉鑫;凌進中
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01K11/00
• 分類號: G01K11/00
• 代理公司: 西安嘉思特知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(普通合伙) 61230
• 代理人: 李園園

本發(fā)明公開了一種基于像素級光譜分光探測器的三維溫度場測量系統(tǒng)和方法，所述系統(tǒng)包括光場相機和數(shù)據(jù)處理模塊，光場相機用于獲得目標三維物體上所有物點不同方向的光場圖像數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理模塊用于根據(jù)光場圖像數(shù)據(jù)獲得目標三維物體的三維溫度場真實溫度，其中，光場相機包括依次設(shè)置的光闌、主透鏡、微透鏡陣列和像素級光譜分光探測器，像素級光譜分光探測器包括相互緊貼設(shè)置的濾波片陣列和探測器像素陣列，其中，濾波片陣列位于微透鏡陣列與探測器像素陣列之間，濾波片陣列包括具有不同波長的多個光譜濾波片。該三維溫度場測量系統(tǒng)和方法一次拍攝即可獲得目標三維物體的多光譜信息，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單且數(shù)據(jù)采樣方便。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于溫度測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于像素級光譜分光探測器的三維溫度場測量系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

三維溫度場測量廣泛存在于各個領(lǐng)域，如武器研制、汽車的內(nèi)燃機、電站鍋爐、航天火箭和航空飛機的發(fā)動機等，特別地，火炮、導彈戰(zhàn)斗部等武器爆炸產(chǎn)生的高溫火球三維溫度場是評估殺傷力、炸藥原材料配比的重要指標，對更新加速武器發(fā)展和國防建設(shè)有著重要的意義。

目前的溫度測試方法一般分為接觸式測溫法和非接觸式測溫法。接觸式測溫裝置往往存在許多限制和安全隱患，僅能獲得測量對象某些特定位置的單點溫度值，響應速度較慢且誤差較大。在非接觸式測量方法中，激光診斷法具有較高的測量精度，但系統(tǒng)復雜，對環(huán)境和儀器精度都提出很高的要求；單相機的紅外輻射成像測溫方法僅能實現(xiàn)點、線、面的一維或二維測量，基于相機陣列的三維溫度場測量存在系統(tǒng)復雜，體積龐大、調(diào)試繁瑣等問題。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種基于像素級光譜分光探測器的三維溫度場測量系統(tǒng)和方法。本發(fā)明要解決的技術(shù)問題通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

本發(fā)明的一個方面提供了一種基于像素級光譜分光探測器的三維溫度場測量系統(tǒng)，包括光場相機和數(shù)據(jù)處理模塊，所述光場相機用于獲得目標三維物體上所有物點不同方向的多光譜光場圖像數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)處理模塊用于根據(jù)所述多光譜光場圖像數(shù)據(jù)獲得所述目標三維物體的三維溫度場真實溫度，其中，

所述光場相機包括依次設(shè)置的光闌、主透鏡、微透鏡陣列和像素級光譜分光探測器，所述像素級光譜分光探測器包括相互緊貼設(shè)置的濾波片陣列和探測器像素陣列，其中，所述濾波片陣列位于所述微透鏡陣列與所述探測器像素陣列之間，所述濾波片陣列包括具有不同波長的多個光譜濾波片。

在本發(fā)明的一個實施例中，所述微透鏡陣列包括多個微透鏡，所述探測器像素陣列包括多個陣列排布的探測器像素單元，其中，每個所述微透鏡的尺寸均相同。

在本發(fā)明的一個實施例中，每個所述微透鏡的尺寸與每個所述光譜濾波片的尺寸相同，每個所述光譜濾波片覆蓋k×k個所述探測器像素單元，k≥1。

在本發(fā)明的一個實施例中，所述濾波片陣列的總波長范圍為(λ₁,λ_N)，其中，N表示所述濾波片陣列的波長數(shù)目，

λ₁＝b/T₁,λ_N＝b/T_N,b＝2.898×10^-3m·K，(T₁,T_N)為所述三維溫度場測量系統(tǒng)的最大測溫范圍。

在本發(fā)明的一個實施例中，所述濾波片陣列中每個光譜濾波片的波長分別為λ₁,λ₂,…,λ_N，其中，λ_i＝λ₁+(i-1)(λ_N-λ₁)/(N-1)，i＝1,2,…,N。

本發(fā)明的另一方面提供了一種基于像素級光譜分光探測器的三維溫度場測量方法，所述方法通過上述實施例中任一項所述三維溫度場測量系統(tǒng)執(zhí)行，所述方法包括：

確定所述光場相機中每個光譜濾波片的波長；