基于多色测温的装置、方法及存储介质与流程

本发明涉及测温领域，具体涉及了一种基于多色测温的装置、方法及存储介质。

背景技术：

目前，热成像仪的工作原理为，接收物体在一定波长范围内的热辐射，根据其能量大小可以获得物体温度的高低。为得到正确的温度，热像仪一般需要用可调节温度的黑体(理想的黑体辐射率为1)事先作好标定。

但是，一般物体不是理想黑体，其辐射率小于1。物体还会反射周围环境的能量因此，传统的热像仪实际上测量的是仪器接收到一定波长范围内的总能量(一定立体角内)，即

w＝εw0+τw1

其中w0是物体理论上的辐射能量，w1是周围环境的辐射能量，ε是物体辐射率，τ是物体反射率，在物体不透明的情况下，τ＝1-ε。

热像仪测温的原理是由仪器接收到的总能量w估算出物体理论上的辐射能量w0，再w0推算物体的温度。因此如果物体辐射率ε估计不准，会带来测温误差。

如图1所示，根据黑体辐射定律，当物体温度变化时，其辐射能量分布曲线的形状也将随之变化。而对于温度相同，而辐射率不同的物体，其辐射能量分布曲线的形状是一样的，只是幅度相差了一个辐射率ε，而在大部分应用中，用户关心的是高温物体，因此反射环境能量w1带来的干扰基本可以忽略。

现有的测温装置，只能测量特定辐射率的物体；并且在生产安装的过程中，需要进行黑体标定，生产安装过程非常繁杂。因此，需要提供一种测温装置能够使得测温结果与辐射率ε无关，从而提高测温的准确性。更进一步，无需用可调节温度的黑体事先作标定，而是直接采用已知的黑体辐射曲线和/或测温单元响应曲线，提高生产的便利性。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种基于多色测温的装置，能够根据辐射能量密度分布曲线的形状信息，使得测温结果与辐射率ε无关，从而提高测温的准确性。更进一步，无需用可调节温度的黑体事先作标定，提高生产的便利性。

本发明提供了一种基于多色测温的装置，包括：至少两个像素，每个像素内包含n个测温单元，所述n为大于等于2的正整数；所述第一测温单元接收第一辐射能量，得到第一热辐射信息；所述第n测温单元接收第n辐射能量，得到第n热辐射信息；所述第一热辐射信息至第n热辐射信息不同；处理单元，所述处理单元根据所述第一热辐射信息至第n热辐射信息，得到热辐射信息的相对比值或分布数据；所述相对比值或分布数据对应目标物体对应点的温度信息；所述处理单元形成与目标物体温度有关的信息。

本发明所述基于多色测温的装置的有益效果在于：能够根据辐射能量密度分布曲线的形状信息，使得测温结果与辐射率ε无关，从而提高测温的准确性。更进一步，利用已知的黑体辐射曲线和/或测温单元响应曲线，无需用可调节温度的黑体事先作标定，从而提高测温装置的生产便利性。

优选的，所述处理单元根据每个像素测得的温度信息，获得目标物体温度分布的信息。

优选的，还包括存储单元，所述存储单元连接处理单元，所述存储单元存储不同温度下物体的辐射能量密度和/或所述各测温单元响应的分布数据或相对比值；所述处理单元读取所述不同温度下物体的辐射能量密度和/或所述各测温单元响应的分布数据或相对比值；所述处理单元根据所述第一热辐射信息至第n热辐射信息中的至少两者，查表对照不同温度下物体的辐射能量密度和/或所述各测温单元响应的分布数据或相对比值，得到被测目标物体的温度。具有不同辐射率的物体在相同温度下的辐射曲线形状相同，但相差一个辐射率的系数，因此所述分布数据通常为归一化之后的数据，使其与辐射率无关。

优选的，存储单元存储的不同温度下物体的辐射能量密度和/或所述各测温单元响应的分布数据或相对比值，通过事先设置标定温度源的不同温度，用所述测温装置采集、标定获得；或，根据黑体辐射曲线和/或各测温单元的光谱响应曲线直接获得。

优选的，所述第一测温单元具有第一光谱响应曲线，得到第一热辐射信息；所述第n测温单元具有第n光谱响应曲线，得到第n热辐射信息；所述第一光谱响应曲线至第n光谱响应曲线不同。

优选的，所述第一测温单元响应第一波长范围的热辐射，得到第一热辐射信息；所述第n测温单元响应第n波长范围的热辐射，得到第n热辐射信息；所述第一波长范围至第n波长范围不同。

优选的，所述第一测温单元工作在第一工作状态，得到第一热辐射信息；所述第n测温单元工作在第n工作状态，得到第n热辐射信息；所述第一测温单元和所述第n测温单元为同一探测器，所述探测器具有两种或以上的工作状态；所述第一工作状态至第n工作状态不同；所述不同状态包括：采用改变探测器温度以通过机械应力，控制探测器薄膜的光学谐振腔状态；或者，对探测器悬空薄膜加电压，以通过静电力控制探测器薄膜的光学谐振腔状态；或者，生产制造过程直接完成光学谐振腔的不同状态；或者，通过控制测温单元本身的高度、厚度、形状、结构、材料、尺寸、组成等因素之一或多种因素的组合不同，从而使得每个测温单元的光谱响应不同；或者，在测温单元上制造不同的图形使得每个测温单元的光谱响应不同。

优选的，通过多个像素获得的温度信息，获得温度分布信息。

优选的，所述像素的测温单元分布在至少两个不同的热像仪上；每个热像仪包括若干测温单元；所述第一热像仪的一个测温单元接收第一辐射能量，得到第一热辐射信息；所述第n热像仪的一个测温单元接收第n辐射能量，得到第n热辐射信息；所述第一到第n热像仪的所述一个测温单元对应于物体上的同一个点；所述处理单元将所述第一测温单元至第n测温单元组成一个像素，得到目标物体对应点的温度信息，通过所述多个像素获得的温度信息，获得目标物体的温度分布信息。

本专利中的热像仪是指广义的可接收热辐射的成像装置，包含接收光路和两个或以上像素的探测器，其对可见光至长波红外光(380nm～30um)的至少部分波段有响应。

优选的，所述不同的热像仪的接收光路的透射率曲线不同，例如光学设计不同、和/或光学材料不同、和/或镀膜不同。

优选的，所述第一测温单元至第n测温单元至少之一的接收光路具有滤光片，所述滤光片透过特定波长范围的光；或者，所述第一测温单元至第n测温单元至少之一的接收光路具有镀膜，所述镀膜透过特定波长范围的光。

优选的，所述接收光路的透过率曲线不同，例如滤光片或镀膜的透过率曲线各不相同。

优选的，所述特定波长范围各不相同。

优选的，所述同一像素上的测温单元光谱响应不同。

优选的，所述第一测温单元至第n测温单元接收可见光至长波红外区间的至少部分光。

优选的，所述第一测温单元至第n测温单元接收可见光、近红外光、短波红外光、中波红外光、长波红外光中至少之一。

本发明还提供了一种基于多色测温的方法，其特征在于，至少两个像素，每个像素内包含n个测温单元，所述n为大于等于2的正整数；包括以下步骤：第一测温单元接收第一辐射能量，得到第一热辐射信息；第n测温单元接收第n辐射能量，得到第n热辐射信息；所述第一热辐射信息至第n热辐射信息不同；所述处理单元根据所述第一热辐射信息至第n热辐射信息，得到其相对比值或分布数据；所述相对比值或分布数据对应特定的目标物体温度；所述处理单元形成与目标物体温度有关的信息。

本发明所述基于多色测温的方法的有益效果在于：能够获得辐射能量密度分布曲线的部分信息，使得测温结果与辐射率ε无关，从而提高测温的准确性。更进一步，利用已知的黑体辐射曲线和/或测温单元响应曲线，无需用可调节温度的黑体事先作标定，从而提高测温装置的生产便利性。

优选的，存储单元存储不同温度下物体的辐射能量密度和/或各测温单元响应的分布数据或相对比值，；处理单元读取所述不同温度下的辐射能量密度和/或各测温单元响应的分布数据或相对比值；处理单元根据所述第一热辐射信息至第n热辐射信息中的至少两者，查表对照不同温度下物体的辐射能量密度和/或各测温单元响应的分布数据或相对比值，得到目标物体温度。具有不同辐射率的物体在相同温度下的辐射曲线形状相同，但相差一个辐射率的系数，因此所述分布数据通常为归一化之后的数据，使其与辐射率无关。

优选的，所述第一测温单元至第n测温单元接收可见光、近红外光、短波红外光、中波红外光、长波红外光中至少之一。

本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现前述的基于多色测温的方法。

本发明所述计算机可读存储介质的有益效果在于：能够获得辐射能量密度分布曲线的部分信息，使得测温结果与辐射率ε无关，从而提高测温的准确性。更进一步，利用已知的黑体辐射曲线和/或测温单元响应曲线，无需用可调节温度的黑体事先作标定，从而提高测温装置的生产便利性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为黑体辐射曲线，即辐射能量密度随波长的分布曲线示意图；

图2为本发明实施例一所述装置的示意图；

图3为本发明实施例一所述每一个像素内包含相邻两个测温单元的示意图；

图4为本发明实施例二所述每一个像素内包含两个热像仪相应测温单元的示意图；

图5为本发明实施例所述第一测温单元和第二测温单元在不同波长相应不同的示意图；

图6为本发明实施例四所述方法的示意图。

附图标记说明：

101、红外成像传感器，102、像素，103、第一测温单元，104、第二测温单元，105、入射光，106、第一接收光路，107、第二接收光路，108、第一热像仪，109、第二热像仪。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明说明书、权利要求书和附图中出现的术语“第一”、“第n”和“第三”等是用于区别不同的对象，并非用于描述特定的顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于己列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例一、

本发明所述的多色测温的装置，包括：至少两个像素102，每个像素102内包含n个测温单元，所述n为大于等于2的正整数；所述第一测温单元103接收第一辐射能量，得到第一热辐射信息；所述第n测温单元接收第n辐射能量，得到第n热辐射信息；所述第一热辐射信息至第n热辐射信息不同；处理单元，所述处理单元根据所述第一热辐射信息至第n热辐射信息，得到特定辐射能量密度的相对比值或归一化分布数据；所述特定辐射能量密度相对比值或分布数据对应目标物体对应点的温度信息；所述处理单元形成与目标物体温度有关的信息。

本发明所述的多色测温装置，包括至少两个测温单元，每个测温单元测得的热辐射信息不同。本发明所述的多色测温装置在设计时，能通过一定的方式获得辐射能量分布曲线的部分信息，则可以使得测温结果与辐射率ε无关，从而提高测温的准确性。

本发明所述的多色测温装置的每至少两个测温单元组成一个像素102，本发明所述的多色测温装置包括至少两个像素102。

如图3所示，本发明所述的多色测温装置的红外成像传感器的每一个像素102内的至少两个测温单元可以是封装在一起的至少两个不同的单元。相邻的每两个测温单元，组成一个像素102。在这个像素102中的相邻两个测温单元，它们的得到的热辐射信息不同，根据这两个测温单元测得的不同的热辐射信息获得两者响应的相对比值，通过查表的方式，对应事先存储的物体在不同温度下测温单元响应的相对比值，查表即可得到相应的温度。如图3所示，在本实施例所述的多色测温装置中包含有若干这样的像素102，这些像素102可以组成矩阵，每一个像素102可以得到目标物体的一个点的温度，整合所有这些像素102得到的温度信息，最终形成目标物体的温度图像。

在不同温度下，不同辐射率的物体具有相同形状的辐射曲线。因此，比色测温仪测量物体在不同波长的辐射功率，即使不知道物体的辐射率，也能得到准确的温度(在大部分应用中，用户关心的是高温物体，因此反射环境能量带来的干扰基本可以忽略)。本发明相比市场上已有的比色测温仪，还可以获得温度分布的信息。并且，本专利每个测温单元的光谱响应波长可以重合，只需要光谱响应曲线不同即可。本专利的每个像素还可以包括多个测温单元，以提高测温的准确性。

所述处理单元根据每个像素102测得的温度信息，获得目标物体温度分布的信息。所述每个像素102可以获得目标物体的一个点的温度信息，若干个像素102就可以得到温度分布或者温度图像等信息。

还包括存储单元，所述存储单元连接处理单元，所述存储单元存储不同温度下的辐射能量密度和/或所述各测温单元响应的分布数据或相对比值；所述处理单元读取所述不同温度下的辐射能量密度和/或所述各测温单元响应的分布相对比值或分布数据；所述处理单元根据所述第一热辐射信息至第n热辐射信息中的至少两者，查表对照不同温度下物体的辐射能量密度和/或所述各测温单元响应的分布数据或相对比值，得到目标物体温度。所述的存储单元内存储了对应相应温度的辐射曲线信息和/或所述各测温单元响应的信息，在得到不同的测温单元的热辐射信息后，通过查表的方式，对照事先存储的不同温度下辐射曲线和/或测温单元响应的信息，即可得到相应的温度。所述分布数据通常经过归一化处理。

存储单元存储的不同温度下的辐射能量密度和/或各测温单元响应的分布数据或相对比值，通过事先设置标定温度源的不同温度，用所述测温装置采集、标定获得；或，根据黑体辐射曲线和/或各测温单元的响应曲线直接获得。本发明所述多色测温的装置通过至少两个测温单元测得的不同的热辐射信息，查表得到相应的温度，理论上完全可以抛弃黑体事先作好标定的步骤。这样测算出辐射能量密度分布曲线的形状信息，则可以使得测温结果与辐射率ε无关，无需用黑体可调节温度的事先作标定，并且提高测温的准确性。

所述第一测温单元103具有第一光谱响应曲线，得到第一热辐射信息；所述第n测温单元具有第n光谱响应曲线，得到第n热辐射信息；所述第一光谱响应曲线至第n光谱响应曲线不同。

如图5所示，所述第一测温单元103响应第一波长范围的热辐射，得到第一热辐射信息；所述第二测温单元104响应第二波长范围的热辐射，得到第二热辐射信息；所述第一波长范围和第二波长范围不同。如图5所示，第一测温单元103对于第一波长的热辐射相应，第二测温单元104对于第二波长的热辐射相应。第一波长范围也可以和第二波长范围相同，但第一测温单元和第二测温单元的响应曲线不同。

在具体的设计过程中，为了得到不同的测温单元，可以通过以下方式实现：

所述第一测温单元103工作在第一工作状态，得到第一热辐射信息；所述第n测温单元工作在第n工作状态，得到第n热辐射信息；所述第一测温单元103和所述第n测温单元为同一探测器，所述探测器具有两种或以上的工作状态；所述第一工作状态至第n工作状态不同；所述不同状态包括：

采用改变探测器温度以通过机械应力，控制探测器薄膜的光学谐振腔状态；

或者，对探测器悬空薄膜加电压，以通过静电力控制探测器薄膜的光学谐振腔状态；

或者，生产制造过程直接完成光学谐振腔的不同状态；

或者，通过控制测温单元本身的高度、厚度、形状、结构、尺寸、材料、组成之一或多个因素的组合不同，从而使得每个测温单元的光谱响应不同；

或者，在测温单元上制造不同的图形使得每个测温单元的光谱响应不同。

所述第一测温单元103至第n测温单元至少之一的接收光路具有滤光片，所述滤光片透过特定波长范围的光；或者，所述第一测温单元103至第n测温单元至少之一的接收光路具有镀膜，所述镀膜透过特定波长范围的光。

优选的，所述接收光路的透过率曲线各不相同；

优选的，所述特定波长范围各不相同；

所述同一装置上的像素102或测温单元不同。

所述第一测温单元103至第n测温单元接收可见光至长波红外区间的至少部分光。

所述第一测温单元103至第n测温单元接收可见光、近红外光、短波红外光、中波红外光、长波红外光中至少之一。

本发明所述基于多色测温的装置的有益效果在于：能够获得辐射能量密度分布曲线的部分信息，则可以使得测温结果与辐射率ε无关，提高测温的准确性。更进一步，无需用可调节温度的黑体事先作标定，从而提高生产的便利性。

实施例二、

如图4所示，在本实施例中，每一个像素102可以是至少两个不同的热像仪的对应的热像单元。这样，每一个像素102中的两个测温单元物理上是分离的。所述像素102的测温单元分布在至少两个不同的热像仪上；每个热像仪包括若干测温单元。

如图4所示，所述第一热像仪108的一个测温单元接收第一辐射能量，得到第一热辐射信息；所述第二热像仪109的一个相应测温单元接收第二辐射能量，得到第二热辐射信息。所述第1和第二热像仪109的相对应的两个测温单元对应于物体上的同一个点；所述处理单元根据所述第一热辐射信息和第二热辐射信息，组成一个像素102得到的目标物体对应点的温度信息，通过所述多个像素102获得的温度信息，获得温度分布信息，最终形成目标物体的温度图像。所述不同的热像仪的接收光路的透过率曲线不同，包括光学设计不同、和/或光学材料不同、和/或镀膜不同。此时，所述第一热像仪和第二热像仪上的测温单元可以具有相同的光谱响应曲线，但因为两个热像仪的接收光路的透过率曲线不同，因此结合接收光路后所述第一和第二热像仪上的测温单元相对于入射光的光谱响应曲线仍然不同。

在本实施例中，只要测温单元时逻辑上不同的两个以上测温单元即可，可以分布在不同的设备上。通过处理单元，将不同的两个以上测温单元得到的数据，确定一个比值，一旦确定了该比值，查表即可得到相应的温度。

实施例三、

在本实施例中，各个测温单元可以为不同设计的或不同的工艺或方法或原理得到的测温单元，只要保证同一像素102中，至少两个测温单元的热辐射信息不同即可得到辐射曲线的部分信息，所述多色测温的装置的各个测温单元，乃至不同的像素102可以是不同的。混合在一起，由处理单元根据得到的辐射信息测得温度。

实施例四、

如图6所示，本发明还提供了一种基于多色测温的方法，其特征在于，至少两个像素102，每个像素102内包含n个测温单元，所述n为大于等于2的正整数；包括以下步骤：

s101、第一测温单元103接收第一辐射能量，得到第一热辐射信息；

s102、第n测温单元接收第n辐射能量，得到第n热辐射信息；所述第一热辐射信息至第n热辐射信息不同；

s103、所述处理单元根据所述第一热辐射信息至第n热辐射信息，得到其相对比值或分布数据；

s104、所述相对比值或分布数据对应特定的目标物体温度；

s105、所述处理单元形成与目标物体温度有关的信息。

存储单元存储不同温度下的辐射能量分布数据；处理单元读取所述不同温度下的辐射能量和/或所述各测温单元的响应的分布数据或相对比值；处理单元根据所述第一热辐射信息至第n热辐射信息中的至少两者，查表匹配特定辐射能量密度和/或所述各测温单元的响应的分布数据或相对比值，得到目标物体温度。所述分布数据通常经过归一化处理。

所述第一测温单元103至第n测温单元接收可见光、近红外光、短波红外光、中波红外光、长波红外光中至少之一。

本发明所述基于多色测温的方法的有益效果在于：能够测算出辐射能量密度分布曲线的形状信息，使得测温结果与辐射率ε无关，提高测温的准确性。更进一步，无需用可调节温度的黑体事先作标定，提高生产的便利性。

实施例五、

本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现前述的基于多色测温的方法。

本发明所述计算机可读存储介质的有益效果在于：能够测算出辐射能量密度分布曲线的形状信息，使得测温结果与辐射率ε无关，提高测温的准确性。更进一步，无需用可调节温度的黑体事先作标定，提高生产的便利性。

本发明所述发射率(emissivity/emittance)指物体的辐射能力与相同温度下黑体的辐射能力之比称为该物体的发射率，也称为辐射率，比辐射率。实际物体的发射率与物体的材料构成和表面状态(包括物体表面温度、表面粗糙度以及表面氧化层、表面杂质或涂层的存在)有关。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

本发明并不限于上文讨论的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在于为了描述和说明本发明涉及的技术方案。基于本发明启示的显而易见的变换或替代也应当被认为落入本发明的保护范围。以上的具体实施方式用来揭示本发明的最佳实施方法，以使得本领域的普通技术人员能够应用本发明的多种实施方式以及多种替代方式来达到本发明的目的。