一种基于红外热成像的阵列测温方法及管理系统与流程

本发明涉及红外热成像，具体为一种基于红外热成像的阵列测温方法及管理系统。

背景技术：

1、由于黑体辐射的存在，任何物体都依据温度的不同对外进行电磁波辐射。波长为2.0～1000微米的部分称为热红外线。热红外成像通过热红外敏感ccd对物体进行成像，能反映出物体表面的温度场。热红外在军事、工业、汽车辅助驾驶、医学领域都有广泛的应用。

2、现有的阵列测温系统通过利用固定形状的红外探测器阵列对目标物体的红外热像图进行获取，根据获取的红外热像图对目标物体的温度进行测量，由于目标物体周围可能存在辐射换热的情况，但依据现有技术获取的红外热像图中无法对辐射换热量进行有效计算，导致测量的温度与实际值存在较大差异，以及利用现有技术对辐射换热量进行计算的过程中，无法消除目标物体聚集的辐射热量对计算结果产生的影响，以及现有技术中仅依靠红外热像图中对应区域的颜色变化情况对目标物体的温度值进行预测，未考虑到对应颜色的色差问题对预测结果产生的影响。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于红外热成像的阵列测温方法及管理系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于红外热成像的阵列测温方法，所述方法包括：

3、s10：对目标对象的临近对象进行确定，对各临近对象与目标对象之间的端面距离值分别进行计算，结合各临近对象相较于目标对象的方位信息对红外探测器阵列的阵列形状进行确定；

4、s20：将目标对象的热辐射聚焦于主体红外探测器阵列上，红外探测器将辐射信号转换为相应的电信号，对电信号进行放大和转换处理得到目标对象的红外热像图，主体红外探测器阵列指基于主体形状构建的红外探测器阵列；

5、s30：基于目标对象的红外热像图，对各矩形红外探测器阵列得到的红外热像图进行确定，根据确定结果对各矩形红外探测器阵列对应的红外热像图的温度梯度进行预测；

6、s40：基于预测的温度梯度判断目标对象是否故障，以及对目标对象的故障程度进行预测；

7、s50：根据预测的目标对象的故障程度对目标对象进行维修处理。

8、进一步的，所述s10对红外探测器阵列的阵列形状进行确定的具体方法为：

9、利用距离计算公式对各临近对象与目标对象之间的端面距离值分别进行计算，以目标对象的中点作为原点构建平面直角坐标系，基于构建的平面直角坐标系对各临近对象相较于目标对象的方位信息进行确定，临近对象指与目标对象相邻的对象，且临近对象与目标对象的连线上无其它对象存在，对象可以是电子设备；

10、以目标对象的红外热像图的采集面所对应的形状作为阵列的主体形状，以采集面所在平面作为观测面对临近对象进行确定，若在观测面能够观测到对应临近对象，则将对应临近对象进行保留，反之，则将对应临近对象进行剔除；

11、对保留的各临近对象相较于目标对象的方位信息进行确定，在对应方向上增加一个矩形红外探测器阵列，增加的矩形红外探测器阵列的阵列长度为对应临近对象与目标对象之间的端面距离值，增加的矩形红外探测器阵列的阵列宽度为单个红外探测器的宽度，矩形为辅助形状；

12、根据增加的矩形红外探测器阵列和阵列的主体形状对红外探测器阵列的阵列形状进行确定。

13、进一步的，所述s30对各矩形红外探测器阵列对应的红外热像图的温度梯度进行预测的具体方法为：

14、对各矩形红外探测器阵列对应的红外热像图按照颜色进行区域划分，根据各划分区域内对应颜色亮度的变化情况，对各划分区域的温度均值进行计算，具体的计算方法为：

15、对各矩形红外探测器阵列对应的红外热像图进行灰度处理，根据灰度处理结果对各划分区域的温度均值进行计算，具体的计算公式为：

16、t＝{{[(1/g)*∑2i＝516(gi*s*i)]/256}+1}*dj；

17、其中，i＝1,2,…,256，表示灰度值，j＝1,2,…,m，表示红外热像图中各类颜色对应的编号，m表示颜色总数，dj表示当灰度值为1时第j类颜色对应的温度值，gi表示灰度值为i的像素数量，s表示单个像素对应的面积，g表示对应划分区域的总面积，t表示对应划分区域的温度均值；

18、根据红外热像图的亮度变化情况对各划分区域的温度均值进行计算，相较于通过颜色变化情况对各划分区域的温度均值进行计算的过程而言，误差更小，精确度更高；

19、根据各划分区域对应的温度均值，对各矩形红外探测器阵列对应的红外热像图的温度梯度进行预测，具体的预测公式为：

20、f＝[1/(p-1)]*∑pq＝1|(tp-tp+1)/dp|；

21、其中，p＝1,2,…,q表示红外热像图中各划分区域对应的编号，q表示划分区域总数，tp表示编号为p的划分区域对应的温度均值，tp+1表示编号为p+1的划分区域对应的温度均值，dp表示编号p的划分区域中点与编号为p+1的划分区域中点之间的距离值，f表示矩形红外探测器阵列对应的红外热像图的温度梯度，温度梯度的方向由tp-tp+1的符号决定，若符号为正，则温度梯度方向为目标物体指向对应临近对象的方向，若符号为负，则温度梯度的方向为对应临近对象指向目标对象的方向；

22、划分区域的编号顺序为：对各划分区域中点到主体阵列对应的红外热像图中点的距离值进行计算，按照距离值由大到小的顺序依次对各划分区域进行编号处理。

23、进一步的，所述s40包括：

24、s401：对主体红外探测器阵列对应的红外热像图的温度均值t′进行计算(主体红外探测器阵列对应的红外热像图的温度均值的计算方法与各矩形红外探测器阵列对应的红外热像图的温度均值的计算方法相同)，结合各矩形红外探测器阵列对应的红外热像图的温度梯度和温度梯度方向，对目标对象的实际工作温度进行预测，具体的预测公式为：

25、l＝t′-∑cv＝1[tck(1+fc)p-1]*(-1)r；

26、其中，c＝1,2,…,v，表示矩形红外探测器阵列对应的红外热像图对应的编号，v表示矩形红外探测器阵列总数，fc表示编号为c的矩形红外探测器阵列对应的红外热像图的温度梯度，r表示温度梯度的方向，当温度梯度的方向为正时r＝1，当温度梯度的方向为负时r＝2，tck表示编号为c的矩形红外探测器阵列对应的红外热像图中编号为k的划分区域的温度均值，当r＝1时k＝q，当r＝2时k＝1，l表示目标对象的实际工作温度；

27、当目标对象向外辐射换热时由于靠近目标对象的位置受目标对象聚集的热量的影响，导致根据对应位置计算的辐射换热量高于目标对象的实际辐射换热量，若以远离目标对象的位置对目标对象的辐射换热量进行计算，则将消除上述影响；

28、s402：将l与目标对象的最高工作温度l′进行比较，若l＞l′，则表示目标对象发生故障，若l≤l′，则表示目标对象未发生故障；

29、s403：利用(l-l′)/l′对目标对象的故障程度进行预测。

30、进一步的，所述s50将预测的目标对象的故障概率与设定阈值进行比较，若故障概率≥设定阈值，则立即将目标对象的工作电源切断，并通知工作人员对目标对象进行维修处理，若故障概率＜设定阈值，则在工作人员对目标对象进行维修前将目标对象的工作电源切断。

31、一种基于红外热成像的阵列测温管理系统，所述系统包括红外探测器阵列构建模块、红外热像图获取模块、测温模块、目标对象故障程度预测模块和管理模块；

32、所述红外探测器阵列构建模块用于对红外探测器阵列的阵列形状进行确定，基于确定的阵列形状构建红外探测器阵列；

33、所述红外热像图获取模块利用构建的红外探测器阵列对目标对象的红外热像图进行获取；

34、所述测温模块对各矩形红外探测器阵列对应的红外热像图的温度均值和温度梯度进行预测；

35、所述目标对象故障程度预测模块用于对目标对象的故障程度进行预测；

36、所述管理模块用于根据目标对象的故障程度对目标对象进行维修管理。

37、进一步的，所述红外探测器阵列构建模块包括信息获取单元、主体形状确定单元、临近对象筛选单元、辅助形状确定单元和红外探测器阵列构建单元；

38、所述信息获取单元利用距离计算公式对各临近对象与目标对象之间的端面距离值分别进行计算，根据构建的平面直角坐标系对各临近对象相较于目标对象的方位信息进行确定，并将端面距离值和方位信息传输至辅助形状确定单元；

39、所述主体形状确定单元以目标对象的红外热像图的采集面所对应的形状作为阵列的主体形状，并将确定的主体形状传输至红外探测器阵列构建单元；

40、所述临近对象筛选单元以采集面所在平面作为观测面对临近对象进行筛选处理，并将保留的临近对象传输至辅助形状确定单元；

41、所述辅助形状确定单元对信息获取单元传输的端面距离值和方位信息，以及临近对象筛选单元传输的临近对象进行接收，对接收的临近对象相较于目标对象的方位信息进行确定，在对应方向上均增加一个矩形，矩形的长度为对应方向上的端面距离值，矩形的宽度为单个红外探测器的宽度，并将增加的矩形信息传输至红外探测器阵列构建单元；

42、所述红外探测器阵列构建单元对主体形状确定单元传输的主体形状和辅助形状确定单元传输的增加的矩形信息进行接收，根据接收信息构建红外探测器阵列，并将构建的红外探测器阵列传输至红外热像图获取模块。

43、进一步的，所述测温模块包括红外热像图匹配单元、温度均值预测单元和温度梯度预测单元；

44、所述红外热像图匹配单元对红外热像图获取模块传输的红外热像图进行接收，根据接收信息对各矩形红外探测器阵列得到的红外热像图进行匹配，并将匹配结果传输至温度均值预测单元；

45、所述温度均值预测单元对红外热像图匹配单元传输的匹配结果进行接收，基于接收信息，对各矩形红外探测器阵列匹配的红外热像图按照颜色进行区域划分，根据各划分区域内对应颜色亮度的变化情况，对各划分区域的温度均值进行预测，并将预测结果传输至温度梯度预测单元和目标对象故障程度预测模块；

46、所述温度梯度预测单元对温度均值预测单元传输的预测结果进行接收，基于接收信息，对各矩形红外探测器阵列匹配的红外热像图的温度梯度进行预测，并将预测结果传输至目标对象故障程度预测模块。

47、进一步的，所述目标对象故障程度预测模块包括目标对象工作温度预测单元、故障判断单元和故障程度预测单元；

48、所述目标对象工作温度预测单元对温度均值预测单元和温度梯度预测单元传输的预测结果进行接收，结合主体红外探测器阵列匹配的红外热像图的温度均值，对目标对象的工作温度进行预测，并将预测的工作温度传输至故障判断单元；

49、所述故障判断单元对目标对象工作温度预测单元传输的工作温度进行接收，将接收的工作温度与目标对象的最高工作温度进行比较，根据比较结果判断目标对象是否发生故障，并将判断结果传输至故障程度预测单元；

50、所述故障程度预测单元对故障判断单元传输的判断结果进行接收，结合目标对象的最高工作温度，对目标对象的故障程度进行预测，并将预测结果传输至管理模块。

51、进一步的，所述管理模块对故障程度预测单元传输的预测结果进行接收，基于接收信息，通知工作人员对目标对象进行维修处理。

52、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

53、1.本发明在对目标对象的工作温度进行预测的过程中，根据红外热像图的亮度变化情况对各划分区域的温度均值进行计算，相较于通过颜色变化情况对各划分区域的温度均值进行计算的过程而言，进一步提高了计算精度；

54、2.本发明在对目标对象进行测温时，考虑到目标对象和临近对象之间存在辐射换热，根据换热路径和目标对象的辐射热量采集面形状对红外探测器阵列的阵列形状进行确定，根据确定形状的红外探测器阵列获取的红外热像图，对目标对象的实际工作温度进行预测，预测效果更好，进一步提高了系统的测温效果。

55、3.本发明在对目标对象的实际工作温度进行预测的过程中，以远离目标对象的位置对目标对象的辐射换热量进行计算，消除了目标对象自身聚集的辐射热量对计算结果产生的影响，进一步提高了系统的测温精度。