一种建筑物外墙保温性能评估系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种测温评估系统及方法，特别涉及一种基于红外测温技术的非接触 式建筑物外墙保温性能评估系统及方法。
【背景技术】
[0002] 现有基于测温技术的建筑物外墙保温性能评估系统（以下简称评估系统）大体上 分为两类：一类是采用若干热电偶等测温传感器，对选定的多个抽样点进行测温评估。该 类设备虽然能够准确的测量出选定点的表面温度，却不能呈现整个建筑物外墙的热力场分 布，对于系统的个别热桥缺陷往往难以发现和排查。另一类评估系统则是采用测温型红外 热像仪进行建筑物的整体热力场评估，但是该类产品大多是面向常见通用对象，对建筑物 测温的针对性不强，因缺乏对各类建筑材料红外发射率的统计数据以及窗体、门体等部位 的区分测量，往往难以实现热桥缺陷的准确定量分析。
【发明内容】
[0003] 本发明要解决现有测温型建筑物保温性能评估系统难以对建筑物外墙热力场分 布准确定量分析以及热桥缺陷排查的技术问题，提出了一种结合红外测温技术、可见光图 像分割技术以及代表点红外发射率标定技术的针对建筑物外墙保温性能的测温评估系统 及方法。
[0004] 为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：
[0005] 基于红外测温技术的建筑物外墙保温性能评估系统，其包括：
[0006] 同光轴对准的可见光镜头及可见光图像探测器。通过所述的可见光镜头的滤波成 像作用，在所述的可见光图像探测器靶面上对待测建筑物可见光波段成像。
[0007] 同光轴对准的红外镜头及红外图像探测器。通过所述的红外镜头的滤波成像作 用，在所述的红外图像探测器靶面上对待测建筑物红外波段成像。
[0008] 图像采集与处理模块，通过输出的同步信号，实现所述可见光、红外图像探测器光 电转换帧频的同步触发及图像数据采集。
[0009] 所述的图像采集与处理模块，通过图像分割算法，将采集到的建筑物可见光图像 的不同材料部位（如窗体、门体等）进行区域划分，为不同材料区域红外温度反演计算所需 的红外发射率选取提供位置信息。
[0010] 所述的图像采集与处理模块，根据可见光波段图像分割得到的区域划分结果及相 应区域的建筑材料特性，对相应区域的材料红外发射率以查表或现场标定的方式进行设 定，为所述红外图像探测器采集到的红外图像数据提供相应位置的红外发射率参数信息， 实现待测建筑物外墙不同部位的温度计算，被测表面真实温度计算公式为：
[0012] 其中，ε为物体表面红外发射率，为大气光谱透射率，?\为红外发射率为黑体 发射率情况下利用所述红外图像探测器测得的上述指定位置表面温度，Tu为环境温度，ε a为大气辐射率，Ta为大气温度，η与所选红外探测器工作波段有关，可通过查表方式获得。
[0013] 所述的查表方式，是通过将常见建筑材料不同物理状态的红外发射率数据组建成 一个数据库。实际使用过程中，根据实际测量材料进行红外发射率查询。
[0014] 所述的现场标定方式，是利用表贴式温度传感器通过实测指定位置表面温度Τ。， 红外发射率为黑体发射率情况下利用所述红外图像探测器测得的上述指定位置表面温度 ?；，以及环境温度Tu，对上述指定位置处材料的红外发射率进行计算标定。红外发射率计算 公式为：
[0016] 图像显示与控制模块，可以实现整个系统的图像、界面显示以及所有的人机交互 控制功能。
[0017] 本发明所述系统还可以包括若干表贴式温度传感器和温度数据接收模块，可根据 实测需要，将温度传感器贴附到待测建筑物外墙表面指定位置表面，并将各点实测温度数 据以有线或无线方式传输给温度数据接收模块。温度数据接收模块将接收到的温度数据整 合后发送给图像采集与处理模块，以实现建筑物外墙热力场的准确计算。
[0018] 本发明与现有技术相比的有益效果是：
[0019] (1)本发明提供的建筑物外墙保温性能评估系统相较于其他点式测温系统，能够 更为全面准确的对建筑物外墙整体热力场分布以及热桥缺陷进行全面直观的勘测和分析 统计。
[0020] (2)本发明提供的建筑物外墙保温性能评估系统相较于其他通用红外热像仪测温 系统，特别引入了建筑物材料红外发射率数据库，表贴式温度传感器采集、收发装置，以及 可见光分割定位功能。因此，具有更强的测量针对性和更高的定量评估精度。
【附图说明】
[0021] 图1为本发明的建筑物外墙保温性能评估系统示意图；
[0022] 图2为本发明的建筑物外墙保温性能评估系统结构框图；
[0023] 图3为本发明实施例1建筑物外墙保温性能评估系统结构框图；
[0024] 1-可见光镜头，2-红外光镜头，3-可见光图像探测器，4-红外图像探测器，5-图像 显示与控制模块，6-第一表贴式温度传感器，7-第二表贴式温度传感器，8-第N表贴式温度 传感器（其中，N值为根据现场测量需要所采用的表贴式温度传感器数量），9-图像采集与 处理模块，10-表贴式温度传感器温度数据接收模块。
【具体实施方式】
[0025] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明。
[0026] 如图1和图2所示，本发明提供的基于红外测温技术的建筑物外墙保温性能评估 系统，包括同光轴对准可见光镜头1与可见光图像探测器3,同光轴对准红外镜头2与红外 图像探测器4,图像显示与控制模块5,图像采集与处理模块9。还可以包括若干表贴式温度 传感器（如：第一表贴式温度传感器6,第二表贴式温度传感器7,……，第N表贴式温度传 感器8)以及相应的表贴式温度传感器温度数据接收模块10。
[0027] 可见光图像探测器3将通过可见光镜头1滤波成像得到的建筑物可见光图像转换 为图像数据后，传输给图像采集与处理模块9。图像采集与处理模块9通过指定的图像分割 算法，对可见光图像中建筑物的不同表面组成材质进行区域划分（如窗体、门体等），并将 区域信息进行存储。
[0028] 通过图像显示与控制模块5控制显示界面，对不同类区域红外发射率进行数据库 查表设定，或者利用若干表贴式温度传感器（如第一表贴式温度传感器6,第二表贴式温 度传感器7,……，第N表贴式温度传感器8)以及相应的表贴式温度传感器温度数据接收 模块10进行现场标定。标定公式为：
[0030] 其中，ε为物体表面红外发射率?；为红外发射率为黑体发射率情况下利用所述红 外图像探测器测得的上述指定位置表面温度，Tu为环境温度，Τ0为利用表贴式温度传感器 通过实测指定位置表面温度，η与所选红外探测器工作波段有关，可通过查表方式获得。
[0031] 红外光图像探测器4将通过红外镜头2滤波成像得到的建筑物红外图像转换为 图像数据后，传输给图像采集与处理模块9。图像采集与处理模块9将采集到的红外图像 数据，按照被测表面真实温度计算公式以及每个像素点所处区域对应的表面红外发射率系 数，对红外图像对应各点的表面温度进行计算。计算式如下：
[0033] 其中，ε为物体表面红外发射率，为大气光谱透射率，为红外发射率为黑体 发射率情况下利用所述红外图像探测器测得的上述指定位置表面温度（该温度由黑体标 定获得），Tu为环境温度，ε a为大气辐射率，T a为大气温度，η与所选红外探测器工作波段 有关，可通过查表方式获得。
[0034] 图像显示与控制模块5将系统采集到的可见光、红外图像进行相应显示，并将计 算得到的热力场温度数据进行存储和部分显示。根据计算结果，实现建筑物外墙保温性能 的整体评估。整体评估过程为：通过对建筑物的红外成像得到的热力场分布，可以直观的显 现出建筑物外墙温度明显过高或过低区域，并通过红外测温算法，对建筑物外墙温度过高 或过低区域与周围建筑区域的温度差进行定量显示，进而为建筑物外墙的保温性能的评估 提供定量依据。
[0035] 实施例1
[0036] 结合附图3所示，本发明提供的基于红外测温技术的建筑物外墙保温性能评估系 统包括：同光轴对准可见光镜头与可见光图像探测器，同光轴对准红外镜头与红外图像探 测器，图像采集与处理卡，用于图像显示与控制的工控计算机，若干表贴式温度传感器，以 及相应的表贴式温度传感器温度数据接收模块。
[0037] 可见光镜头为可透过波长范围400nm-