比色测温系统显示与标定方法技术方案

本发明专利技术涉及一种比色测温系统显示与标定方法，包括1】分别对透射光路上探测器所采集的透射光路图像和反射光路上探测器所采集的反射光路图像进行预处理；2】对预处理后的图像进行配准，使透射光路图像上的每一个点在反射光路图像上都有唯一的点与之相对应形成对应点，每组对应点中的两个点对应同一物理位置，即完成图像配准；3】对配准后的两幅图像的所有像素，将对应点中的两个点求灰度值之比，然后采用图像灰度映射算法将灰度比值对应到适合显示的灰度级上，形成信息融合后的图像等步骤。该方法克服了目前焦平面比色测温系统常用比值与温度定标以及透射光路和反射光路所成像分别显示的局限性，且实现过程简单，具有应用和推广价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于红外测温领域，具体涉及红外焦平面。
技术介绍
温度测量在国防、军事、科学实验以及工农业生产中具有重要作用。红外测温技术 有不破坏被测物体温度场、反应速度快、灵敏度高、测温范围广等优势，广泛应用于航天、材 料、能源、冶金等领域。国内外目前已出现各种各样的红外测温方法，这些方法大致可以分 为：全辐射测温法、亮度测温法、比色测温法。全辐射测温法和亮度测温法的精度受物体发 射率的影响很大，为了减少物体发射率的影响，人们提出了比色测温方法。它是根据测量两 个给定波长的辐射功率之比，用黑体定标的仪器来确定物体的温度。比色测温可以减小发 射率对测温精度的影响，因此具有重要的应用价值。 与全辐射测温法和亮度测温法相比，比色测温法在光学系统结构上最大的特点是 需要有一个光分路接收系统，即要将收集的光辐射分成两路分别进行光电转换以期进行比 值运算。具体使用的分光方法有如下几种：（1)光学分光，即利用一个半透半反镜将入射光 福射分为两束；（2)分叉光纤系统；（3)棱镜分光系统，由色散棱镜展开成连续光谱而选择 双通道单光路系统；(4)双色调制盘，由电机带动双色调制盘转动，光电探测器交替接收两 个波段的辐射，产生两种信号。采用双色调制盘接收两个波段是分时测量的，所以图像帧频 一般较低，对运动或温度变化快的高温物体误差会很大，见参考文献：齐文娟.发射率对红 外测温精度的影响:.长春理工大学，2006。因此对于红外焦平面 系统来说一般米用光学分光的方式来实现。 如图1所示，红外测温系统由光学系统、红外成像设备1、计算机数据处理系统2 三部分组成。辐射光进入前镜组4,通过半透半反镜5后分为透射光和反射光，在后镜组用 滤光片3实现波段选择，两台红外成像设备分别安装在两个滤光片后面进行光电转换，将 输出的视频信号传递给计算机数据处理系统进行温度复原和视频显示。定标与显示方法如 下，见图2 : 1)调节黑体温度!'。至!^，采集不同温度点下透射光路和反射光路成像设备得到的 黑体图像； 2)找出黑体所成像在两个图片中的对应位置，计算出同温度黑体辐射条件下的灰 度比值R; 3)根据辐射定律，建立比值R和温度T的关系； 4)在实际测量中，透射光路和反射光路的图像分开显示；测量时分别找出两幅图 像中被测目标图像灰度，求出灰度比值，根据拟合关系反演出目标温度。 综上所述，现有定标方式是采集透射光路和反射光路的两台红外成像设备拍摄 的被测目标红外图像，求出灰度之比，建立比值和温度的关系，见参考文献：徐宝昌，张丁 元.一种改进的比色测温方法研究.光电工程，2011，38(4) :1-61，显示方式是透射光路 和反射光路成像设备分别显示。这种定标和显示方式不能直观的将图像上每点的图像和温 度信息进行对应。且两台设备分开显示不利于产品的便携式设计，增加了设计难度和成本。
技术实现思路
为了克服目前焦平面的局限性，本专利技术提出一种新 型焦平面。 本专利技术的技术解决方案如下： ，其特殊之处在于：包括以下步骤： 1】分别对透射光路上探测器所采集的透射光路图像和反射光路上探测器所采集 的反射光路图像进行预处理； 2】对预处理后的图像进行配准，使透射光路图像上的每一个点在反射光路图像上 都有唯一的点与之相对应形成对应点，每组对应点中的两个点对应同一物理位置，即完成 图像配准； 3】对配准后的两幅图像的所有像素，将对应点中的两个点求灰度值之比，然后采 用图像灰度映射算法将灰度比值对应到适合显示的灰度级上，形成信息融合后的图像； 4】对信息融合后的图像进行温度定标。 以上为本专利技术的基本方案，基于该基本方案，本专利技术还做出以下优化限定： 上述步骤2】中图像配准采用光学标校的配准法，具体为： 2. 1】将黑体移动到远处，使得黑体辐射腔在图像上呈星点目标，让透射光路和反 射光路上的两个探测器同时对黑体辐射腔成像； 2. 2】当星点目标与透射光路视场中心重合时，该星点目标与反射光路视场中心存 在一定的偏差，这个偏差值就是两个图像视场中心之间的平移量； 2. 3】让星点目标移动三个不同的位置，通过透射光路与反射光路所成像观察到的 三个星点的位置作为三角形的三个顶点，所形成的三角形面积不同，旋转角度也不同，这样 就可以利用三角形之间的关系求解出缩放和旋转的量； 2. 4】根据步骤2、步骤3得出的平移、缩放和旋转的量，利用三角形之间的关系求 解出缩放量和旋转量，对其中一幅图像进行对应的平移、缩放和旋转得到最终配准后的图 像。 本专利技术除光学标校的配准法以外，理论上，任何一种有效的配准方法都可以用到 本专利技术中。现有的配准方法主要有基于互信息配准算法、基于结构特征边缘算法、基于边缘 互相关算法、基于SIFT算法等。由于本专利技术涉及的光学系统采用共光路设计，光学系统经 过标校，配准难度小，本专利技术采用基于光学标校的配准法，该方法属于基于标定物的配准方 法，有配准时间短、算法简单、稳定性好等优点，以期得到满意的图像匹配效果。 本专利技术步骤3】中灰度映射算法的目的是增大图像显示的动态范围及对比度，有 线性灰度变换算法和非线性灰度变换算法，都可以应用到本专利技术中。但是本专利技术将透射光 路和反射光路配准后的两幅图像像素灰度之比通过灰度映射的方法形成灰度图像，属于独 仓|J。具体为： 其中：R为透射光路和反射光路图像配准后对应点灰度之比； B为经信息融合后得到的最终图像灰度。 对温度的反演有两种方式： 一种方式是利用实际比色测温公式代入灰度之比R和其他 参数进行反演温度T，但是由于系统仪表常数K的获取存在较大难度，且精度不高，以及本 公式对低温目标测量存在较大误差，如果用公式直接推导，误差较大； 另一种方式，就是本专利技术采用的基于辐射定标的方法，该方法可以降低系统仪表 常数的影响，获得较高精度。本专利技术步骤4对信息融合后的图像进行温度定标具体是通过 以下方式实现的： 4. 1】假设定标温度范围为T_~Tniax，将黑体加电，温度调节到TnilJt，待黑体温度 稳定； 4. 2】采集T_~T _黑体的图像，每隔Δ T采集一幅信息融合后图像，每个温度点 等温度稳定后再采集，记录黑体温度数据T和信息融合后图像中黑体所在区域的灰度B ; 4. 3】建立融合后图像灰度和温度的曲线拟合关系。 曲线拟合也称函数近似，是寻找表达离散的参量之间的某种内在函数关系。本发 明需要建立温度T与融合图像灰度之间的函数关系。主要有以下几种拟合方法： 1)差值函数法；2)最小二乘法；3)多项式拟合法；4)指数拟合法等。这几种方法 各有优点，均可以应用的本专利技术中。 本专利技术与现有技术相比，优点是： 本专利技术将透射光路和反射光路配准后的两幅图像像素灰度之比通过灰度映射的 方法形成融合图像，对融合后的图像进行温度辐射定标，建立被测温度与融合后图像灰度 的拟合关系。该方法克服了目前焦平面比色测温系统常用比值与温度定标以及透射光路和 反射光路所成像分别显示的局限性，且实现过程简单，易于集成在红外成像处理系统中，便 于比色测温产品的便携，减小了焦平面比色测温系统输出数据带宽，具有应用和推广价值。【附图说明】 图1焦平面比色测温系统框图； 图2现有比色测温系统显示与定标方式； 图3比色测温系统总体流程； 图4比色测温系统实现示本文档来自技高网...

【技术保护点】
比色测温系统显示与标定方法，其特征在于：包括以下步骤：1】分别对透射光路上探测器所采集的透射光路图像和反射光路上探测器所采集的反射光路图像进行预处理；2】对预处理后的图像进行配准，使透射光路图像上的每一个点在反射光路图像上都有唯一的点与之相对应形成对应点，每组对应点中的两个点对应同一物理位置，即完成图像配准；3】对配准后的两幅图像的所有像素，将对应点中的两个点求灰度值之比，然后采用图像灰度映射算法将灰度比值对应到适合显示的灰度级上，形成信息融合后的图像；4】对信息融合后的图像进行温度定标。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟，曹剑中，段程鹏，陈耀弘，谢庆胜，易波，陈卫宁，范哲源，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61