[发明专利]基于像素级光谱分光探测器的三维温度场测量系统和方法

权利要求书

1.一种基于像素级光谱分光探测器的三维温度场测量系统，特征在于，包括光场相机(1)和数据处理模块(2)，所述光场相机(1)用于获得目标三维物体(3)上所有物点不同方向的多光谱光场图像数据，所述数据处理模块(2)用于根据所述多光谱光场图像数据获得所述目标三维物体的三维温度场真实温度，其中，

所述光场相机(1)包括依次设置的光阑(11)、主透镜(12)、微透镜阵列(13)和像素级光谱分光探测器(14)，所述像素级光谱分光探测器(14)包括相互紧贴设置的滤波片阵列(141)和探测器像素阵列(142)，其中，所述滤波片阵列(141)位于所述微透镜阵列(13)与所述探测器像素阵列(142)之间，所述滤波片阵列(141)包括具有不同波长的多个光谱滤波片；

所述微透镜阵列(13)包括多个微透镜(131)，所述探测器像素阵列(142)包括多个阵列排布的探测器像素单元(1421)，其中，每个所述微透镜(131)的尺寸均相同；

每个所述微透镜(131)的尺寸与每个所述光谱滤波片的尺寸相同，每个所述光谱滤波片覆盖3×3个所述探测器像素单元(1421)；

3×3个探测器像素单元(1421)组合代表一个微透镜对应的像素阵列区域，即每个微透镜(131)对应3×3个探测器像素单元(1421)，具有相同波长的滤波片；9×9的探测器像素单元(1421)组合代表参与同一物点成像的3×3个微透镜对应的像素单元阵列形成的区域，即同名像点区域(6)，

所述目标三维物体(3)通过所述光阑(11)和所述主透镜(12)形成的主像面(4)位于所述主透镜(12)与所述微透镜阵列(13)之间；

在一维方向上，对于同一物点，所述光场相机(1)参与成像的相邻微透镜个数为[-w，w]，每个同名像点区域(6)包括多个由每个微透镜对应的像素区域(7)，相对于每一个物点，光场相机具有n＝2w+1个同名像点(5)，其中，所述主像面(4)与所述微透镜阵列(13)之间的距离为l，所述微透镜阵列(13)与所述像素级光谱分光探测器(14)之间的距离为g，则其中，f表示微透镜阵列的焦距；在二维方向上，利用光场相机一维方向上的同名像点数n确定所述光场相机中光谱滤波片的波长数目N，波长数目N等于一维方向同名像点数目n的平方；

在使用过程中，利用所述光阑(11)和所述主透镜(12)对所述目标三维物体发出的各个谱段的光信息进行汇聚，获得所述目标三维物体所有物点不同方向的光场信息；利用所述微透镜阵列(13)和所述滤波片阵列(141)对所述光场信息进行二次成像，形成所述目标三维物体上所有物点不同方向的多光谱光场图像数据；利用图像探测器采集所述多光谱光场图像数据；

获得所述目标三维物体在波长λ_i下的输出信号强度值S_i(x,y,z)，包括：将所述目标三维物体分解为多个微立方体，每个所述微立方体通过所述三维温度场测量系统成像至所述探测器像素阵列的对应探测器像素单元元；利用光线追迹方法和系统几何标定参数，获取每个所述微立方体在所述探测器像素单元中对应的波长λ_i下的所有同名像点的像素值P_i(x,y,z)，(x,y,z)为所述微立方体的中心坐标；根据所述同名像点的像素值P_i(x,y,z)获得所述目标三维物体在波长λ_i下的输出信号强度值S_i(x,y,z)；

根据多光谱辐射测温公式计算所述目标三维物体在物点(x,y,z)处的真实温度T(x,y,z)：

其中，ε(λ_i,T(x,y,z))为温度T(x,y,z)对应的目标光谱发射率，λ_i为第i个所述光谱滤波片的波长，c₂为第二辐射常数，T′为参考温度，S_i′为在参考温度T′下波长λ_i下的输出信号强度值；

遍历所述目标三维物体的所有物点，完成目标三维物体的三维温度场重建。