專利名稱：一種紅外測溫實(shí)時(shí)校準(zhǔn)的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬一種紅外線測溫的系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
自然界中任何高于絕對零度(-273℃)的物質(zhì)，其自身都具有一定的紅外能量，并在其周圍形成能量場。不同物質(zhì)的紅外能可能具有不同的紅外波長范圍(例如人體的主紅外波長為8-14μm)及能量強(qiáng)度。紅外能以光波的形式進(jìn)行傳播。人能夠感覺到這種紅外能——溫度，但人眼不能直接觀察到紅外波。由紅外光敏器件組成的紅外熱像儀，可以探測物體紅外熱輻射。當(dāng)被測物體的紅外能值高于周圍環(huán)境時(shí)，紅外熱像儀能夠?qū)⑽矬w的不可見紅外線輻射能量，通過紅外攝像頭系統(tǒng)收集后轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號輸出給計(jì)算機(jī)，然后由計(jì)算機(jī)根據(jù)這些信號的大小，賦以一定的色彩或輝度后轉(zhuǎn)換成圖像，并顯示在監(jiān)視器上。從而使不可見的物體紅外輻射場在空間的分布成為可見的圖像，此種圖像稱為熱圖，圖像的色彩或輝度可以表示溫度的高低。
在各種紅外探測技術(shù)應(yīng)用中，從探測精度上可分為兩類低分辨率和高分辨率，其中高分辯率需要分辨物體溫度分布的細(xì)微變化，例如在醫(yī)學(xué)檢查中需要分辨的溫度變化通常要求小于0.1℃。探測的細(xì)微程度取決于紅外攝像儀的探測精度——溫度分辨率和光學(xué)空間分辨率。
目前，國內(nèi)外現(xiàn)有的紅外攝像系統(tǒng)都普遍存在一個(gè)問題紅外熱像儀系統(tǒng)受環(huán)境溫度，濕度，光線，空氣質(zhì)量，被測物體的紅外發(fā)射率，距離等因素的影響較大，并受系統(tǒng)自身的熱噪聲、器件的非線性、測試環(huán)境的未知性等因素影響，致使其不能探測物體的絕對溫度。因此傳統(tǒng)的紅外探測都是用于檢測物體的相對溫度，即只能用來測量物體的溫度分布的梯度變化。這樣的應(yīng)用會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)問題一是不能準(zhǔn)確測量物體溫度，而有些應(yīng)用，特別是醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用又與被測物的即時(shí)溫度密切相關(guān)。另外，即使是用于測量物體的相對溫度，當(dāng)系統(tǒng)自身的熱噪聲、工作溫度、測試環(huán)境溫度等因素發(fā)生變化時(shí)，導(dǎo)致相對溫差也會(huì)不同。因此在不同時(shí)刻，無論是否為同一物體，所檢測到的紅外圖像的可比性也很差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種紅外測溫實(shí)時(shí)校準(zhǔn)的方法及裝置，采用這種方法及裝置能有效地消除外界因素對紅外溫度傳感器采集信號的干擾，解決紅外檢測時(shí)溫度測不準(zhǔn)和熱圖可比性差的問題，并可測出被測物絕對溫度。
本發(fā)明紅外測溫實(shí)時(shí)校準(zhǔn)的方法包含下述內(nèi)容設(shè)置紅外攝像頭系統(tǒng)和可對該系統(tǒng)采集的不可見紅外線輻射能量信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的計(jì)算機(jī)，其特征在于同時(shí)設(shè)置與被測物紅外發(fā)射率相同的溫度恒定的恒溫源，恒溫源與被測物在同一數(shù)據(jù)采集面上；用所述紅外攝像頭系統(tǒng)同時(shí)采集被測物和恒溫源的不可見紅外線輻射能量信號，并轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號輸入到計(jì)算機(jī)；同時(shí)將恒溫源的實(shí)時(shí)溫度信號同步輸入到計(jì)算機(jī)作為采樣基準(zhǔn)；用計(jì)算機(jī)將被測體和恒溫源的紅外輻射能量信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理根據(jù)信號的大小賦以一定的色彩或輝度后轉(zhuǎn)換成熱像；由計(jì)算機(jī)對熱圖中的恒溫源圖像進(jìn)行識別，得出其溫度數(shù)據(jù)值；將該溫度數(shù)據(jù)值與恒溫源同步傳給計(jì)算機(jī)的實(shí)際溫度值進(jìn)行比較，求出其偏差值，再用該偏差值對被測物的熱像溫度數(shù)據(jù)值進(jìn)行校準(zhǔn)。
本發(fā)明方法的進(jìn)一步方案是所述采用的恒溫源是紅外發(fā)射率與被測物相同的黑體源。
本發(fā)明紅外測溫實(shí)時(shí)校準(zhǔn)裝置的結(jié)構(gòu)為設(shè)有用于采集被測體紅外輻射能量信號的紅外攝像頭，所述的紅外攝像頭與數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)電連接，其特征在于設(shè)有與被測物在同一數(shù)據(jù)采集面上、且紅外發(fā)射率與被測物相同的恒溫源，恒溫源的溫度信號輸出端與所述的計(jì)算機(jī)電連接。
本發(fā)明的工作原理是以與被測物在同一數(shù)據(jù)采集面上的恒溫源為采樣基準(zhǔn)，紅外攝像頭系統(tǒng)將采集到的被測物和恒溫源的紅外輻射能量信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸入到計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)對其根據(jù)信號的大小賦以一定的色彩或輝度后轉(zhuǎn)換成熱像，再通過軟件對熱圖中的恒溫源圖像進(jìn)行識別，得出其熱像溫度數(shù)據(jù)值；并把該熱像溫度數(shù)據(jù)值與恒溫源同步傳給計(jì)算機(jī)的實(shí)際溫度數(shù)據(jù)值進(jìn)行比較，求出其偏差值，然后用該偏差值對被測物體的熱像溫度數(shù)據(jù)值進(jìn)行校準(zhǔn)，并可得到被測物的絕對溫度值。
本發(fā)明采集目標(biāo)熱像時(shí)被測目標(biāo)與恒溫源同處一個(gè)場景，所以在采集到的紅外圖像中同時(shí)包含被測目標(biāo)和恒溫源的熱像溫度數(shù)據(jù)；而當(dāng)紅外攝像頭系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)發(fā)生溫度漂移時(shí)，由于同步輸入到計(jì)算機(jī)的恒溫源實(shí)際溫度是已知的，故可求出恒溫源的漂移偏差值，而同一個(gè)數(shù)據(jù)采集場景對被測物體和恒溫源的影響是相同的，所以可用恒溫源的溫度漂移偏差值對被測物的測量值進(jìn)行校準(zhǔn)，并可求出被測物體的實(shí)際絕對溫度值。
本發(fā)明能夠有效地消除外界因素對紅外溫度傳感器采集信號的干擾，從而較好地解決了紅外檢測時(shí)溫度測不準(zhǔn)和熱圖可比性差的問題，并能較準(zhǔn)確地測出被測物的絕對溫度值。


圖1、本發(fā)明實(shí)施例1結(jié)構(gòu)示意2、本發(fā)明實(shí)施例1單點(diǎn)黑體源-紅外圖像數(shù)據(jù)采集軟件流程3、本發(fā)明實(shí)施例2多點(diǎn)黑體源-紅外圖像數(shù)據(jù)采集軟件流程圖具體實(shí)施方案實(shí)施例1本例是一種用于對人體測溫的紅外測溫實(shí)時(shí)校準(zhǔn)方法及裝置。
參見圖1，本例方法采用的裝置設(shè)有紅外攝像頭5，紅外攝像頭通過數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)6電連接，并設(shè)有可定位被測物3的框架1，在框架內(nèi)設(shè)有與被測物處于同一數(shù)據(jù)采集面、且可在測試中保持溫度恒定的恒溫源2，恒溫源的紅外發(fā)射率為0.98，與人體的紅外發(fā)射率相同，恒溫源的中心溫度輸出端與計(jì)算機(jī)的基準(zhǔn)信號輸入端連接。
上述紅外攝像頭采用重慶偉聯(lián)公司出售的型號為ATIR-M301的產(chǎn)品。
恒溫源采用型號為RS-BB01的低溫黑體源，恒溫溫度為35℃。
用上述裝置進(jìn)行紅外線測溫的過程是用紅外攝像頭同時(shí)采集被測物和黑體源的不可見紅外線輻射能量信號，并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳輸?shù)接?jì)算機(jī)；同時(shí)將恒溫源的實(shí)時(shí)溫度信號同步輸入到計(jì)算機(jī)RS-232數(shù)據(jù)通信接口，作為采樣基準(zhǔn)；本例采用的是單點(diǎn)黑體—紅外圖像數(shù)據(jù)采集方式，即對黑體源采集其中心點(diǎn)的溫度值Tc作為采樣標(biāo)準(zhǔn)，通過計(jì)算機(jī)得到黑體源中心熱像溫度數(shù)據(jù)值Tc’，再用黑體源中心實(shí)際溫度值Tc和黑體源中心熱像溫度數(shù)據(jù)值Tc’的偏移量Δt＝Tc-Tc’對被測物熱像的各點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)值進(jìn)行校準(zhǔn)。
參見圖2，計(jì)算機(jī)對上述數(shù)據(jù)的采集處理步驟是101啟動(dòng)采集過程；102接收來自紅外攝像頭的紅外圖像(幀)數(shù)據(jù)；103將上述紅外數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)；104若接收到繼續(xù)采集數(shù)據(jù)的指令即轉(zhuǎn)回102步；若接到結(jié)束數(shù)據(jù)采集的指令即轉(zhuǎn)到步驟105；105訪問RS-232數(shù)據(jù)通信接口，讀取黑體源中心溫度值Tc；106從數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中找出黑體源的紅外熱像數(shù)據(jù)，并計(jì)算黑體源中心熱像溫度數(shù)據(jù)的平均值Tc’；107計(jì)算黑體源中心溫度Tc和黑體源中心熱像溫度數(shù)據(jù)平均值Tc’的偏移量Δt＝Tc-Tc’；108顯示紅外圖像，且用Δt值校準(zhǔn)原紅外系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)形成的熱像各點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)值T’，使校準(zhǔn)后的圖像各點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)值t＝T’(DataBuf[row][col])+Δt式中T’為原紅外系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)的溫度計(jì)算表達(dá)值row為二維數(shù)組DataBuf的行下標(biāo)變量col為二維數(shù)組DataBuf的列下標(biāo)變量109若接到結(jié)束指令，即轉(zhuǎn)到110；若未接到結(jié)束指令，即轉(zhuǎn)到102；110將取得的數(shù)據(jù)存到磁盤文件里；111、結(jié)束采集過程。
實(shí)施例2
與實(shí)施例1不同的是本例黑體源有中心溫度和外殼溫度兩個(gè)溫度輸出端與計(jì)算機(jī)連接，并相應(yīng)采用了多點(diǎn)黑體—紅外圖像數(shù)據(jù)采集方式，即對黑體源采集其中心溫度值Tc和外殼溫度值Ts兩點(diǎn)溫度值作為采樣標(biāo)準(zhǔn)，通過計(jì)算機(jī)得到黑體源中心熱像溫度數(shù)據(jù)值Tc’和外殼熱像溫度數(shù)據(jù)值Ts’，再用通過上述數(shù)據(jù)得到的溫度偏移率k＝(Ts-Tc)/(Ts’-Tc’)對被測物熱像的各點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)值進(jìn)行校準(zhǔn)。
參見圖4，計(jì)算機(jī)對上述數(shù)據(jù)的采集處理步驟包括201啟動(dòng)采集過程；202接收來自紅外攝像頭的紅外圖像(幀)數(shù)據(jù)；203將上述紅外數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)；204若接收到繼續(xù)采集數(shù)據(jù)的指令即轉(zhuǎn)回202步；若接到結(jié)束數(shù)據(jù)采集的指令即轉(zhuǎn)到步驟205；205訪問RS-232數(shù)據(jù)通信接口，讀取黑體源中心溫度Tc和黑體源外殼溫度Ts；206從數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中找出黑體源的紅外熱像數(shù)據(jù)，并計(jì)算黑體源中心熱像溫度數(shù)據(jù)值Tc’，和黑體源外殼熱像溫度數(shù)據(jù)值Ts’；若設(shè)置了多個(gè)黑體源，則上述Tc’為多個(gè)黑體源中心熱像溫度數(shù)據(jù)的平均值；Ts’為多個(gè)黑體源外殼熱像溫度數(shù)據(jù)的平均值；207根據(jù)上述得到的數(shù)據(jù)計(jì)算紅外熱像中黑體源熱像溫度數(shù)據(jù)值的溫度偏移率k＝(Tc-Ts)/(Tc’-Ts’)208顯示紅外圖像，且用溫度偏移率k值修正原紅外系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)形成的熱像各點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)值T’，使修正后的圖像各點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)值t＝(T’(DataBuf[row][col])-Ts’)*k+Ts式中T’為原紅外系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)的溫度計(jì)算表達(dá)值row為二維數(shù)組DataBuf的行下標(biāo)變量col為二維數(shù)組DataBuf的列下標(biāo)變量209若接到結(jié)束指令，即轉(zhuǎn)到210；若未接到結(jié)束指令，即轉(zhuǎn)到202。
210將取得的數(shù)據(jù)存到磁盤文件里；
211、結(jié)束采集過程。
用本例多點(diǎn)式黑體—紅外圖像數(shù)據(jù)采集方法測溫具有更高的準(zhǔn)確度。
權(quán)利要求
1.一種紅外測溫實(shí)時(shí)校準(zhǔn)的方法，包含下述內(nèi)容設(shè)置紅外攝像頭系統(tǒng)和可對該系統(tǒng)采集的不可見紅外線輻射能量信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的計(jì)算機(jī)，其特征在于同時(shí)設(shè)置與被測物紅外發(fā)射率相同的溫度恒定的恒溫源，恒溫源與被測物在同一數(shù)據(jù)采集面上；用所述紅外攝像頭系統(tǒng)同時(shí)采集被測物和恒溫源的不可見紅外線輻射能量信號，并轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號輸入到計(jì)算機(jī)；同時(shí)將恒溫源的實(shí)時(shí)溫度信號同步輸入到計(jì)算機(jī)作為采樣基準(zhǔn)；用計(jì)算機(jī)將被測物和恒溫源的紅外輻射能量信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理根據(jù)信號的大小賦以一定的色彩或輝度后轉(zhuǎn)換成熱像；由計(jì)算機(jī)對熱圖中的恒溫源圖像進(jìn)行識別，得出其溫度數(shù)據(jù)值；將該溫度數(shù)據(jù)值與恒溫源同步傳給計(jì)算機(jī)的實(shí)際溫度值進(jìn)行比較，求出其偏差值，再用該偏差值對被測物的熱像溫度數(shù)據(jù)值進(jìn)行校準(zhǔn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外測溫實(shí)時(shí)校準(zhǔn)的方法，其特征在于所述采用的恒溫源是紅外發(fā)射率與被測物相同的黑體源。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的紅外測溫實(shí)時(shí)校準(zhǔn)的方法，其特征在于對黑體源采集其中心點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)值(Tc)作為采樣標(biāo)準(zhǔn)，通過計(jì)算機(jī)得到黑體源中心熱像溫度數(shù)據(jù)值(Tc’)，再用黑體源中心溫度值(Tc)和黑體源中心熱像溫度數(shù)據(jù)值(Tc’)的偏移量(Δt＝Tc-Tc’)對被測物熱像溫度數(shù)據(jù)值進(jìn)行校準(zhǔn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的紅外測溫實(shí)時(shí)校準(zhǔn)的方法，其特征在于對黑體源采集其中心溫度值(Tc)和外殼溫度值(Ts)兩點(diǎn)溫度值作為采樣標(biāo)準(zhǔn)，通過計(jì)算機(jī)得到黑體源中心熱像溫度數(shù)據(jù)值(Tc’)和外殼熱像溫度數(shù)據(jù)值(Ts’)，再用通過上述數(shù)據(jù)得到的溫度偏移率[k＝(Tc-Ts)/(Tc’-Ts’)]對被測物熱像的各點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)值進(jìn)行校準(zhǔn)。
5.一種紅外測溫實(shí)時(shí)校準(zhǔn)的裝置，設(shè)有用于采集被測物(3)紅外輻射能量信號的紅外攝像頭(5)，所述的紅外攝像頭與數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)(6)電連接，其特征在于設(shè)有與被測物(3)在同一數(shù)據(jù)采集面上、且紅外發(fā)射率與被測物相同的恒溫源(2)，恒溫源的溫度信號輸出端與所述的計(jì)算機(jī)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紅外測溫實(shí)時(shí)校準(zhǔn)的裝置，其特征在于所述的恒溫源(2)是紅外發(fā)射率與被測物相同的黑體源。
全文摘要
一種紅外測溫實(shí)時(shí)校準(zhǔn)的方法及裝置，設(shè)置用于采集被測物紅外輻射信號的紅外攝像頭，設(shè)置與被測物紅外發(fā)射率相同的溫度恒定的恒溫源，恒溫源與被測物在同一數(shù)據(jù)采集面上；用紅外攝像頭采集被測物和恒溫源的紅外輻射信號輸入到計(jì)算機(jī)，處理形成熱像，并同步采集恒溫源的實(shí)際溫度值，用求得的溫度偏移值對被測物熱像溫度數(shù)據(jù)值進(jìn)行校準(zhǔn)。本發(fā)明能夠有效地消除外界因素對紅外溫度傳感器采集信號的干擾，從而較好地解決了紅外檢測時(shí)溫度測不準(zhǔn)和熱圖可比性差的問題，并能較準(zhǔn)確地測出被測物的絕對溫度值。
文檔編號G01J5/00GK1821732SQ20061007294
公開日2006年8月23日 申請日期2006年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月6日
發(fā)明者俞夢孫, 沈顯威, 楊軍, 蔡佩斯, 王乃中, 鄧秀芳 申請人:中國人民解放軍空軍航空醫(yī)學(xué)研究所, 北京慧湖數(shù)字科技研究院有限公司