用于非接触的温度测量的装置和温度测量方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种用于非接触地测量温度的装置，所述装置具有用于检测测量 目标的红外辐射的检测器。
[0002] 本实用新型还涉及一种温度测量方法，其中，利用用于非接触地测量温度的装置 的检测器检测测量目标的红外辐射。
【背景技术】
[0003] 所述装置例如作为高温计或热成像照相机已知，利用所述高温计或热成像照相机 可以执行所述的温度测量方法。
[0004] 非接触的温度测量需要广泛的经验，因为作为可能的误差源存在大量影响量，这 些影响量不能直接利用人类感官检测或控制。
[0005] 由US 2010/0131225 Al已知一种用于识别热图像异常的系统和方法，其中对以后 时刻拍摄的图像进行运动补偿，以便与之前拍摄的图像进行对比。
[0006] 由 EP 1 033 556 A1、EP 1 582 845 A2、US 5 003 166 A、US 6 115 128 A 和 DE 10 2004 027 341 Al已知不同的间距和/或角度测量装置。 【实用新型内容】
[0007] 本实用新型的目的在于，在温度测量方法中简化用于非接触地测量温度的装置的 操作。
[0008] 为了实现所述目的，根据本实用新型，一种用于非接触地测量温度的装置具有用 于检测测量目标的红外辐射的检测器，其特征在于，设有角度测量装置，利用所述角度测量 装置能够测量测量目标（3)的测量区域上的所检测到的IR辐射的发射角，发射角通过测量 目标上的测量区域的表面法线与所述装置的拍摄方向或IR光轴之间的角度给定，设有分 析评估单元，所述分析评估单元设置成用于以至少一个所测得的发射角导致的透视的和/ 或辐射物理的减弱修正所述装置检测到的IR测量值。特别是由此根据本实用新型提出，构 成角度测量装置，利用所述角度测量装置能够在测量目标的测量区域上测量所检测的红外 辐射的发射角。这里有利的是，可以简单地顾及以下事实，即，除了目标物的温度和其他参 数，目标物的所测量的辐射功率还与发射角、即对目标物视角相关。因此，赋予使用者一种 简单的辅助措施，所述辅助措施能够记录、监控、修正和/或补偿实际存在的测量状态。特 别有利的是，角度测量装置具有输出单元，特别是用于输出和/或提供（用于继续处理）所 算出的发射角。
[0009] 例如可以设定，发射角通过测量目标上的测量区域的表面法线与所述装置的拍摄 装置或IR光轴之间的角度给定。这里有利的是，发射角构成装置观察测量目标的测量区域 的视角。这进一步简化了对与角度相关的辐射减弱的补偿或修正。
[0010] 测量目标的测量区域通常通过这样的表面区域给定，从该表面区域检测到IR辐 射，用于温度测量。 toon] 根据本实用新型的用于非接触地测量温度的装置可以构造成高温计、特别是构造 成单点高温计。但根据本实用新型也可以设定，所述装置设置成用于利用IR值填充通过检 测器限定的像素结构的像素。因此利用所述装置可以建立热图像，所述热图像给出测量目 标上的二维的温度分布。在对较大的面进行温度测量时，这是有利的，因为对于这种面存在 这样的问题，即，所述面具有表观的温度分布，尽管该面处于相同的温度。这是因为，各个测 量区域的发射角随着相应测量区域关于所述装置的位置而改变，从而由装置接收的辐射功 率同样改变。
[0012] 特别是对于建立二维温度分布的位置解析（ortsaufldsend )的测量，在本实用 新型的一种实施形式中可以设定，利用角度测量装置可以对于多组像素或多个像素分别测 量一个在测量目标上的所属测量区域的表面法线与拍摄方向之间的发射角。这里可以例如 通过热成像照相机的IR光轴或通过热成像相机和相应所属的测量区域之间的连线给定 拍摄方向。这里有利的是，关于发射角的信息同样可以位置解析地提供和处理。
[0013] 特别有利的是，根据本实用新型的角度测量装置构造和设置成用于非接触式的角 度测量。
[0014] 在本实用新型的一个实施形式中例如可以设定，利用角度测量装置可以测量测量 目标上的至少两个相互隔开间距的点之间的距离。也可以设定，利用角度测量装置能够通 过投影图案的透视失真或变形测量测量目标的倾斜位置或斜度。由所测得的倾斜位置能够 利用简单的几何公式导出发射角。优选利用角度测量装置能够测量所述装置或装置的一部 分与相应的测量区域之间的间距或距离。
[0015] 因此由所述间距可以简单地得出发射角。特别有利的是，利用角度测量装置能够 测量测量目标上至少三个相互间隔开的点的间距。在这种情况下，甚至可以作为空间角测 量发射角，就是说通过给出多分量的角度数据来测量。
[0016] 在根据本实用新型的一个实施形式中可以设定，角度测量装置设置成用于利用至 少一个能偏转的测量射线进行距离测量。这里有利的是，测量射线能够对准测量目标上的 不同的点，从而能够测量到测量目标上的不同的点的距离。接着能够由这些距离利用已知 的几何公式确定所寻找的发射角并利用这种方式进行确定。
[0017] 可选地可以设定，角度测量装置设置成用于利用至少两个相互间隔开的测量射线 进行距离测量。这里，所述测量射线至少在测量目标上的到达点上是相互隔开距离的。这 里有利的是，由此能够同时测量到所述测量目标上的相互间距的点的多个距离，从而总体 上能够更加快速地执行角度测量。特别有利的是，建立至少三个相互隔开间距的测量射线， 以便测量空间角。
[0018] 距离测量这里可以通过行进时间测量、相位测量或以其他方式进行并设置成通过 行进时间测量、相位测量或以其他方式进行。作为测量射线可以采用（可见）光线、UV射 线、IR射线、超声波、雷达波或其他的波或辐射现象。这里在角度测量装置上构成相应的 测量射线发生器。
[0019] 在本实用新型的一个实施形式中设定，角度测量装置具有优选在红外光谱范围 内和/或可见光谱范围内进行拍摄的拍摄装置，利用所述拍摄装置，利用所述拍摄装置 能够检测投射到测量目标上的或由测量目标描述的几何形状。这里有利的是，总体上可 以在不进行距离测量的情况下获得关于测量目标的相对于拍摄装置和/或根据本实用 新型的装置的位置的信息。这里本实用新型利用了以下事实，即，在所拍摄的图像中测 量目标的（表观的）几何形状随着测量目标的位置在透视法上根据本身已知的规律性 (Gesetzm^ssigkeit)改变。对于拍摄装置也可以使用其他频谱范围，也可以使用声音 的频率范围和其他物理的相互作用。例如构成根据本实用新型的装置的组成部分的热成像 照相机的使用者可以仅利用图像拍摄而且在没有附加的硬件情况下确定表面的观察角，即 发射角。如果所述发射角对于测量目标的不同的部分区域是与位置或角度相关地单独确定 的，则可以与位置相关地对辐射测量进行修正。这特别是对于伸长的测量目标、例如太阳能 设备的太阳能板是有利的。角度测量装置可以具有图案投影仪，以投射图案。
[0020] 这里或在本实用新型的一个实施形式中，可以设定，角度测量装置设置成用于通 过将所拍摄的几何形状与所属的存储在角度测量装置中的对比几何形状相比较来计算测 量目标在三维空间中相对于装置的拍摄位置和/或拍摄方向的位置。特别有利的是，对比 几何形状在透视上是未变形和/或与确定的拍摄透视图相关联地存储的。这种比较例如可 以通过对描述测量目标在拍摄平面上的投影的方程组的求解来进行的。这种比较对于测量 目标也可以通过对选自包括相对于拍摄装置的旋转、平移、拉伸、压缩的组中的至少一个要 素、优选多个要素或者甚至所有元素的模拟来执行。这里有利的是，可以放弃直接的距离测 量。如果最终感兴趣的结果是具有标度不变性的发射角，则这更为有效。特别是在太阳能 设备中，太阳能板的尺寸和形状是已知的并且可以作为对比几何形状存储。
[0021] 在本实用新型的一个实施形式中设定，角度测量装置设置成用于在红外光谱范围 和/或可见光谱范围内拍摄测量目标的一系列图像并且测量分别与这些图像相配的距离 信息。为此测量射线发生器优选刚性地与角度测量装置连接。这里有利的是，单一的测量射 线发生器就足够了，因为测量射线在所述系列的各图像的拍摄之间能在测量目标上运动。 测量射线发生器可以设置成用于通过运行时间测量和/或相位测量和/或其他距离测量方 法进行距离测量。
[0022] 在本实用新型的一个实施形式中设定，角度测量装置设置成用于计算至少一个运 动矢量，所述运动矢量描述所拍摄的图像系列中的两个图像的内容上的对应关系。这里有 利的是，能够检测刚性地与角度测量装置连接的测量射线发生器相对于测量目标的运动。 用于计算关于两个图像的运动矢量的方法本身是已知的并且可以在这里有利地应用。
[0023] 在本实用新型的一个实施形式中设定，角度测量装置设置成用于由与所拍摄的图 像系列中的一个图像相配的、例如已经提及的距离信息和所计算出的运动矢量来计算与基 准图像的一个部分区域相配的距离信息，所述运动矢量描述所述图像与基准图像之间的内 容上的对应关系。这里有利的是，将所述图像系列中的各图像的距离信息位置正确和/或 角度正确地记录到基准图像中。
[0024] 由此可以重建测量目标的三维的图像。这里可以在第一近似阶段假定，拍摄装置 仅绕一个摆动点摆动。在改进的第二近似阶段可以对附加的平移进行补偿，其方式是，寻找 在前景和背景中不同程度的运动。
[0025] 在本实用新型的一个实施形式中设定，角度测量装置设置成用于近似或精确地由 与测量目标的各部分区域相配的距离