[發明專利]一種基于多傳感器陣列的三維紅外溫度測量方法

有效

• 申請號: 202110663268.3
• 申請日: 2021-06-16
• 公開（公告）號: CN113390514B
• 公開（公告）日: 2022-11-11
• 發明（設計）人: 蘇榮華;李玉鵬;王吉軍;孫云厚;鄧非凡;吳華杰;高琳;徐明新;崔遠;曹移明;張璐;劉勝超
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍軍事科學院國防工程研究院;上海炬通實業有限公司
• 主分類號: G01J5/48
• 分類號: G01J5/48;G01S17/06
• 代理公司: 洛陽潤誠慧創知識產權代理事務所(普通合伙) 41153
• 代理人: 李團勝

本發明提出一種基于多傳感器陣列的三維紅外溫度測量方法，本方法以紅外熱像儀、三維激光雷達形成多個傳感器節點，利用紅外與三維激光雷達的數據融合，建立具有溫度信息的三維模型，在此基礎上，利用多個節點的視場重疊與銜接，將多個攜帶溫度信息的三維點云模型進行拼接融合，解決單紅外傳感器視場小、覆蓋存在盲區的問題，可以逼真、完整地反映偽裝評估對象的外觀信息、溫度信息和三維結構，快速實現偽裝物在長時間過程中的溫度分布及其動態變化的測量，更好地為紅外偽裝性能的評估提供數據支撐。

技術領域

本發明涉及工程紅外偽裝技術，具體是一種基于多傳感器陣列的三維紅外溫度測量方法。

背景技術

輸油管道、高溫氣體排放管道等垂直地埋熱管道，可以有效遮蔽其可見光特征，具有一定的防護偽裝能力。但直埋管道的熱擴散會影響地面的溫度均勻性，引起紅外特征的暴露。為有效評估不同熱紅外偽裝措施的效果，在理論模擬計算的基礎上，應建立局部試驗環境模擬野外環境，實際獲取偽裝物的三維溫度實時數據，從而發現物體表面的高溫異常點，快速驗證偽裝存在的短板，具有十分重要的工程應用價值。

熱紅外成像作為一種非接觸式、圖形化的測溫技術，可以獲得物體的二維平面溫度，但由于視角單一、缺少三維信息，傳統的熱像儀測溫方式不能適應紅外偽裝三維溫度分析與可視化的需求。目前，隨著三維重構技術的快速發展，使得采用組合傳感器實現三維熱成像重構成為可能。有學者利用機器人或無人機平臺搭載激光雷達/深度相機等點云采集設備以及紅外熱像儀，通過平臺運動連續采集數據實現熱紅外三維場景建模。而紅外偽裝評估需要長時間對偽裝物進行大區域、無死角覆蓋測溫，平臺運動的模式配準難度大、精度低、時效性慢，顯然無法滿足同一時刻對整個區域的長時間覆蓋測溫，因此，現有的三維紅外測溫技術在工程紅外偽裝領域無法應用。

發明內容

針對背景技術中存在的問題，本發明的目的是提出一種基于多傳感器陣列的三維紅外溫度測量方法，以解決現有技術中無法實現同時刻全視角的覆蓋測量的問題，本方法以紅外熱像儀、三維激光雷達形成多個傳感器節點，利用紅外與三維激光雷達的數據融合，建立具有溫度信息的三維模型，在此基礎上，利用多個節點的視場重疊與銜接，將多個攜帶溫度信息的三維點云模型進行拼接融合，解決單紅外傳感器視場小、覆蓋存在盲區的問題，可以逼真、完整地反映偽裝評估對象的外觀信息、溫度信息和三維結構，快速實現偽裝物在長時間過程中的溫度分布及其動態變化的測量，更好地為紅外偽裝性能的評估提供數據支撐。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種基于多傳感器陣列的三維紅外溫度測量方法，具體包括如下步驟：

步驟S1：構建傳感器節點，所述傳感器節點由紅外熱像儀和三維激光雷達組成，紅外熱像儀用于采集被測偽裝物的溫度信息，三維激光雷達用于采集被測偽裝物的三維點云信息；

步驟S2：對方形網格標定板進行加熱，利用紅外熱像儀從不同角度對加熱后的標定板進行拍攝，要求覆蓋完整的標定板，通過內參標定程序進行紅外熱像儀內參標定；

步驟S3：對三維激光雷達與紅外熱像儀進行外參標定；首先，將含ArUco碼圖案的方形金屬板進行加熱；然后，采用紅外熱像儀與三維激光雷達同時進行采集數據，利用2D-3D點對配準求解兩者之間的旋轉與平移矩陣；

步驟S4：根據被測偽裝物的大小，在試驗區域適當高度固定安裝傳感器節點陣列，每個傳感器節點的視場與相鄰傳感器節點的視場具有重疊的區域；

步驟S5：將步驟S2中使用的標定板置于相鄰兩個紅外熱像儀重疊的視場區域內，利用雙目標定原理進行紅外熱像儀外參的交叉標定；

步驟S6：重復步驟S5，依次逐對實現所有相鄰紅外熱像儀的外參交叉標定工作；直至完成整個多傳感器節點陣列的標定；

步驟S7：將被測對象置于試驗區，使用紅外熱像儀與三維激光雷達采集數據；