[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

说明书

本发明公开了一种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，所述系统包括光场相机和数据处理模块，光场相机用于获得目标三维物体上所有物点不同方向的光场图像数据，数据处理模块用于根据光场图像数据获得目标三维物体的三维温度场真实温度，其中，光场相机包括依次设置的光阑、主透镜、微透镜阵列和像素级光谱分光探测器，像素级光谱分光探测器包括相互紧贴设置的滤波片阵列和探测器像素阵列，其中，滤波片阵列位于微透镜阵列与探测器像素阵列之间，滤波片阵列包括具有不同波长的多个光谱滤波片。该三维温度场测量系统和方法一次拍摄即可获得目标三维物体的多光谱信息，系统结构简单且数据采样方便。

技术领域

本发明属于温度测量技术领域，具体涉及一种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。

背景技术

三维温度场测量广泛存在于各个领域，如武器研制、汽车的内燃机、电站锅炉、航天火箭和航空飞机的发动机等，特别地，火炮、导弹战斗部等武器爆炸产生的高温火球三维温度场是评估杀伤力、炸药原材料配比的重要指标，对更新加速武器发展和国防建设有着重要的意义。

目前的温度测试方法一般分为接触式测温法和非接触式测温法。接触式测温装置往往存在许多限制和安全隐患，仅能获得测量对象某些特定位置的单点温度值，响应速度较慢且误差较大。在非接触式测量方法中，激光诊断法具有较高的测量精度，但系统复杂，对环境和仪器精度都提出很高的要求；单相机的红外辐射成像测温方法仅能实现点、线、面的一维或二维测量，基于相机阵列的三维温度场测量存在系统复杂，体积庞大、调试繁琐等问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种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。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明的一个方面提供了一种基于像素级光谱分光探测器的三维温度场测量系统，包括光场相机和数据处理模块，所述光场相机用于获得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，所述数据处理模块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，

所述光场相机包括依次设置的光阑、主透镜、微透镜阵列和像素级光谱分光探测器，所述像素级光谱分光探测器包括相互紧贴设置的滤波片阵列和探测器像素阵列，其中，所述滤波片阵列位于所述微透镜阵列与所述探测器像素阵列之间，所述滤波片阵列包括具有不同波长的多个光谱滤波片。

在本发明的一个实施例中，所述微透镜阵列包括多个微透镜，所述探测器像素阵列包括多个阵列排布的探测器像素单元，其中，每个所述微透镜的尺寸均相同。

在本发明的一个实施例中，每个所述微透镜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k×k个所述探测器像素单元，k≥1。

在本发明的一个实施例中，所述滤波片阵列的总波长范围为(λ₁,λ_N)，其中，N表示所述滤波片阵列的波长数目，

λ₁＝b/T₁,λ_N＝b/T_N,b＝2.898×10^-3m·K，(T₁,T_N)为所述三维温度场测量系统的最大测温范围。

在本发明的一个实施例中，所述滤波片阵列中每个光谱滤波片的波长分别为λ₁,λ₂,…,λ_N，其中，λ_i＝λ₁+(i-1)(λ_N-λ₁)/(N-1)，i＝1,2,…,N。

本发明的另一方面提供了一种基于像素级光谱分光探测器的三维温度场测量方法，所述方法通过上述实施例中任一项所述三维温度场测量系统执行，所述方法包括：

确定所述光场相机中每个光谱滤波片的波长；