本發(fā)明涉及紅外成像測溫技術(shù)領域，更具體的，涉及一種紅外測溫成像裝置及其檢測方法。

技術(shù)背景

紅外熱像儀是一種利用紅外圖像探測器將不可見的紅外輻射信號轉(zhuǎn)換成可見圖像的被動成像測溫儀器，能直接測量物體表面的溫度及溫度分布，并將物體的溫度分布轉(zhuǎn)換為可視的圖像，在監(jiān)視器上以灰度或偽彩色顯示出來，從而直觀得到被測目標的溫度分布場。

目前大量使用的紅外熱像儀主要是由紅外成像鏡頭、紅外焦平面陣列(fpa)、信號處理電路，顯示與控制等幾部分構(gòu)成，可以獲取目標的溫度分布圖像，并考慮了目標物體的發(fā)射率對測溫精度的影響，因此當目標物體正對著熱像儀時，可以很好地測量物體表面的溫度。

實際上，由于熱像儀紅外焦平面陣列接收到的紅外熱輻射功率的大小不僅與目標物體的溫度和發(fā)射率有關(guān)，而且與其到目標的距離及相對方位有關(guān)，而現(xiàn)有的熱像儀無法測量與目標物體表面的相對方位關(guān)系，因此當目標物體表面與紅外焦平面陣列不平行(即目標物體不正對著熱像儀)時，所測得的溫度與目標表面實際溫度有較大差異，無法精確地反映溫度在物體表面的空間分布。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明提供了一種紅外測溫成像裝置及檢測方法，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中由于沒有考慮目標物體方位對成像元件接收到熱輻射功率的影響而導致所獲得被測物體表面溫度準確度低的技術(shù)問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種紅外測溫成像裝置，包括：

紅外測溫成像模塊，用于對檢測到的被測對象發(fā)射的紅外光進行平面成像處理獲得被測對象的二維溫度圖像數(shù)據(jù)；

三維成像模塊，用于對檢測到的被測對象反射的可見光進行三維成像處理獲得被測對象表面位置數(shù)據(jù)；

數(shù)據(jù)處理模塊，其第一輸入端與三維成像模塊的第一輸出端連接，其第二輸入端與紅外測溫成像模塊的輸出端連接，用于根據(jù)被測對象表面位置數(shù)據(jù)、被測對象的二維溫度圖像數(shù)據(jù)、紅外測溫成像模塊和三維成像模塊之間的位置關(guān)系數(shù)據(jù)以及紅外測溫成像模塊的參數(shù)進行匹配處理獲得被測對象表面的三維溫度數(shù)據(jù)；

校正處理模塊，其第一輸入端與數(shù)據(jù)處理模塊的輸出端連接，其第二輸入端與三維成像模塊的第二輸出端連接，用于根據(jù)被測對象表面的三維溫度數(shù)據(jù)、被測對象的二維溫度圖像數(shù)據(jù)、被測對象表面位置數(shù)據(jù)、紅外測溫成像模塊的參數(shù)、三維成像模塊的參數(shù)以及紅外測溫成像模塊和三維成像模塊之間位置關(guān)系數(shù)據(jù)獲得被測對象表面的校正溫度數(shù)據(jù)。

進一步地，校正處理模塊根據(jù)公式獲得被測對象表面上坐標為(x,y,z)處的校正溫度數(shù)據(jù)；

其中，tx,y,z為被測對象表面上坐標為(x,y,z)處的溫度數(shù)據(jù)，cx,y,z為被測對象表面上坐標為(x,y,z)處的溫度校正系數(shù)，cx,y,z＝cos(θx,y,z)，θx,y,z為被測對象表面上坐標為(x,y,z)處的法向量和被測對象表面上坐標為(x,y,z)的點到紅外測溫成像模塊的矢量之間的夾角。

進一步地，三維成像模塊(3)包括：

第一可見光成像單元，用于對被測對象反射的可見光進行聚焦處理輸出第一聚焦后的可見光信號，并將第一聚焦后的可見光信號轉(zhuǎn)化為第一可見光圖像數(shù)據(jù)；

第二可見光成像單元用于對被測對象反射的可見光進行聚焦處理輸出第二聚焦后的可見光信號，并將第二聚焦后的可見光信號轉(zhuǎn)化為第二可見光圖像數(shù)據(jù)；

第一可見光圖像處理單元，其第一輸入端與第一可見光成像單元的輸出端連接，其第二輸入端與第二可見光成像單元的輸出端連接，用于對第一可見光圖像數(shù)據(jù)、第二可見光圖像數(shù)據(jù)、第一可見光成像單元的焦距、第二可見光成像單元的焦距以及第一可見光成像單元和第二可見光成像單元之間的位置關(guān)系數(shù)據(jù)根據(jù)立體視覺法進行三維重建處理獲得被測對象表面位置數(shù)據(jù)。

進一步地，校正處理模塊根據(jù)公式v＝rv^*+u獲得被測對象表面上坐標為(x,y,z)點到紅外測溫成像模塊的矢量；

其中，r為旋轉(zhuǎn)矩陣，u為平移向量，v^*為被測對象表面上坐標為(x,y,z)點到可見光成像單元的矢量，v^*＝zk^-1(x′,y′,1)，z為被測對象表面上坐標為(x,y,z)點的z軸分量；f是可見光成像單元的焦距，b是兩個可見光成像單元之間的距離，s是被測對象表面上坐標為(x,y,z)點對應的可見光像素的視差值；k為可見光成像單元的內(nèi)參矩陣，(x',y')為被測對象表面上坐標為(x,y,z)點映射到二維溫度圖像數(shù)據(jù)上的像素坐標。

作為本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提供一種紅外測溫成像方法，包括以下步驟：

s1對由三維成像模塊檢測到的被測對象反射的可見光信號進行三維成像處理獲得被測對象表面位置數(shù)據(jù)；

s2對由紅外測溫成像模塊檢測到的被測對象發(fā)射的紅外光信號進行平面成像處理獲得被測對象的二維溫度圖像數(shù)據(jù)；

s3對被測對象表面位置數(shù)據(jù)、被測對象的二維溫度圖像數(shù)據(jù)、三維成像模塊與紅外測溫成像模塊之間的位置關(guān)系以及紅外測溫成像模塊參數(shù)進行匹配處理獲得被測對象表面的三維溫度數(shù)據(jù)；

s4根據(jù)被測對象的二維溫度圖像數(shù)據(jù)、被測對象表面位置數(shù)據(jù)、紅外測溫成像模塊的內(nèi)參矩陣、三維成像模塊的內(nèi)參矩陣以及紅外測溫成像模塊和三維成像模塊之間位置關(guān)系數(shù)據(jù)獲得被測對象表面的溫度校正系數(shù)；

s5根據(jù)被測對象表面的三維溫度數(shù)據(jù)以及被測對象表面的溫度校正系數(shù)獲得被測對象表面的校正后溫度數(shù)據(jù)。

進一步地，步驟s1中，當采用第一可見光成像單元獲得第一可見光圖像數(shù)據(jù)，第二可見光成像單元獲得第二可見光圖像數(shù)據(jù)時，根據(jù)第一可見光圖像數(shù)據(jù)、第二可見光圖像數(shù)據(jù)、第一可見光成像單元的焦距、第二可見光成像單元的焦距以及第一可見光成像單元和第二可見光成像單元之間的位置關(guān)系數(shù)據(jù)采用立體視覺方法進行三維重建處理獲得被測對象表面位置數(shù)據(jù)。

進一步地，當紅外測溫成像模塊為紅外相機時，步驟s3中根據(jù)公式獲得被測對象表面坐標為(x,y,z)處的溫度數(shù)據(jù)；

其中，為坐標為(x',y')像素的溫度值，且p1＝rp+u，p＝(x,y,z)^t，kr為紅外相機的內(nèi)參矩陣，p1為被測對象在紅外相機坐標系下坐標，z1為被測對象在紅外相機坐標系下坐標z軸分量，p為被測對象在可見光成像單元坐標系下坐標，r為旋轉(zhuǎn)矩陣，u為平移向量。

進一步地，步驟s4中根據(jù)公式cx,y,z＝cos(θx,y,z)獲得被測對象表面上坐標為(x,y,z)處的溫度校正系數(shù)；

其中，θx,y,z為被測對象表面上坐標為(x,y,z)點的法向量和被測對象表面上坐標為(x,y,z)點到紅外相機的矢量之間的夾角。

進一步地，步驟s4中根據(jù)公式v＝rv^*+u獲得被測對象表面上坐標為(x,y,z)點到紅外相機的矢量；

其中，r為旋轉(zhuǎn)矩陣，u為平移向量，v^*為被測對象表面上坐標為(x,y,z)點到可見光相機的矢量，v^*＝zk^-1(x′,y′,1)，z被測對象表面上坐標為(x,y,z)點的z軸分量；f是可見光成像單元的焦距，b是兩個可見光成像單元之間的距離，s是被測對象表面上坐標為(x,y,z)點對應的可見光像素的視差值；k為可見光成像單元的內(nèi)參矩陣，(x',y')為被測對象表面上坐標為(x,y,z)點映射到二維溫度圖像數(shù)據(jù)上的像素坐標。

進一步地，步驟s5中獲得被測對象表面上坐標為(x,y,z)處的校正溫度數(shù)據(jù)，其中，tx,y,z為被測對象表面上坐標為(x,y,z)處的溫度數(shù)據(jù)。

本發(fā)明提供的上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，取得如下有益效果：

1、本發(fā)明提供的紅外測溫成像裝置中，將通過將由紅外測溫成像模塊輸出的被測對象紅外熱圖像與三維成像模塊輸出的被測對象的三維模型一一映射，可以獲得溫度在目標上的空間分布；同時使用立體視覺法或結(jié)構(gòu)光法對目標進行三維重建，重建速度快。利用目標的三維信息與紅外測溫成像模塊之間的位置關(guān)系對紅外相機所測溫度進行校正，使校正后的溫度更接近目標表面的真實溫度，進而實現(xiàn)精密溫度測量。

2、本發(fā)明提供的紅外測溫成像方法，該方法將目標的紅外熱圖像和目標的三維數(shù)據(jù)結(jié)合，可以獲得溫度在目標上的空間分布；同時利用紅外測溫成像模塊與被測目標的三維信息校正所測的被測目標的溫度，使其接近目標表面的實際溫度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的紅外測溫成像裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明提供的紅外測溫成像裝置的第三實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明進行溫度校正的原理圖；

其中，1為紅外測溫成像模塊，2為三維成像模塊，3為數(shù)據(jù)處理模塊，4為校正處理模塊，5是被測物表面。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

圖1為本發(fā)明提供的紅外測溫成像裝置第一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖，該紅外測溫成像裝置包括紅外測溫成像模塊1、三維成像模塊2、數(shù)據(jù)處理模塊3、校正處理模塊4。三維成像模塊2的第一輸出端與數(shù)據(jù)處理模塊3的第一輸入端連接，紅外測溫成像模塊1的輸出端與數(shù)據(jù)處理模塊3的第二輸入端連接，數(shù)據(jù)處理模塊3的輸出端與校正處理模塊4的第一輸入端連接，三維成像模塊2的第二輸出端與校正處理模塊4的第二輸入端連接。

由紅外測溫成像模塊1檢測被測對象發(fā)射的紅外光，并對所檢測的被測對象發(fā)射的紅外光進行平面成像處理獲得被測對象的二維溫度圖像數(shù)據(jù)；三維成像模塊2檢測被測對象反射的可見光，并對所檢測的被測對象反射的可見光進行三維成像處理獲得被測對象表面位置數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理模塊3根據(jù)紅外測溫成像模塊1與三維成像模塊3之間的位置數(shù)據(jù)關(guān)系、紅外測溫成像模塊1的參數(shù)(具體為紅外光成像單元的內(nèi)參矩陣，內(nèi)參矩陣包括焦距、分辨率以及主點坐標)和被測對象表面位置數(shù)據(jù)確定被測對象表面各點與被測對象的二維溫度圖像數(shù)據(jù)之間的映射關(guān)系，得知被測對象表面各點的溫度數(shù)據(jù)，實現(xiàn)被測對象表面位置數(shù)據(jù)與被測對象的二維溫度圖像數(shù)據(jù)匹配，獲得被測對象表面的三維溫度數(shù)據(jù)。校正處理模4首先根據(jù)由三維成像模塊2輸出的被測對象表面位置數(shù)據(jù)獲得被測對象表面各點的法向量，然后根據(jù)紅外測溫成像模塊1和三維成像模塊2之間位置關(guān)系數(shù)據(jù)以及被測對象表面位置數(shù)據(jù)確定被測對象表面各點到紅外測溫成像模塊4所在位置之間的矢量，以被測對象表面各點的法向量與被測對象表面各點到紅外測溫成像模塊4所在位置的矢量之間的夾角的余弦作為被測對象各點的校正系數(shù)，由紅外測溫成像模塊1輸出的被測對象表面各點溫度圖像數(shù)據(jù)與被測對象各點的校正系數(shù)相除獲得被測對象表面的校正后溫度數(shù)據(jù)。

本發(fā)明提供的紅外測溫成像裝置，將被測對象表面的二維溫度圖像數(shù)據(jù)與被測對象表面位置數(shù)據(jù)進行匹配，可以精確的反映被測目標表面的空間溫度分布，同時考慮到被測對象的方位對接收熱輻射功率元件的影響，用紅外測溫成像模塊與三維成像模塊之間的位置關(guān)系數(shù)據(jù)以及被測對象表面位置數(shù)據(jù)對被測對象表面的三維溫度數(shù)據(jù)進行校正處理，獲得被測對象表面的校正溫度數(shù)據(jù)，使得獲得被測物體表面溫度分布準確度更高。

本發(fā)明提供的紅外測溫成像裝置的第二實施例中，三維成像模塊包括第一可見光成像單元，第二可見光成像單元和第一可見光圖像處理單元，第一可見光成像單元與第二可見光成像單元之間的位置關(guān)系固定，第一可見光圖像處理單元的第一輸入端與第一可見光成像單元的輸出端連接，第一可見光圖像處理單元的第二輸入端與第二可見光成像單元的輸出端連接，第一可見光圖像處理單元輸出端作為三維成像模塊的輸出端。

第一可見光成像單元對被測對象反射的可見光進行聚焦處理輸出聚焦后的第一可見光信號，并將第一可見光信號轉(zhuǎn)化為第一可見光圖像數(shù)據(jù)；第二可見光成像單元對被測對象反射的可見光進行聚焦處理輸出聚焦后的第二可見光信號，并將第二可見光信號轉(zhuǎn)化為第二可見光圖像數(shù)據(jù)；第一可見光圖像處理單元根據(jù)第一可見光圖像數(shù)據(jù)、第二可見光圖像數(shù)據(jù)、第一可見光成像單元的焦距、第二可見光成像單元的焦距以及第一可見光成像單元和第二可見光成像單元之間的位置關(guān)系數(shù)據(jù)根據(jù)立體視覺法進行三維重建處理獲得被測對象表面位置數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)處理模塊根據(jù)公式獲得被測對象表面坐標為(x,y,z)處的溫度數(shù)據(jù)；

其中，為坐標為(x',y')像素的溫度值，從被測對象的二維溫度圖像數(shù)據(jù)獲得。(x',y')為被測對象表面上坐標為(x,y,z)點與二維溫度圖像數(shù)據(jù)上的像素坐標的關(guān)系為：

其中，p1＝rp+u，p＝(x,y,z)^t，kr為紅外測溫成像模塊的內(nèi)參矩陣，內(nèi)參矩陣包括焦距、分辨率以及主點坐標，p1為被測對象在紅外測溫成像模塊坐標系下坐標，z1為被測對象在紅外測溫成像模塊坐標系下坐標z軸分量，p為被測對象在可見光成像單元坐標系下坐標，r為旋轉(zhuǎn)矩陣，u為平移向量。

校正處理模塊根據(jù)公式獲得被測對象表面上坐標為(x,y,z)處的校正溫度數(shù)據(jù)。

上式中，tx,y,z為被測對象表面上坐標為(x,y,z)處的溫度數(shù)據(jù)，直接從被測對象表面的三維溫度數(shù)據(jù)中提取。cx,y,z為被測對象表面上坐標為(x,y,z)處的溫度校正系數(shù)，cx,y,z＝cos(θx,y,z)，θx,y,z為被測對象表面上坐標為(x,y,z)處的法向量和被測對象表面上坐標為(x,y,z)處到紅外測溫成像模塊的矢量之間的夾角。

根據(jù)被測對象表面位置數(shù)據(jù)獲得被測對象表面上坐標為(x,y,z)處的法向量。

根據(jù)公式v＝rv^*+u獲得被測對象表面上坐標為(x,y,z)點到紅外測溫成像模塊的矢量；可以用旋轉(zhuǎn)矩陣r和u為平移向量來表示可見光相機與紅外相機的之間的位置關(guān)系。

其中，v^*為被測對象表面上坐標為(x,y,z)點到可見光成像單元的矢量，v^*＝zk^-1(x′,y′,1)，z為被測對象表面上坐標為(x,y,z)點的z軸分量；f是可見光成像單元的焦距，b是兩個可見光成像單元之間的距離，s是被測對象表面上坐標為(x,y,z)點對應的可見光像素的視差值，該值在對由兩個可見光成像單元獲得的可見光圖像數(shù)據(jù)進行三維重建處理過程中可以直接獲得；k為可見光成像單元的內(nèi)參矩陣，可見光成像單元的內(nèi)參矩陣包括焦距、分辨率以及主點坐標，(x',y')為被測對象表面上坐標為(x,y,z)點映射到二維溫度圖像數(shù)據(jù)上的像素坐標。

圖2為本發(fā)明提供的紅外測溫成像裝置的第三實施例的結(jié)構(gòu)示意圖，三維成像模塊包括第一可見光相機21、第二可見光相機22以及第一可見光圖像處理單元23?？梢姽庀鄼C使用cmos圖像傳感器作為成像元件，可以都是彩色相機或者都是單色相機，選用相同型號的cmos圖像傳感器和型號相同的鏡頭組，從而使兩個相機的分辨率和焦距保持一致，使用較高分辨率的cmos傳感器可以提高三維重建的精度，比如1920×1080。

紅外測溫成像模塊為紅外相機1，紅外相機使用紅外焦平面陣列(fpa)作為成像元件，分辨率為640×512。紅外相機、第一可見光相機以及第二可見光相機并列置于一條直線上，紅外相機位于中央，可見光相機位于兩側(cè)，可見光相機與紅外相機中心之間的距離均為d，所有相機位置保持固定。

第一可見光圖像處理單元23、圖像數(shù)據(jù)處理模塊3以及校正處理模塊4均通過高性能計算機實現(xiàn)。所有相機通過數(shù)據(jù)線與高性能計算機相連，相機采集所得的可見光圖像和紅外圖像均通過數(shù)據(jù)線傳輸?shù)礁咝阅苡嬎銠C。

本發(fā)明提供的紅外測溫成像裝置初次運行時，需要對相機進行標定，從而得到可見光相機焦距、可見光相機之間的位置關(guān)系、紅外相機焦距以及紅外相機與可見光相機之間的位置關(guān)系。

標定完成后，數(shù)據(jù)處理單元會控制兩個可見光相機和紅外相機同時對目標進行拍攝，得到兩幅可見光圖像和一副紅外熱圖像。

拍攝完成后，第一可見光圖像處理單元23根據(jù)兩幅可見光圖像、第一可見光相機的焦距、第二可見光相機的焦距以及第一可見光相機與第二可見光相機之間的位置關(guān)系，通過立體視覺法獲取可見光圖像中每個像素的深度，進而得到被測目標表面的三維坐標數(shù)據(jù)。

根據(jù)被測目標表面的三維坐標數(shù)據(jù)、紅外相機獲得的紅外熱圖像、紅外相機的內(nèi)參矩陣以及紅外相機與可見光相機之間的位置關(guān)系數(shù)據(jù)對被測目標表面位置數(shù)據(jù)與紅外熱圖像進行匹配獲得被測目標表面的三維溫度數(shù)據(jù)。

本發(fā)明提供的紅外測溫成像裝置的第四實施例的結(jié)構(gòu)示意圖，三維成像模塊包括投影單元、第三可見光成像單元、第二可見光圖像處理單元。第二可見光圖像處理單元的輸入端與第三可見光成像單元的輸出端連接。

投影單元向被測對象投射結(jié)構(gòu)光，投影單元使用dlp投影儀或lcd投影儀，分辨率為1920×1080。第三可見光成像單元對被測對象發(fā)射的結(jié)構(gòu)光進行聚焦處理輸出聚焦后的結(jié)構(gòu)光信號，并將聚焦后的結(jié)構(gòu)光信號轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)光圖像數(shù)據(jù)，第三可見光成像單元使用cmos圖像傳感器作為成像元件；第二可見光圖像處理單元根據(jù)結(jié)構(gòu)光圖像數(shù)據(jù)、投影單元和第三可見光成像單元之間的位置關(guān)系數(shù)據(jù)以及第三可見光成像單元的焦距對結(jié)構(gòu)光圖像數(shù)據(jù)進行解碼處理，獲得被測對象表面位置數(shù)據(jù)。

投影儀向目標投射一組變化的條紋狀結(jié)構(gòu)光，同時讓可見光相機將不同結(jié)構(gòu)光投射下的目標拍攝下來，得到一組結(jié)構(gòu)光圖像序列，再由紅外相機對目標進行拍攝。由第二可見光圖像處理單元對含有結(jié)構(gòu)光編碼信息的圖像序列進行解碼得到圖像中每個像素的深度，進而得到目標的三維表面模型。

圖像數(shù)據(jù)處理模塊3根據(jù)紅外相機與可見光相機之間的位置關(guān)系數(shù)據(jù)、紅外相機的焦距以及被測對象表面位置數(shù)據(jù)確定被測對象表面各點與被測對象表面的二維溫度圖像數(shù)據(jù)之間的映射關(guān)系，從而獲得該點的溫度，進而將溫度數(shù)據(jù)表征到三維模型上。

本發(fā)明提供的紅外測溫成像方法的第一實施例，具體包括如下步驟：

s1對由三維成像模塊檢測到的被測對象反射的可見光信號進行三維成像處理獲得被測對象表面位置數(shù)據(jù)；

s2對由紅外測溫成像模塊檢測到的被測對象發(fā)射的紅外光信號進行平面成像處理獲得被測對象的二維溫度圖像數(shù)據(jù)；

s3對被測對象表面位置數(shù)據(jù)、被測對象的二維溫度圖像數(shù)據(jù)、三維成像模塊與紅外測溫成像模塊之間的位置關(guān)系以及紅外測溫成像模塊參數(shù)進行匹配處理獲得被測對象表面的三維溫度數(shù)據(jù)；

s4根據(jù)被測對象的二維溫度圖像數(shù)據(jù)、被測對象表面位置數(shù)據(jù)、紅外測溫成像模塊的內(nèi)參矩陣、三維成像模塊的內(nèi)參矩陣以及紅外測溫成像模塊和三維成像模塊之間位置關(guān)系數(shù)據(jù)獲得被測對象表面的溫度校正系數(shù)；

s5根據(jù)被測對象表面的三維溫度數(shù)據(jù)以及溫度校正系數(shù)獲得被測對象表面的校正后溫度數(shù)據(jù)。

本發(fā)明提供的紅外測溫成像方法，該方法將目標的紅外熱圖像和目標的三維數(shù)據(jù)結(jié)合，可以獲得溫度在目標上的空間分布；同時利用紅外測溫成像模塊與被測目標的三維信息校正所測的被測目標的溫度，使其接近目標表面的實際溫度。

本發(fā)明提供的紅外測溫成像方法第二實施例中，包括如下步驟：

s1由兩個位置相對固定的可見光成像單元獲得兩組可見光圖像數(shù)據(jù)，具體的為用兩個可見光相機獲得兩組可見光圖像數(shù)據(jù)，且兩個可見光相機的內(nèi)參矩陣相同；根據(jù)兩組可見光圖像數(shù)據(jù)、兩組可見光成像單元的焦距以及兩組可見光成像單元之間的位置關(guān)系數(shù)據(jù)采用立體視覺方法進行三維重建處理獲得被測對象表面位置數(shù)據(jù)。

s2對由紅外相機檢測到的被測對象發(fā)射的紅外光信號進行平面成像處理獲得被測對象的二維溫度圖像數(shù)據(jù)；

s3將被測對象表面位置數(shù)據(jù)與被測對象的二維溫度圖像數(shù)據(jù)進行匹配處理。

設被測對象表面某一點的空間坐標為p＝(x,y,z)^t，由于被測對象表面位置數(shù)據(jù)是通過可見光相機獲得的，所以該坐標是在可見光相機坐標系下的，要與二維溫度圖像數(shù)據(jù)匹配，首先要將該坐標轉(zhuǎn)換到紅外相機的坐標系下。紅外相機與可將光相機的位置變換關(guān)系可以表示為一個旋轉(zhuǎn)矩陣r和平移向量u，則該點在紅外相機坐標系下的坐標為：

將p1投影到紅外相機的像面上，即可得到該空間點在紅外圖像中的像素坐標如下：

式中，kr為紅外相機的內(nèi)參矩陣，內(nèi)參矩陣包括焦距、分辨率以及主點坐標。

通過上述公式即可獲得被測對象表面上坐標為(x,y,z)點與二維溫度圖像數(shù)據(jù)上的像素坐標的映射關(guān)系。

根據(jù)如下公式獲得被測對象表面坐標為(x,y,z)處的溫度數(shù)據(jù)：

其中，為坐標為(x',y')像素的溫度值。

s4在得到被測對象表面位置數(shù)據(jù)模型并三角化后，法向量n可以根據(jù)被測點所在三角面與相鄰三角面的法線方向平均獲得。

矢量v根據(jù)如下公式獲得：

v＝v^*+

其中，r為旋轉(zhuǎn)矩陣，v^*為被測對象表面上坐標為(x,y,z)點到可見光相機的矢量，u為平移向量，由于可見光相機與紅外相機的位置固定，其位置變換關(guān)系用旋轉(zhuǎn)矩陣r和平移向量u表示，f是可見光相機的焦距(以像素為單位)，b是兩個可見光相機之間的距離(基線長度)，s是被測點對應的可見光像素的視差值，該值在對由兩個可見光成像單元獲得的可見光圖像數(shù)據(jù)進行三維重建處理過程中可以直接獲得，z為被測對象表面上坐標為(x,y,z)點的z軸分量。(x',y')為被測對象表面上坐標為(x,y,z)點映射到二維溫度圖像數(shù)據(jù)上的像素坐標，k為可見光相機的內(nèi)參矩陣。

根據(jù)公式cx,y,z＝cos(θx,y,z)獲得被測對象表面上坐標為(x,y,z)處的溫度校正系數(shù)，其中，θx,y,z為被測對象表面上坐標為(x,y,z)處的法向量和被測對象表面上坐標為(x,y,z)處到紅外測溫成像相機的矢量之間的夾角。

s5根據(jù)獲得被測對象表面上坐標為(x,y,z)處的校正溫度數(shù)據(jù)，其中，tx,y,z為被測對象表面上坐標為(x,y,z)處的溫度數(shù)據(jù)。

本發(fā)明提供的紅外測溫成像方法第三實施例中，包括如下步驟：

s1當被測目標缺少紋理時，采用投射變化的結(jié)構(gòu)光至被測對象，由可見光成像單元獲得一組結(jié)構(gòu)光圖像數(shù)據(jù)序列時，根據(jù)結(jié)構(gòu)光圖像數(shù)據(jù)序列、可見光成像單元與投影單元之間的位置關(guān)系和可見光成像單元的焦距對結(jié)構(gòu)光圖像數(shù)據(jù)進行解碼得到圖像中每個像素的深度，進而獲得被測對象表面位置數(shù)據(jù)。

步驟s2至步驟s5與第一實施例中的相同。

本發(fā)明提供的紅外測溫成像方法的第三實施例中，可以用于缺少紋理的被測目標的溫度檢測。

圖3為本發(fā)明的溫度校正的原理圖，首先根據(jù)標定所得參數(shù)，將被測對象的二維紅外圖像數(shù)據(jù)中的某一個像素點映射到對應被測對象的三維模型上，計算該點在被測對象表面的法向量n，以及該點到紅外光成像單元的方向的矢量v，該點到紅外光成像單元的距離即為方向的矢量的模長。

在有限距離內(nèi)，紅外測溫成像模塊的測溫原理可以用以下公式表示：

式中，v為響應電壓，ε為目標發(fā)射率，s(λ)為傳感器靈敏度，e(λ,t)為紅外光成像單元接收到的輻射照度，λ1和λ2是紅外光成像單元測量波長范圍的上下界。通過對紅外測溫成像模塊進行標定，可得到一個分段線性函數(shù)將電壓v轉(zhuǎn)換為所測溫度值。

當被測物體正對紅外光成像單元，上式能較好成立，但當被測物體與紅外光成像單元存在一定角度時，上式應該修正為：

式中，θ為被測點的法向量n和該點到紅外光成像單元的矢量v之夾角。由于所測溫度與相應電壓v存在分段線性映射的關(guān)系，通過下式可以對所測溫度進行校正

式中，t為被測對象表面溫度，t'為校正后被測對象表面溫度。

對被測對象表面溫度數(shù)據(jù)的每一個點進行上述處理，即可對整個溫度分布進行校正，使得所獲得被測對象表面的溫度分布更精確。

本領域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。