基于光场相机的高温部件多光谱测温方法及系统与流程

本发明属于温度测量技术领域，特别涉及一种基于光场相机的高温部件辐射测温方法及系统。

背景技术：

目前，高温部件的测温方式可分为接触式测温与非接触式测温。其中，非接触式测温具有对被测物体无影响、动态响应好、输出信号较大、测量精度较高、测量的范围较宽等优点而备受关注，非接触式测温主要以辐射测温方法为主，包括亮度测温法、比色测温法以及多光谱辐射测温法等。

其中，多光谱测温方法通过测量多个波长(几个到几十个不等)的辐射亮度，根据发射率解算目标真温，在辐射测温领域应用较为广泛。传统多光谱高温计一般为点测量或者测量区域较小，难以能获得被测物表面整体二维温度场，无法避免被测物局部误差。在飞行器、涡轮机叶片以及其他高温部件表面温度测量时，为获得高温部件表面二维温度场，避免局部误差，更加清晰准确的评估高温部件整体工作状态，研究人员提出了基于面阵ccd(charge-coupleddevice)测温的光学系统及其适用算法。

近些年，随着计算机视觉领域软硬件的飞速发展，国内外关于面阵ccd辐射测温方法的研究取得了较大进步。但是目前一块彩色感光芯片最多只能采集三个波段(rgb)的多光谱，若实现更多光谱图像采集需要采用相机阵列或者多路分光的方式，其光学采集系统仍会非常复杂，难以实用，构建适当的多光谱成像系统仍是困扰该领域的重要问题。

经对现有技术检索，中国发明专利号为cn201310633736.8，发明名称为一种多光谱辐射测温方法，特征在于：其特征在于，包括以下步骤：[1]光谱仪记录得到脉冲宽谱光源在出光时的光谱信号v1(λ)；[2]光谱仪记录脉冲宽谱光源和火焰同时作用下的光谱信号，获取火焰单独辐照到光谱仪的信号v2(λ)和火焰与宽谱光源同时作用下的光谱信号v3(λ)；[3]计算得到火焰发射率系数ε(λ)＝(v2(λ)+v1(λ)-v3(λ))/v1(λ)；[4]对公式进行数据拟合，得到火焰积分路径上的温度值；其中λ为工作波长，t为工作温度，c1和c2分别为第一辐射常数和第二辐射常数，k为系统校正常数；[5]计算得到不同时刻下的火焰温度参数。该发明方法使用的装置较为复杂，对真是温度场的温度解算精度较低。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于光场相机的高温部件多光谱测温方法及系统。

根据本发明提供的一种基于光场相机的高温部件多光谱测温方法，包括如下步骤：

s1，利用标准温度源对光场相机多光谱测温系统进行标定；

s2，使用标定后的多光谱测温系统采集高温部件光场多光谱图像；

s3，解耦高温部件光场多光谱图像，获得解耦数据；

s4，利用解耦数据获取高温部件物点真实温度。

一些实施方式中，所述步骤s1中光场相机采用多光谱滤波片阵列与微透镜阵列耦合调制，实现标准温度源多光谱图像采集，确定灰度值与温度值之间对应关系。

一些实施方式中，所述步骤s2中对被测部件测温时，测温范围、精度与滤波片阵列的选择匹配对应，例如为实现1％测温精度，可采用4×4滤波片阵列，采集16个波段下多光谱图像；如实现更高测温精度，可采用更多滤波片，采集更多波段多光谱图像。

一些实施方式中，所述步骤s3中解耦高温部件光场多光谱图像是将二维多光谱图像解耦为单维度多光谱图像。

一些实施方式中，所述步骤s4中高温部件物点真实温度的解算通过下式获得：

其中，c2为第二辐射常数；λi为第i个通道的有效波长；t是目标的真实温度；ε(λi,t)是目标真实温度t的光谱发射率；vi为第i个通道的输出信号强度；t′为参考温度，vi′为在参考温度t′下第i个通道的输出信号强度。

一种基于光场相机的高温部件多光谱测温系统，采用所述的基于光场相机的高温部件多光谱测温方法，包括：光场相机多光谱测温系统标定模块、多光谱测温系统成像模块、多光谱图像解耦模块、物点真实温度获取模块；

所述光场相机多光谱测温系统标定模块利用标准温度源对光场相机多光谱测温系统进行标定；

所述多光谱测温系统成像模块使用标定后的多光谱测温系统采集高温部件光场多光谱图像；

所述多光谱图像解耦模块通过解耦高温部件光场多光谱图像获得解耦数据；

所述物点真实温度获取模块利用解耦数据获取高温部件物点真实温度。

一些实施方式中，所述光场相机多光谱测温系统标定模块中的光场相机采用多光谱滤波片阵列与微透镜阵列耦合调制，实现标准温度源多光谱图像采集，确定灰度值与温度值之间对应关系。

一些实施方式中，所述光场相机多光谱测温系统标定模块使用的标准温度源为黑体炉或钨丝灯。

一些实施方式中，所述多光谱图像解耦模块通过将二维多光谱图像解耦为单维度多光谱图像，获得解耦数据。

一些实施方式中，所述多光谱测温系统成像模块成像过程中对被测部件测温时，测温范围、精度与滤波片阵列的选择匹配对应。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明申请提出一种基于光场相机的高温部件多光谱测温方法，该方法采用单镜头光学系统实现多光谱测温，光学系统结构简单。

2、本发明简化了传统多光谱测温方法中的光学采集系统，结合了多光谱测温与面阵测温的优点，可解算二维真实温度场，对于推动多光谱辐射测温技术的发展具有一定的意义。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1本发明的基本流程图；

图2本发明的光场相机多光谱测温系统工作原理示意图；

图3本发明中光场相机多光谱图像示意图。

图4本发明中光场多光谱图像解耦过程示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

本发明专利的基本操作流程如附图1所示，采用的多光谱光场相机成像系统基本构架如图2所示。

首先，将标准温度源加热至适当高温t′(例如加热至1000k)，其标准温度源为黑体炉或者钨丝灯等，如附图2所示，采用多光谱滤波片阵列调制后的光场相机对标准温度源进行成像，标定相机在不同波段λi下输出信号强度vi′与标准温度t′之间对应关系，因一般情况下则

其中，为校准系数，其值为传感器灵敏系数、吸收系数以及第一辐射恒定常数的乘积；ε(λi,t)是目标真实温度t的光谱发射率；c2为第二辐射常数；λi为第i个通道的有效波长；t′是为标准温度源的参考温度。

将该标准温度下的多光谱光场图像存为标定数据。

其次，使用标定后的多光谱光场相机对被测高温部件进行成像，其成像基本框架如附图2所示，采集高温部件光场多光谱图像，原始图像示意图如附图3所示，其中方框中为宏像素多光谱图像。

再次，根据光场相机多光谱成像过程及光场相机多视角图像解耦方法，解耦多光谱原始图像，在附图4中解耦像点s′的宏像素图像作为示例，如图所示假设宏像素图像由4×4个像素组成，是一个16波段的二维多光谱图像，将按照从左到右从上到下的方式解耦为单个维度方向的多光谱图像。

最后，依据多光谱辐射测温理论及多光谱图像解耦过程，第i个通道的输出信号强度vi可记为：

其中，为校准系数，其值为传感器灵敏系数、吸收系数以及第一辐射恒定常数的乘积；ε(λi,t)是目标真实温度t的光谱发射率；c2为第二辐射常数；λi为第i个通道的有效波长；t是目标的真实温度。

在完成多光谱图像解耦后，单个物点真实温度解算过程为：

将(1)(2)式相除取对数并整理得：

对于不同波长可得类似于上式的方程，通过解16个波段下的方程所组成方程组便可解算真实温度t，逐个解算高温部件上物点真实温度，最后便可获得被测高温部件二维真实温度场。

实施例2

如图1-4所示，本发明提供了一种基于光场相机的高温部件多光谱测温系统，采用实施例1中的基于光场相机的高温部件多光谱测温方法，包括：光场相机多光谱测温系统标定模块、多光谱测温系统成像模块、多光谱图像解耦模块、物点真实温度获取模块；

所述光场相机多光谱测温系统标定模块利用标准温度源对光场相机多光谱测温系统进行标定；

所述多光谱测温系统成像模块使用标定后的多光谱测温系统采集高温部件光场多光谱图像；

所述多光谱图像解耦模块通过解耦高温部件光场多光谱图像获得解耦数据；

所述物点真实温度获取模块利用解耦数据获取高温部件物点真实温度。

所述光场相机多光谱测温系统标定模块中的光场相机采用多光谱滤波片阵列与微透镜阵列耦合调制，实现标准温度源多光谱图像采集，确定灰度值与温度值之间对应关系。

所述光场相机多光谱测温系统标定模块使用的标准温度源为黑体炉或钨丝灯。

所述多光谱图像解耦模块通过将二维多光谱图像解耦为单维度多光谱图像，获得解耦数据。

所述多光谱测温系统成像模块成像过程中对被测部件测温时，测温范围、精度与滤波片阵列的选择匹配对应。

本实施例2中的相应的求解过程与实施例1一致，在此不再赘述。

综上所述，本发明专利通过在光场相机中加入滤波片阵列调制光场相机成像过程，提出一种基于光场相机的高温部件多光谱测温方法，该方法采用单镜头光学系统实现多光谱测温，光学系统相对简单；本发明简化了传统多光谱测温方法中的光学采集系统，结合了多光谱测温与面阵测温的优点，可解算二维真实温度场，对于推动多光谱辐射测温技术的发展具有一定的意义。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。