[發明專利]超參數多項式物理模型的測溫紅外熱像儀標定方法及裝置

有效

• 申請號: 202010170234.6
• 申請日: 2020-03-13
• 公開（公告）號: CN111256835B
• 公開（公告）日: 2022-07-19
• 發明（設計）人: 馮斌
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G01J5/48
• 分類號: G01J5/48
• 代理公司: 西安匠成知識產權代理事務所(普通合伙) 61255
• 代理人: 陳嬋歌

本發明公開了超參數多項式物理模型的測溫紅外熱像儀標定方法，包括如下步驟：在不同溫度組合條件下采集本底紅外圖像；構建帶有超參數和未知系數的多項式；標定出不同超參數條件下多項式的未知系數；利用標定出的超參數多項式估計探測器像元對應的溫度測量值；得到紅外圖像對應的溫度場圖像。本發明還公開了超參數多項式物理模型的測溫紅外熱像儀標定裝置。本發明利用超參數多項式來擬合紅外鏡頭的工作溫度、探測器焦平面的工作溫度、探測器像元的像素值三者與探測器像元對應溫度測量值的映射關系，并利用最小二乘方法估計超參數多項式的系數，使得本發明提出的測溫紅外熱像儀標定方法具有無需機械擋片、操作過程簡單、測溫精度高的優點。

技術領域

本發明屬于紅外輻射測量技術領域，具體涉及一種超參數多項式物理模型的測溫紅外熱像儀標定方法及裝置。

背景技術

測溫紅外熱像儀是獲取目標紅外輻射特性的核心器件。紅外熱像儀由紅外鏡頭、紅外焦平面探測器、測溫信息處理單元構成。紅外熱像儀的前端為紅外鏡頭，紅外鏡頭的透過率和折射率對環境溫度敏感，環境溫度變化將影響紅外鏡頭的紅外輻射特性，造成紅外熱像儀對恒定紅外場景輻射的響應值發生漂移，從而影響紅外熱像儀對場景溫度測量的精度。紅外熱像儀測量場景溫度過程中，紅外探測器焦平面的工作溫度變化將改變場景紅外輻射輸入與探測器響應輸出之間的映射關系，從而影響紅外熱像儀對場景溫度測量的精度。由于紅外焦平面探測器材料和工藝水平等限制，紅外焦平面陣列各像元對均勻紅外輻射場的響應存在非均勻性，造成紅外熱像儀難以對紅外輻射場進行精確測量。

紅外熱像儀的紅外鏡頭工作溫度、探測器焦平面的工作溫度、探測器焦平面的非均勻性，這三種因素降低紅外熱像儀的測溫精度，需要對紅外熱像儀進行標定，常見的紅外熱像儀標定方法歸納如下：

針對紅外鏡頭溫度變化對測溫精度的影響，典型的標定方法為：在標定處理過程中，利用預先測量得到的在不同環境溫度下紅外鏡頭的紅外輻射數據，對紅外熱像儀輸出的原始測溫數據進行補償處理，以補償紅外鏡頭溫度變化引起的測量誤差；針對紅外探測器焦平面的工作溫度對測溫精度影響，現有基于探測器焦平面工作溫度區間段的紅外熱像儀無擋片非均勻校正方法(授權專利公布號：CN 103162843B；授權專利公布號：CN107421643B)，其基本思想：根據探測器焦平面的當前工作溫度，確定焦平面工作溫度所在的溫度區間段，利用溫度區兩端對應的工作溫度值及本底紅外圖像估計各像元用于校正的增益和偏置系數，進而對原始紅外圖像進行校正處理；針對紅外熱像儀的焦平面非均勻性對測量精度的影響，典型的紅外熱像儀標定方法假定紅外探測器各像元對紅外輻射的響應是線性的，相應采用兩點或多點的分段線性標定方法；例如現有技術紅外熱像儀無擋片非均勻校正裝置(授權公布號：CN 207866372U)，其在紅外熱像儀的光路系統中增加一個由反射鏡和反射振鏡構成的均勻面裝置。

上述三種因素的處理方法存在以下缺陷：

1、紅外鏡頭溫度變化對測溫精度影響的誤差補償方法操作過程繁瑣，降低了測溫操作效率；

2、采用機械擋片進行補償處理，但采用機械擋片將增加紅外熱像儀的設計復雜性，不利于紅外熱像儀的小型化，機械擋片故障將降低紅外熱像儀的工作穩定性，擋片發熱將造成圖像校正不均勻，影響測量精度；

3、實際上紅外探測器對寬溫輻射的響應是非線性的，因此，基于紅外探測器像元響應的線性假設，進行紅外圖像的非均勻校正，將降低測溫精度。

發明內容

本發明針對上述現有技術存在的不足，提出超參數多項式物理模型的測溫紅外熱像儀標定方法。本發明同時考慮紅外鏡頭的工作溫度、探測器焦平面的工作溫度、探測器像元的像素值三種要素，無需紅外熱像儀的機械擋片、簡化測溫操作過程、提高測溫精度。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現：

超參數多項式物理模型的測溫紅外熱像儀標定方法，包括如下步驟：

利用待標定的紅外熱像儀在不同溫度組合條件下采集本底紅外圖像；