专利名称：一种背景因素对红外测温影响的测量方法
技术领域：
本发明涉及辐射测温和红外热成像测温方法，尤其是涉及一种背景因素对红外测 温影响的测量方法。
背景技术：
自然界一切温度高于绝对零度的物体都向外发射红外辐射，红外测温就是利用接 收物体发出的辐射能量来测定物体的温度。以前的资料都是定性的说明外界背景环境对红 外测温有影响，因为实际测温时，物体都处于一定的背景环境下，因此背景引起的辐射进入 红外测温仪器后不可避免影响测温准确性。如果能定量测量出实际测温时背景对红外测温 的影响，就可以进行相应的补偿，最终能够提高测温的准确性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种背景因素对红外测温影响的测量方法，任何温度高于 绝对零度的物体都发出红外辐射，红外焦平面阵列接收到红外辐射后经信号处理，最后合 成“热图像”，本发明就是利用热图像的灰度变化来定量测量背景对红外测温的影响。本发明采用的技术方案是，该测量方法包括a)进行温度灰度标定实验，将标定实验数据以数据库形式预先存储于测量背景环 境对红外测温影响软件系统中；b)启动步骤用以启动黑体、红外热像组件、工控机以及测量软件系统；c)图像采集步骤当黑体恒定在某温度T后，软件系统通过图像采集卡采集到黑 体图像，根据软件系统显示热图像视频，调整红外热像组件参数，待热图像清晰后，以bmp 格式保存热图像；d)测量步骤打开所保存的热图像，鼠标左键选择热图像中的黑体区域，系统读 取黑体平均灰度，然后调用数据库查找T温度对应的标定灰度，再求平均灰度与标定灰度 之差，差值定量反映了背景环境对红外测温影响的大小；e)结束步骤用以停止测量装置。本发明具有的有益效果是本发明以黑体为被测对象，在实验室标定环境和现场环境下使用热像组件分别测 量相同温度的黑体对应的灰度，由黑体的特殊性，环境温度对图像灰度没有影响，影响因素 仅是黑体所处的背景，因此，只要求得两种环境中黑体的灰度差，也就定量地得到了背景对 红外测温的影响。本发明能定量测量出实际测温时背景对红外测温的影响，这一结果可以被运用到 测温补偿中，最终能够提高测温的准确性。
图1为测量背景对红外测温影响的装置示意图。
图2为热像组件采集到的黑体图像。其中，1、红外热像组件，2、工控机，3、黑体，4、背景区域，5、黑体区域。
具体实施例方式黑体在辐射测温中具有一定的特殊性，S卩，对于黑体，环境温度的改变对红外探测 器输出信号的影响为0，反映在热图像上则图像灰度没有变化。证明过程如下
公式(1)是一个红外测温系统的基本公式Vs = Κ[ ε f(T0) + (l- ε )f(Tu)]··· (1)式中Vs是红外探测器输出的电压信号，K为常数，ε是物体的发射率，Ttl为物体表 面真实温度，Tu为当时的环境温度。若红外测温系统在不同的环境温度T1, T2下进行测温实验，其他实验条件不改变， 则由式⑴可以得到 Vsl = Κ[ ε f (T0) + (l-e)f (T1)]…(2)Vs2 = Κ[ ε f (T0) + (1_ ε ) f (T2) ]... (3)式(3)减去式⑵可得V' = Κ(1- ε ) Lf(T2)^(T1)]- (4)上式表明，特殊情况下例如被测目标就是黑体(ε = 1)，则V' =O0因此，对于黑 体，环境温度的改变对热像输出信号的影响为0，就热图像而言，图像灰度变化为0，即环境 温度对热图像灰度没有影响，影响因素仅是黑体所处的背景，因此，只要求得两种环境中黑 体的灰度差，也就定量地得到了背景对红外测温的影响。a)在实验室进行温度灰度标定实验，将标定实验数据以数据库形式预先存储于测 量背景环境对红外测温影响软件系统中。所谓标定就是建立灰度和温度之间一一对应的关 系。具体标定过程为如图1所示连接各仪器图像采集卡正确安装于工控机PCI插槽中， 红外热像组件1镜头对准黑体3，红外热像组件1的输出信号接到工控机2内采集卡输入 端，接通电源，启动黑体3、红外热像组件1、工控机2以及测量软件系统，设定黑体温度，待 其稳定后，记录当前温度灰度数据；重复改变黑体温度，待其稳定后，记录下一组温度灰度 数据。由以上步骤就可以得到温度灰度标定数据如表1。表1温度与灰度对应关系实验数据
温度 °C41424344454647484950
灰度134136138 140142145147150152154
温度。C51525354555657585960~
灰度155158161163164168170173175176"
温度。C61626364656667686970
灰度177179181183186188190192194197标定完毕关闭仪器、切断电源。以后各步骤均在现场环境下进行。b)启动步骤如图1所示连接各仪器并启动黑体、红外热像组件、工控机以及测量 软件系统；c)图像采集步骤设置黑体温度T，约20分钟热像组件已预热完毕，黑体温度也 达到τ并恒定，软件系统通过图像采集卡采集到红外图像，它由黑体区域5和背景区域4组成，根据软件系统显示的红外图像视频，调整红外热像组件参数，待红外图像清晰后，以bmp 格式保存红外图像(如图2)；d)测量步骤打开所保存的热图像，鼠标左键选择热图像中的黑体区域，选择某 区域是通过从按下鼠标左键并拖动到鼠标左键弹起的过程中这两点构成的矩形区域得到 的，本系统将自动画出矩形来表示区域。系统计算黑体上所选矩形区域的平均灰度H2，然后 从系统数据库中查找标定时黑体T温度对应的标定灰度H1,再求平均灰度与标定灰度之差 H1-H2,差值定量反映了背景环境对红外测温影响的大小；e)结束步骤用以停止测量装置，切断电源。所述黑体的温度分辨率为0. 1 °C，温度稳定性为士(0. 1 0. 2) V /30min,有效发 射率为 0. 97 士 0. 02。所述红外热像组件的输出为PAL制式视频信号，场频为50HZ。所述图像采集卡位深为8bit，输入为PAL制式视频信号，采集速度为25帧/秒。所述黑体的温度分辨率为0. 1°C，温度稳定性为士(0. 1 0. 2) 0C /30min，有效发射率为 0. 97 士 0. 02。
权利要求
一种背景因素对红外测温影响的测量方法，其特征是该测量方法包括a)进行温度灰度标定实验，将标定实验数据以数据库形式预先存储于测量背景环境对红外测温影响软件系统中；b)启动步骤用以启动黑体、红外热像组件、工控机以及测量软件系统；c)图像采集步骤当黑体恒定在某温度T后，软件系统通过图像采集卡采集到黑体图像，根据软件系统显示热图像视频，调整红外热像组件参数，待热图像清晰后，以bmp格式保存热图像；d)测量步骤打开所保存的热图像，鼠标左键选择热图像中的黑体区域，系统读取黑体平均灰度，然后调用数据库查找T温度对应的标定灰度，再求平均灰度与标定灰度之差，差值定量反映了背景环境对红外测温影响的大小；e)结束步骤用以停止测量装置。
2.根据权利要求1所述的一种背景因素对红外测温影响的测量方法，其特征是所 述黑体的温度分辨率为0. 1°C，温度稳定性为士(0. 1 0. 2) V /30min,有效发射率为 0. 97 士 0. 02。
3.根据权利要求1所述的一种背景因素对红外测温影响的测量方法，其特征是所述 红外热像组件的输出为PAL制式视频信号，场频为50HZ。
4.根据权利要求1所述的一种背景因素对红外测温影响的测量方法，其特征是所述 图像采集卡位深为8bit，输入为PAL制式视频信号，采集速度为25帧/秒。
全文摘要
本发明公开了一种背景因素对红外测温影响的测量方法。将标定实验数据存储于测量背景因素对红外测温影响的软件系统中；启动黑体、红外热像组件、工控机以及测量软件系统；当黑体恒定在某温度T后，软件系统通过图像采集卡采集并显示热图像视频，此时调整红外热像组件参数，待热图像清晰后，以bmp格式保存热图像；打开所保存的热图像，选择热图像中的黑体区域，系统读取黑体平均灰度，然后调用数据库查找T温度对应的标定灰度，再求平均灰度与标定灰度之差，差值定量反映了背景环境对红外测温影响的大小。本发明能定量测量出实际测温时背景对红外测温的影响，这一结果可以被运用到测温补偿中，最终能够提高测温的准确性。
文档编号G01J5/00GK101806627SQ201010136718
公开日2010年8月18日 申请日期2010年3月30日 优先权日2010年3月30日
发明者吴娟, 孙坚, 富雅琼, 杭庆彪, 郑恩辉, 陈乐 , 陈亮 申请人:中国计量学院