紅外測(cè)溫算法-最終版

1、文檔編碼 : CM1V1Q4A5G1 HV9X2J5W5Z5 ZQ6Z5Q2F1G10紅外熱像儀測(cè)溫算法 紅外熱像測(cè)溫原理 黑體輻射的基本規(guī)律是紅外輻射理論爭(zhēng)論和技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)；所謂黑體,就是在任何溫度下能吸取任何波長(zhǎng)輻射的物體；斯蒂芬一波爾茲曼定律指出, 黑體的輻出度,即黑體表面單位面積上所發(fā)射的各種波長(zhǎng)的總輻射功率與其熱力學(xué)溫度 T 的四次方成正比：在相同溫度下, 實(shí)際物體在同一波長(zhǎng)范疇內(nèi)輻射的功率總是小于黑體輻射的功率；也就是說(shuō),實(shí)際物體的單色輻出度 小于黑體的單色輻出度；我們把 與 的比值稱為物體的單色黑度,它表示實(shí)際物體的輻射接近黑體的程度：即（1）將式（ 1）兩端積分（2）假如物體

2、的單色黑度是不隨波長(zhǎng)變化的常數(shù),即,就稱此類物體為灰體；結(jié)合關(guān)系式：和可得所以（3）實(shí)際物體的熱輻射在紅外波長(zhǎng)范疇內(nèi),可以近似地看成灰體輻射；被定義為物體的發(fā)射率； 說(shuō)明該物體的輻射本領(lǐng)與同溫度同測(cè)量條件下的黑體輻射本領(lǐng)之比；式 3正是紅外測(cè)溫技術(shù)的理論依據(jù)；作用于熱像儀的輻射照度為（4）其中,為表面發(fā)射率,為表面吸取率,為大氣的光譜透射率,為大氣發(fā)射率,為被測(cè)物體表面溫度,為環(huán)境溫度,為大氣溫度, d 為該目標(biāo)到測(cè)量?jī)x器之間的距離,通常確定條件下,為一個(gè)常值,為熱像儀最小空間張角所對(duì)應(yīng)的目標(biāo)的可視面積；熱像儀通常工作在某一個(gè)很窄的波段范疇內(nèi),或之間,、通常可認(rèn)為與無(wú)關(guān)；得到熱像儀的響應(yīng)電壓為

3、（5）其中,為熱像儀透鏡的面積,令,就（5）式變?yōu)椋?）紅外熱成像系統(tǒng)的探測(cè)器可以將接收到的紅外波段的熱輻射能量轉(zhuǎn)換為電 信號(hào),經(jīng)過(guò)放大、整型,模數(shù)轉(zhuǎn)換后成為數(shù)字信號(hào),在顯示器上通過(guò)圖像顯示出 來(lái)；圖像中的每一個(gè)點(diǎn)的灰度值與被測(cè)物體上該點(diǎn)發(fā)出并到達(dá)光電轉(zhuǎn)換器件的輻射能量是對(duì)應(yīng)的； 但直接從紅外熱成像系統(tǒng)顯示的圖像中讀出的溫度是物體表面的輻射溫度,并不是真實(shí)溫度,其值等于輻射出相同能量的黑體的真實(shí)溫度；因此在實(shí)際測(cè)溫時(shí), 要先用高精度黑體對(duì)熱像儀進(jìn)行標(biāo)定,找出黑體溫度與光電轉(zhuǎn)換器件輸出電壓 在熱圖像上表現(xiàn)為灰度 的對(duì)應(yīng)關(guān)系；黑體的真實(shí)溫度可由顯示面板讀出；依據(jù)普朗克輻射定律,得到（7）被測(cè)表面真

4、實(shí)溫度的運(yùn)算公式為（8）當(dāng)使用不同波段的熱像儀時(shí),n 的取值不同,對(duì)InSb35 m探測(cè)器, n 值為 8.68；對(duì) HgCdTe69 m探測(cè)器, n 值為 5.33；對(duì) HgCdTe814 m探測(cè)器,n 值為 4.09；當(dāng)被測(cè)表面中意灰體近似時(shí), 即,且如認(rèn)為大氣,就（7）式變?yōu)椋?）（8）式變?yōu)椋?0）這是灰體表面真實(shí)溫度的運(yùn)算公式；當(dāng)近距離測(cè)溫時(shí),忽視大氣透過(guò)率的影響,即這是紅外熱像測(cè)溫經(jīng)經(jīng)常用到的公式；,就（ 7）式變?yōu)椋?1）假如知道了被測(cè)物體表面的發(fā)射率, 就可以用 10和11式由測(cè)出的輻射溫度 和環(huán)境溫度運(yùn)算出被測(cè)物體表面的真實(shí)溫度；熱成像系統(tǒng)溫度標(biāo)定原理（擬合曲線法 ）紅外熱成

5、像系統(tǒng)在顯示器上顯示的熱圖像,反映了被測(cè)物體表面的熱分布情況,由于探測(cè)器所接收到的紅外輻射與目標(biāo)溫度之間呈非線性關(guān)系,而且仍要受 到物體表面發(fā)射率、 大氣衰減及物體所處環(huán)境的反射等因素的影響,熱圖像只能 給出物體表面輻射溫度的定性描述,假如想要依據(jù)熱圖像獲得物體的確定溫度 值,必需接受與基準(zhǔn)物體熱像相比較的方式來(lái)標(biāo)定確定溫度值；一般是利用高精 度的黑體爐作為標(biāo)準(zhǔn), 用紅外熱像儀測(cè)量其表面溫度, 做出黑體爐溫度與光電轉(zhuǎn) 換器件的輸出信號(hào)的關(guān)系曲線；擬合曲線法：標(biāo)定時(shí),在確定條件下（黑體和鏡頭之間的距離、 環(huán)境溫度等）,用熱像儀對(duì)著不同溫度下的基準(zhǔn)黑體熱源進(jìn)行測(cè)量,采集熱像圖的灰度數(shù)據(jù)； 用最小二

6、乘法擬合測(cè)量數(shù)據(jù), 得到一條熱值與溫度關(guān)系的最近擬合曲線,同時(shí)可以求出描述標(biāo)定曲線的數(shù)學(xué)模型中各項(xiàng)標(biāo)定常量的數(shù)值,得到具體的數(shù)學(xué)模型； 實(shí)時(shí)測(cè)溫時(shí),直接在數(shù)學(xué)模型中由灰度數(shù)據(jù)值轉(zhuǎn)換為溫度值；擬合公式一為：擬合公式二為：這種方法的特點(diǎn)：占用儲(chǔ)備空間小；但由于擬合曲線的非線性,測(cè)量精度略 低；適用于測(cè)量精度要求不高的場(chǎng)合；熱成像系統(tǒng)的發(fā)射率的測(cè)量（測(cè)試方法待定, 暫時(shí)手動(dòng)設(shè)置 ）紅外熱圖像只是被測(cè)物體表面輻射溫度的分布,并不是真實(shí)溫度的分布；而輻射溫度是把物體表面的發(fā)射率作為1 折算的,是一種理想狀況； 由于實(shí)際物體并不是黑體,表面發(fā)射率要小于 1,所以有時(shí)輻射溫度與真實(shí)溫度差別較大,雖然當(dāng)物體表

7、面的發(fā)射率基本一樣時(shí), 輻射溫度的分布趨勢(shì)與真實(shí)溫度的分布趨勢(shì)大體是相同的,但如物體表面有多種材料制成,如功率電路,里面含有電容,電阻等多種電子元件, 那么表面的發(fā)射率差異會(huì)特殊大,輻射溫度的分布就不能反映真實(shí)溫度的分布； 影響發(fā)射率的因素很多, 而且復(fù)雜,不僅與溫度, 波長(zhǎng)有關(guān),仍與物體的材質(zhì)及表面狀態(tài)有關(guān)；在對(duì)被測(cè)物體的測(cè)試過(guò)程中,當(dāng)被測(cè)對(duì)象的溫度變化范疇不大,而且試驗(yàn)時(shí) 間不長(zhǎng)時(shí)；可以近似中意兩個(gè)條件：（1）、環(huán)境輻射 在測(cè)量過(guò)程中不變；（2）、物體發(fā)射率 隨溫度的變化可以忽視；這樣,公式 7可以寫(xiě)做下 公式：其中 是一個(gè)常數(shù), 這表示環(huán)境產(chǎn)生的被紅外熱像系統(tǒng)接收到得輻射是恒定的；溫度補(bǔ)

8、償雙線性溫度補(bǔ)償模型：溫度公式補(bǔ)償：VC 程序的算法實(shí)現(xiàn)：圖 1 紅外測(cè)溫界面1、 紅色實(shí)線框中部分表示顯示, 紅色虛線框中部分表示設(shè)置兩點(diǎn)校正參數(shù)和定 標(biāo)數(shù)據(jù)的位置,黃色實(shí)線框中部分表示設(shè)置表面發(fā)射率、大氣透射率、大氣 發(fā)射率和環(huán)境溫度等參數(shù),黃色虛線框中部分表示程序運(yùn)行和停止以及顯示 某點(diǎn)的具體溫度值；2、 探測(cè)器采集得到的原始數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)兩點(diǎn)校正顯示于紅色框中；假定每個(gè)像元的響應(yīng)呈線性的,就校正方程為：為象元 m,n對(duì)目標(biāo)的響應(yīng)電壓,為目標(biāo)的溫度,為象元m,n在環(huán)境溫度 時(shí)第 k（K 一般取 128 幀）幀的響應(yīng)電壓；校正的原理如下圖所示：2V OUT213V OUTB 12 TV OUT2- 13 2 T1T2-13A C 1 為環(huán)境溫度, 2 為目標(biāo)溫度；由上圖可以看出,當(dāng)目標(biāo)溫度與環(huán)境溫度相同時(shí),校正后響應(yīng)電壓為 0,圖像上表現(xiàn)為黑色；下圖左右分別為校正前后的背景成像：3、 當(dāng)點(diǎn)擊“ 運(yùn)行” 后,鼠標(biāo)移動(dòng)到紅色