[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

本發明是一種基于多光譜相機的輻射測溫法。包括以下步驟：1、對多光譜相機進行標定，將該多光譜相機固定于黑體爐前，調整好曝光時間、光圈大小后進行黑、白對照的拍攝；2、在800℃與1700℃之間間隔50℃進行標定；3、標定結束后，對多光譜相機響應值與黑體爐絕對輻射強度進行擬合，獲得相機16波段下的標定系數；4、將相機置于被測火焰前，調整好曝光時間、光圈大小后進行拍攝，獲得被測目標的16波段下的灰度信息，根據步驟3中擬合系數計算得到16波段下每一波段的被測目標在成像空間內各點的輻射強度；5、利用Hottel和Broughton發光火焰模型對被測目標的投影溫度二維分布進行計算，并得到被測目標在16波段下的發射率分布。

技術領域

本發明涉及輻射測溫領域，是一種基于多光譜相機的輻射測溫法。

背景技術

火焰溫度和輻射介質的輻射特性是反映燃燒過程的重要參數，對這兩個參數的準確測量可以更好的指導對燃燒機理的研究。對于火焰這種抗擾動性差、溫度高的被測對象來說，輻射測溫就極具優越性。

本發明中采用多光譜相機獲得火焰的投影輻射強度，相比于無法獲得空間維度火焰輻射強度信息的光譜儀以及無法獲得多光譜輻射強度信息的彩色相機來說，多光譜成像系統可以同時獲得空間維度和光譜維度的投影信息，這對于獲得火焰溫度以及與波長相關的發射率的二維分布具有至關重要的作用。

發明內容

本發明改善了使用傳統輻射強度的獲取方法，采用多光譜成像系統來獲取被測對象的多波段輻射強度信息，本發明包含以下步驟：

步驟1：將多光譜相機置于黑體爐前，調整好相機的光圈大小、曝光時間后進行相機黑、白對照的拍攝；

步驟2：將黑體爐由1700℃間隔50℃進行降溫至800℃，每個溫度點下在合理的曝光時間下進行標定拍攝；

步驟3：獲取黑體爐16波段下的灰度值數據矩陣，并將不同溫度點下每一波段的灰度值數據在成像空間內的平均值與該溫度下黑體爐的絕對輻射強度進行擬合，獲得16波段的灰度值與絕對輻射強度的對應關系曲線與標定系數；

步驟4：將多光譜相機置于被測目標前，保證光圈大小與標定時一致，調整曝光時間進行黑、白平衡的拍攝；

步驟5：調整好曝光時間，對被測目標進行拍攝，獲得被測目標同時包含16個波段的初始灰度圖像，利用Matlab軟件分離初始灰度圖像，從而獲得16波段下成像空間內的投影灰度值數據矩陣，由步驟3中所得的標定系數獲得16波段下成像空間內的投影輻射強度數據矩陣；

步驟6：基于Hottel和Broughton發光火焰模型，結合所得到的投影輻射強度矩陣數據，對成像空間的每一點進行溫度與發射率的計算，得到投影溫度的二維空間分布與發射率的隨空間、波長的二維分布。

優選的，所屬多光譜相機所獲得的初始灰度圖像矩陣是分辨率為2048×1088，包含相機所成16波段全部信息，因此需要對所獲得的初始灰度值信息按照所述多光譜相機的成像規則進行波段信息分離后，可以獲得16(4×4)波段的灰度值信息，分辨率為單波段512×272，所得的灰度值數據為0-1023。

優選的，步驟3中不同溫度下相機所得灰度值與黑體爐絕對輻射強度的擬合關系通過下式獲得：

式中：I為黑體爐絕對輻射強度，E為多光譜相機得到的灰度值，t為曝光時間。這個過程是在16個波段下分別進行的，最終應獲得16組對應不同波段的標定系數。

優選的，由獲得的16個波段下的灰度值圖像以及標定系數得到對應的輻射強度數據依據如下式：