[发明专利]一种头盔式红外测温仪及其方法

权利要求书

1.一种头盔式红外测温仪的测温方法，其特征在于，该头盔式红外测温仪包括头盔(9)以及设置在该头盔(9)上的探测器(1)、探测器驱动电路(2)、信号处理板(3)、电源板(4)、SD卡存储电路(5)、LCD目镜(6)、电池(7)和存储按钮(8)，其中探测器(1)设置在头盔(9)正前方且与头盔外壁固定为一体，LCD目镜(6)通过支架与头盔相连，并且LCD目镜(6)与探测器(1)同轴；

所述探测器(1)的输出端与探测器驱动电路(2)连接，探测器驱动电路(2)的输出端通过信号线与信号处理板(3)连接，信号处理板(3)的图像信号输出端分别接入SD卡存储电路(5)和LCD目镜(6)，存储按钮(8)接入信号处理板(3)的控制端，电池(7)为电源板(4)提供总电源，电源板(4)的电源输出端接入其它各个部件的电源端；步骤如下：

第1步，系统初始化，设定温度报警阈值，探测器驱动电路(2)对探测器(1)进行配置，探测器(1)开始采集目标的实时图像原始数据；

第2步，探测器驱动电路(2)接收探测器(1)发送的实时图像原始数据，并将接收到的实时图像原始数据发送到信号处理板(3)；

第3步，信号处理板(3)对接收到的实时图像原始数据进行数字图像处理，依次进行图像测温、图像增强和伪彩色叠加，得到目标的温度信息图像；

第4步，信号处理板(3)的显示芯片将得到的温度信息图像进行处理，以VGA格式输出至LCD目镜(6)，供人眼观察；

上述第3步所述的数字图像处理，具体过程如下：

(3.1)将实时图像原始数据进行处理，利用FPGA内部的先入先出队列fifo将实时图像原始数据的各行数据首尾相接，得到一帧连续的原始图像；

(3.2)经过单点校正操作将原始图像的背景去除：采用一均匀黑体放置在探测器镜头前方，用探测器采集Q帧连续图像求取每个像素点的灰度均值，确定得到背景图像，每帧新的图像在输出时都与该背景图像作差，即得到可视红外图像，公式如下：

式中，I_calibration(i,j)为校正后像素点(i,j)的灰度输出值，I_original(i,j)为原始像素点(i,j)的灰度输出值，为背景图像像素点(i,j)的灰度输出值，Q为校正时采集的帧数，其中Q、i、j为正整数，且200≤Q≤400，0＜i≤320，0＜j≤56；

(3.3)采用中值滤波的方式去除可视红外图像的高频噪声，得到测温预图像；SD卡存储电路(5)实时采集信号处理板(3)显示芯片所发出的测温预图像，并存储到SD卡中；

(3.4)利用宽温度范围黑体标定技术得到测温曲线，根据该测温曲线确定每帧测温预图像中灰度即温度最大值出现的位置，并确定该位置在整个测温预图像中的坐标；判断温度最大值是否高于预设的温度报警阈值，若是则发出报警控制信号，控制蜂鸣器进行报警，否则不报警；

(3.5)对原始的测温预图像进行直方图均衡化处理，得到正常的视觉图像；

(3.6)通过流水线数据替代的方式在正常的视觉图像中找到灰度即温度最大值的位置坐标，将温度字符叠加到该点周围，并用方框将该点标出，得到目标的温度信息图像；

(3.7)将温度信息图像放大以适合目镜的显示维度；

(3.8)将放大后的温度信息图像经过伪彩色编码转换为彩色图像；

上述第(3.4)步所述的宽温度范围黑体标定技术，具体步骤如下：

(3.4.1)首先将探测器置于充填了液氮的黑体腔室内进行标定：将黑体温度从0℃开始每升高2℃采集一次图像数据，每个标定温度T连续采集δ帧图像数据并记录下来，将δ帧图像中所有像素点的灰度值累加求出灰度值总体期望值，即探测器在该标定温度T的实际灰度值，如下式所示：

式中，E(I_T)为标定温度T下灰度值的总体期望值，即实际灰度值；δ为连续采集图像的帧数，100≤δ≤400；I_T(m,n)表示标定温度T下像素点(m,n)的灰度值，1≤m≤M，1≤n≤N；M×N为图像的维度即图像大小；

以标定温度为纵坐标，灰度值为横坐标，做出标定温度T与实际灰度E(I_T)的第一定标曲线；

(3.4.2)将探测器置于玻璃容器内，容器内壁镀上水银层，探测器镜头与容器内壁贴合密闭，将该容器置于抽真空的黑体腔室内，按照步骤(3.4.1)的方法进行标定，做出标定温度T与实际灰度E(I_T)的第二定标曲线；

(3.4.3)将探测器置于未经过任何处理的黑体腔室内，并保持实验室环境恒温恒湿，按照步骤(3.4.1)的方法进行标定，做出标定温度T与实际灰度E(I_T)的第三定标曲线；

(3.4.4)根据三条定标曲线之间的偏差，确定每个标定温度T对应的系统工作产生热量补偿量以及环境温度补偿量，将三条定标曲线进行修正处理得到测温曲线，所述测温曲线满足二次抛物线方程：

T(X)＝aX²+bX+c (3)

式中，T(X)为图像灰度值X对应的实际温度值，X表示灰度值，a、b、c分别为曲线控制系数。