[發明專利]一種基于多光譜相機的輻射測溫法

有效

• 申請號: 202011619350.8
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112834051B
• 公開（公告）日: 2023-01-24
• 發明（設計）人: 鄭樹;才偉光;張辰飏;周波;朱家健;陸強
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: G01J5/53
• 分類號: G01J5/53
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 楊樂

1.一種基于多光譜相機的輻射測溫法，其特征是包含如下幾個步驟：

步驟1：對多光譜相機進行標定，將多光譜相機固定于黑體爐前，將相機鏡頭正對于黑體爐光路出口，調整好光圈與曝光時間后進行黑、白平衡的對照拍攝；

步驟2：將黑體爐由1700℃間隔50℃進行降溫至800℃，每個溫度點下選取合理的曝光時間進行標定；

步驟3：將拍攝獲得的灰度值與相應溫度下的黑體爐絕對輻射強度進行擬合，獲得多光譜相機16波段下的各個波段的標定系數；

步驟4：將多光譜相機固定于被測目標前，調整好曝光時間，光圈大小應與相機標定時保持一致；

步驟5：對被測目標進行拍攝，獲得初始灰度圖像矩陣信息，并利用計算機分離獲得16個波段下各個波段的灰度圖像矩陣信息，由步驟3獲得的16波段下的標定系數計算得到被測目標的光譜輻射強度；由16波段中任一波段下的灰度信息獲得輻射強度處理方法如下式：

式中，為第k波段的標定系數集[a₀,a₁,a₂,a₃,a₄]，為第k波段相機成像空間內第i行j列的成像點的輻射強度，為第k波段相機成像空間內第i行j列的成像點的灰度值與積分時間t的商，函數對應關系為

步驟6：基于Hottel和Broughton發光火焰模型，由步驟5中獲得的被測目標的輻射強度矩陣得到被測目標投影溫度的二維空間分布與16波段下的發射率分布；所述步驟6中有如下幾個子步驟：

步驟6.1根據被測火焰對象，預估火焰溫度范圍與火焰吸收能力κL的范圍；

步驟6.2在不同溫度與不同火焰吸收能力下依據Hottel和Broughton發光火焰模型計算光譜輻射強度，計算公式如下：

式中：C₁為普朗克第一輻射常數，C₂為普朗克第二輻射常數，κL為火焰吸收能力，T為火焰溫度；

步驟6.3評估測量輻射強度與計算光譜輻射強度的偏差，計算殘差平方和|f |² ，判別式如下：

式中：I(λ_i)為測量輻射強度，n為波段數目，選取偏差最小時對應的溫度作為測量火焰溫度，選取偏差最小時的火焰吸收能力κL，并通過下式計算火焰的光譜發射率：

2.根據權利要求1中基于多光譜相機的輻射測溫法，其特征在于，所述多光譜相機獲得的初始灰度圖像分辨率為2048×1088，其中包含有512×272個成像單元，即每個成像單元中包含有16個波段灰度信息。

3.根據權利要求1中基于多光譜相機的輻射測溫法，其特征在于：所述的多光譜相機可獲得595nm-860nm波段范圍內的16個波段單波段下512×272分辨率的灰度圖像，每個波段的灰度信息是由初始灰度圖像分離所得，在相機未飽和情況下，所得到的被測目標的灰度值矩陣中每個像素點的灰度值為0-1023。

4.根據權利要求1中基于多光譜相機的輻射測溫法，其特征在于：在步驟2，步驟4中對曝光時間進行選擇時，應保證所獲得的灰度數據中不出現飽和的數據點。

5.根據權利要求1中基于多光譜相機的輻射測溫法，其特征在于：在步驟5中使用多光譜相機對被測目標進行拍攝的過程中，所選用的曝光時間可以與標定時不一致，這是因為多光譜相機所記錄的灰度值在同一溫度下對不同曝光時間是線性變化的。