[发明专利]一种基于彩色CCD的辐射温度场测量装置及方法

权利要求书

1.一种基于彩色CCD的温度场测量装置，其特征在于，该装置包括：滤色片、光学镜头、彩色CCD面阵传感器及数据采集分析单元，

所述滤色片，具有两个单峰透过率响应特性，置于光学镜头前，以改变待测物体光学成像的光谱分布；

所述光学镜头，将透过所述滤色片的待测物体辐射聚焦于彩色CCD面阵传感器的焦平面；

所述彩色CCD面阵传感器，对所述光学镜头聚焦的待测物体辐射进行成像，获取红、绿、蓝三路光谱响应数据；

所述数据采集分析单元，对所述三路光谱响应数据进行采集，并利用比色测温法进行温度场的计算；

所述数据采集分析单元利用比色测温法进行温度场计算是根据以下步骤完成：

所述待测物体的辐射通过滤色片、光学镜头后，由彩色CCD面阵传感器输出的辐射测量信号为：

VRi,j=Φi,j·∫λminλmaxτ(λ)·sR(λ)·ϵλ(Ti,j)·Ib,λ(Ti,j)dλVGi,j=Φi,j∫λminλmaxτ(λ)·sG(λ)·ϵλ(Ti,j)·Ib,λ(Ti,j)dλVBi,j=Φi,j·∫λminλmaxτ(λ)·sB(λ)·ϵλ(Ti,j)Ib,λ(Ti,j)dλ---(1)]]>

其中，上角标(i，j)表示传感器成像焦平面上任一点的坐标；V_R^i，j、V_G^i，j、V_B^i，j分别表示所述彩色CCD面阵传感器红、绿、蓝三个颜色通道的相对辐射强度输出值；Φ^i，j为所述彩色CCD面阵传感器测量的非光谱因子；λ_min～λ_max为所述彩色CCD面阵传感器的波长响应区间范围；τ(λ)为滤色片的光谱透过率函数；s_R(λ)、s_G(λ)、s_B(λ)为所述光学镜头与彩色CCD面阵传感器两者综合的三通道颜色光谱响应函数；I_b，λ(T^i，j)为与物体相同温度T^i，j下的黑体光谱功率分布函数；

ε_λ(T^t，j)为物体的光谱发射率函数；

由于滤色片的光谱透过率函数τ(λ)将彩色CCD面阵传感器原有的三通道颜色光谱响应s_R(λ)、s_G(λ)、s_B(λ)改变为新的三通道光谱响应τ(λ)s_R(λ)、τ(λ)s_G(λ)、τ(λ)s_B(λ)；

令F_R，λ＝τ(λ)s_R(λ)，F_G，λ＝τ(λ)s_G(λ)，F_B，λ＝τ(λ)s_B(λ)，并设所述滤色片在CCD波段响应区间内具有两个不同的单峰中心波长λ₁、λ₂，波长半宽度为Δλ₁、Δλ₂，则将式(1)改写为：

VRi,j≈Φi,j·[Δλ1·FR,λ1·ϵλ1(Ti,j)·Ib,λ1(Ti,j)+Δλ2·FR,λ2·ϵλ2(Ti,j)·Ib,λ2(Ti,j)]VGi,j≈Φi,j·[Δλ1·FG,λ1·ϵλ1(Ti,j)·Ib,λ1(Ti,j)+Δλ2·FG,λ2·ϵλ2(Ti,j)·Ib,λ2(Ti,j)]VBi,j≈Φi,j·[Δλ1·FB,λ1·ϵλ1(Ti,j)·Ib,λ1(Ti,j)+Δλ2·FB,λ2·ϵλ2(Ti,j)·Ib,λ2(Ti,j)]---(2)]]>

假定所述待测物体在两个波长λ₁、λ₂的光谱发射率函数相等，有ϵλ1(Ti,j)≈ϵλ2(Ti,j),]]>对式(2)的任意两路非零信号进行比值处理最终确定温度T^i，j。