本發(fā)明涉及輻射測(cè)溫，尤其涉及一種紅外寬波段多光譜輻射測(cè)溫裝置、方法、介質(zhì)及設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、溫度測(cè)量在各行各業(yè)中扮演著重要角色，溫度測(cè)量技術(shù)也不斷發(fā)展以滿(mǎn)足不同場(chǎng)景的需求。根據(jù)溫度傳感器的使用方式，測(cè)量方法可大致分為接觸式和非接觸式兩種。接觸式測(cè)溫需通過(guò)物理接觸被測(cè)物體表面獲取溫度，適用于對(duì)測(cè)量便捷性有較高要求的場(chǎng)合。然而，這種方式可能擾動(dòng)被測(cè)物體的溫度場(chǎng)分布，尤其是對(duì)于熱傳導(dǎo)性較差的材料。此外，接觸式測(cè)溫的動(dòng)態(tài)測(cè)量性能有限，且難以適用于高溫或具有潛在危險(xiǎn)的環(huán)境。相比之下，非接觸式測(cè)溫技術(shù)不需接觸被測(cè)物體，即可進(jìn)行遠(yuǎn)距離溫度測(cè)量，適用于難以接近或存在危險(xiǎn)的環(huán)境。非接觸式測(cè)溫技術(shù)能在較短時(shí)間內(nèi)完成溫度測(cè)量測(cè)量效率較高，且不受溫度本身的限制，可應(yīng)用于如爐內(nèi)等高溫環(huán)境的溫度檢測(cè)。非接觸式測(cè)溫具備遠(yuǎn)程、高溫和安全等優(yōu)勢(shì)，但其精度可能受到環(huán)境因素和目標(biāo)發(fā)射率的影響。

2、現(xiàn)有技術(shù)中，多光譜相機(jī)結(jié)合輻射法測(cè)溫技術(shù)是一種基于多波長(zhǎng)測(cè)溫原理的非接觸式方法，但多光譜相機(jī)結(jié)合輻射法測(cè)溫技術(shù)需要高精度的光學(xué)系統(tǒng)、傳感器和數(shù)據(jù)處理算法支持，這增加了設(shè)備的制造成本和使用門(mén)檻。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于此，有必要針對(duì)上述問(wèn)題，提出了一種紅外寬波段多光譜輻射測(cè)溫裝置、方法、介質(zhì)及設(shè)備。

2、一種紅外寬波段多光譜輻射測(cè)溫裝置，所述裝置包括：前置光學(xué)模組、微透鏡陣列、濾光片陣列和探測(cè)器陣列，

3、所述前置光學(xué)模組，用于分離目標(biāo)物體光譜輻射的中波輻射與長(zhǎng)波輻射。

4、所述微透鏡陣列，用于分別將所述中波輻射和所述長(zhǎng)波輻射進(jìn)行聚焦并匯聚，獲取中波匯聚光和長(zhǎng)波匯聚光。

5、所述濾光片陣列，用于接收對(duì)應(yīng)的所述中波匯聚光和長(zhǎng)波匯聚光，分別對(duì)所述中波匯聚光和長(zhǎng)波匯聚光進(jìn)行濾光。

6、所述探測(cè)器陣列，用于分別將濾光后的所述中波匯聚光和長(zhǎng)波匯聚光進(jìn)行多譜段采集，獲取目標(biāo)光譜輻射圖像。

7、一種紅外寬波段多光譜輻射測(cè)溫方法，所述方法，包括：

8、分離目標(biāo)物體光譜輻射的中波輻射與長(zhǎng)波輻射。

9、分別將所述中波輻射和所述長(zhǎng)波輻射進(jìn)行聚焦并匯聚，獲取中波匯聚光和長(zhǎng)波匯聚光。

10、接收對(duì)應(yīng)的所述中波匯聚光和長(zhǎng)波匯聚光，分別對(duì)所述中波匯聚光和長(zhǎng)波匯聚光進(jìn)行濾光。

11、分別將濾光后的所述中波匯聚光和長(zhǎng)波匯聚光進(jìn)行多譜段采集，獲取目標(biāo)光譜輻射圖像。

12、其中，所述分別將濾光后的所述中波匯聚光和長(zhǎng)波匯聚光進(jìn)行多譜段采集，獲取目標(biāo)光譜輻射圖像之后，具體包括：

13、對(duì)所述目標(biāo)光譜輻射圖像進(jìn)行波長(zhǎng)標(biāo)定，確定波長(zhǎng)與灰度值的標(biāo)定關(guān)系。

14、對(duì)所述目標(biāo)光譜輻射圖像進(jìn)行輻射標(biāo)定，確定溫度與灰度值的標(biāo)定關(guān)系。

15、基于所述波長(zhǎng)與灰度值的標(biāo)定關(guān)系和所述溫度與灰度值的標(biāo)定關(guān)系，根據(jù)光譜發(fā)射率模型，獲取目標(biāo)物體在不同溫度下各波長(zhǎng)的灰度值，將所述不同溫度下各波長(zhǎng)的灰度值作為測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)。

16、根據(jù)狀態(tài)空間模型和多層感知機(jī)構(gòu)建多光譜測(cè)溫模型。

17、根據(jù)所述測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)對(duì)所述多光譜測(cè)溫模型進(jìn)行訓(xùn)練。

18、利用訓(xùn)練后的所述多光譜測(cè)溫模型反演出目標(biāo)光譜輻射圖像的真實(shí)溫度，獲取目標(biāo)物體的溫度場(chǎng)分布。

19、其中，所述對(duì)所述目標(biāo)光譜輻射圖像進(jìn)行波長(zhǎng)標(biāo)定，確定波長(zhǎng)與灰度值的標(biāo)定關(guān)系，具體包括：

20、無(wú)光環(huán)境下，獲取不同波長(zhǎng)下的所述目標(biāo)光譜輻射圖像的單色輻射能量。

21、根據(jù)不同波長(zhǎng)下的所述目標(biāo)光譜輻射圖像的單色輻射能量，確定所述目標(biāo)光譜輻射圖像中每個(gè)像素區(qū)域的灰度值。

22、根據(jù)所述每個(gè)像素區(qū)域的灰度值確定當(dāng)前像素區(qū)域內(nèi)最大灰度值對(duì)應(yīng)的有效波長(zhǎng)值，進(jìn)行像素區(qū)域的灰度值與波長(zhǎng)的標(biāo)定。

23、其中，所述對(duì)所述目標(biāo)光譜輻射圖像進(jìn)行輻射標(biāo)定，確定溫度與灰度值的標(biāo)定關(guān)系，具體包括：

24、每間隔固定溫度，將黑體爐溫度進(jìn)行升溫并將當(dāng)前溫度穩(wěn)定預(yù)設(shè)時(shí)長(zhǎng)后，采集所述目標(biāo)光譜輻射圖像的輻射數(shù)據(jù)，直至升溫至預(yù)設(shè)溫度閾值。

25、根據(jù)最小二乘法對(duì)所述目標(biāo)光譜輻射圖像的輻射數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，確定溫度與灰度值的標(biāo)定關(guān)系。

26、其中，所述根據(jù)最小二乘法對(duì)所述目標(biāo)光譜輻射圖像的輻射數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，確定溫度與灰度值的標(biāo)定關(guān)系，具體包括：

27、根據(jù)確定溫度與灰度值的標(biāo)定關(guān)系，其中，vi為第i波長(zhǎng)的像素灰度值，a為與溫度無(wú)關(guān)的常數(shù)，b為與溫度成反比的系數(shù)，c為與溫度的平方成反比的系數(shù)。

28、其中，所述根據(jù)所述測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)對(duì)所述多光譜測(cè)溫模型進(jìn)行訓(xùn)練，具體包括：

29、對(duì)所述測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行特征提取，根據(jù)狀態(tài)空間模型對(duì)特征提取后的所述測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)更新。

30、對(duì)更新后的所述測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，獲取溫度預(yù)測(cè)值。

31、通過(guò)半均方誤差損失確定所述溫度預(yù)測(cè)值與真實(shí)溫度值之間的差距，直至所述溫度預(yù)測(cè)值與真實(shí)溫度值之間的差距到達(dá)預(yù)設(shè)閾值，完成所述多光譜測(cè)溫模型的訓(xùn)練。

32、其中，所述對(duì)所述測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行特征提取，根據(jù)狀態(tài)空間模型對(duì)特征提取后的所述測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)更新，具體包括：

33、根據(jù)hk(t)＝ahk-1(t)+bx(t)確定更新后測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)的狀態(tài)矩陣數(shù)據(jù)，其中，hk(t)為更新后的狀態(tài)矩陣數(shù)據(jù)，hk-1(t)為測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)的狀態(tài)矩陣數(shù)據(jù)，a為狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，b為輸入矩陣。

34、根據(jù)y(t)＝chk(t)確定更新后的所述測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)，其中，y(t)為更新后的所述測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)，c為輸出矩陣。

35、一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)，使得所述處理器執(zhí)行如上所述方法的步驟。

36、一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)器和處理器，所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被所述處理器執(zhí)行時(shí)，使得所述處理器執(zhí)行如上所述方法的步驟。

37、采用本發(fā)明實(shí)施例，具有如下有益效果：

38、本發(fā)明通過(guò)前置光學(xué)模組有效地分離目標(biāo)物體光譜輻射中的中波輻射與長(zhǎng)波輻射，微透鏡陣列將中波輻射和長(zhǎng)波輻射分別進(jìn)行聚焦并匯聚成中波匯聚光和長(zhǎng)波匯聚光，通過(guò)聚焦和匯聚顯著提高輻射能量的收集效率，使得探測(cè)器陣列能夠接收到更強(qiáng)的信號(hào)，同時(shí)，利用微透鏡陣列體積小、重量輕、便于集成化和陣列化的優(yōu)點(diǎn)，使得整個(gè)測(cè)溫裝置的結(jié)構(gòu)更加緊湊，便于在各種場(chǎng)景下使用，提高了裝置的穩(wěn)定性和可靠性。進(jìn)一步地，通過(guò)濾光片陣列接收對(duì)應(yīng)的中波匯聚光和長(zhǎng)波匯聚光，并分別進(jìn)行濾光處理，進(jìn)一步去除雜散光和干擾光，使得探測(cè)器陣列接收到的光譜信息更加準(zhǔn)確。最終，探測(cè)器陣列分別將濾光后的中波匯聚光和長(zhǎng)波匯聚光進(jìn)行多譜段采集，獲取目標(biāo)光譜輻射圖像，使得裝置能夠同時(shí)獲取多個(gè)波段的輻射信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物體的高分辨率成像，進(jìn)而更準(zhǔn)確地判斷其溫度分布情況。綜上，本發(fā)明提出的多光譜測(cè)溫裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，探測(cè)紅外波段寬，易于實(shí)現(xiàn)高速紅外寬波段多光譜成像技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物體的溫度場(chǎng)測(cè)量。

技術(shù)特征：

1.一種紅外寬波段多光譜輻射測(cè)溫裝置，其特征在于，所述裝置包括：前置光學(xué)模組、微透鏡陣列、濾光片陣列和探測(cè)器陣列，

2.一種紅外寬波段多光譜輻射測(cè)溫方法，其特征在于，所述方法，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種紅外寬波段多光譜輻射測(cè)溫方法，其特征在于，所述分別將濾光后的所述中波匯聚光和長(zhǎng)波匯聚光進(jìn)行多譜段采集，獲取目標(biāo)光譜輻射圖像之后，具體包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種紅外寬波段多光譜輻射測(cè)溫方法，其特征在于，所述對(duì)所述目標(biāo)光譜輻射圖像進(jìn)行波長(zhǎng)標(biāo)定，確定波長(zhǎng)與灰度值的標(biāo)定關(guān)系，具體包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種紅外寬波段多光譜輻射測(cè)溫方法，其特征在于，所述對(duì)所述目標(biāo)光譜輻射圖像進(jìn)行輻射標(biāo)定，確定溫度與灰度值的標(biāo)定關(guān)系，具體包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種紅外寬波段多光譜輻射測(cè)溫方法，其特征在于，所述根據(jù)最小二乘法對(duì)所述目標(biāo)光譜輻射圖像的輻射數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，確定溫度與灰度值的標(biāo)定關(guān)系，具體包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種紅外寬波段多光譜輻射測(cè)溫方法，其特征在于，所述根據(jù)所述測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)對(duì)所述多光譜測(cè)溫模型進(jìn)行訓(xùn)練，具體包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種紅外寬波段多光譜輻射測(cè)溫方法，其特征在于，所述對(duì)所述測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行特征提取，根據(jù)狀態(tài)空間模型對(duì)特征提取后的所述測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)更新，具體包括：

9.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)，使得所述處理器執(zhí)行如權(quán)利要求2至8中任一項(xiàng)所述方法的步驟。

10.一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)器和處理器，所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被所述處理器執(zhí)行時(shí)，使得所述處理器執(zhí)行如權(quán)利要求2至8中任一項(xiàng)所述方法的步驟。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)了一種紅外寬波段多光譜輻射測(cè)溫裝置、方法、介質(zhì)及設(shè)備，裝置包括：前置光學(xué)模組、微透鏡陣列、濾光片陣列和探測(cè)器陣列，前置光學(xué)模組，用于分離目標(biāo)物體的中波輻射與長(zhǎng)波輻射，對(duì)中波輻射和長(zhǎng)波輻射縮小投影至所述微透鏡陣列；微透鏡陣列，用于將縮小投影后的中波輻射和長(zhǎng)波輻射進(jìn)行聚焦并匯聚，獲取中波匯聚光和長(zhǎng)波匯聚光；濾光片陣列，用于接收對(duì)應(yīng)的中波匯聚光和長(zhǎng)波匯聚光，分別對(duì)中波匯聚光和長(zhǎng)波匯聚光進(jìn)行濾光；探測(cè)器陣列，用于分別將濾光后的中波匯聚光和長(zhǎng)波匯聚光進(jìn)行多譜段采集，獲取目標(biāo)光譜輻射圖像。該多光譜輻射測(cè)溫裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)高速紅外寬波段多光譜成像技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物體的溫度場(chǎng)測(cè)量。

技術(shù)研發(fā)人員：秦翰林,田超世,代楊,楊碩聞
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西安電子科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2