[发明专利]一种基于多光谱相机的辐射测温法

说明书

本发明是一种基于多光谱相机的辐射测温法。包括以下步骤：1、对多光谱相机进行标定，将该多光谱相机固定于黑体炉前，调整好曝光时间、光圈大小后进行黑、白对照的拍摄；2、在800℃与1700℃之间间隔50℃进行标定；3、标定结束后，对多光谱相机响应值与黑体炉绝对辐射强度进行拟合，获得相机16波段下的标定系数；4、将相机置于被测火焰前，调整好曝光时间、光圈大小后进行拍摄，获得被测目标的16波段下的灰度信息，根据步骤3中拟合系数计算得到16波段下每一波段的被测目标在成像空间内各点的辐射强度；5、利用Hottel和Broughton发光火焰模型对被测目标的投影温度二维分布进行计算，并得到被测目标在16波段下的发射率分布。

技术领域

本发明涉及辐射测温领域，是一种基于多光谱相机的辐射测温法。

背景技术

火焰温度和辐射介质的辐射特性是反映燃烧过程的重要参数，对这两个参数的准确测量可以更好的指导对燃烧机理的研究。对于火焰这种抗扰动性差、温度高的被测对象来说，辐射测温就极具优越性。

本发明中采用多光谱相机获得火焰的投影辐射强度，相比于无法获得空间维度火焰辐射强度信息的光谱仪以及无法获得多光谱辐射强度信息的彩色相机来说，多光谱成像系统可以同时获得空间维度和光谱维度的投影信息，这对于获得火焰温度以及与波长相关的发射率的二维分布具有至关重要的作用。

发明内容

本发明改善了使用传统辐射强度的获取方法，采用多光谱成像系统来获取被测对象的多波段辐射强度信息，本发明包含以下步骤：

步骤1：将多光谱相机置于黑体炉前，调整好相机的光圈大小、曝光时间后进行相机黑、白对照的拍摄；

步骤2：将黑体炉由1700℃间隔50℃进行降温至800℃，每个温度点下在合理的曝光时间下进行标定拍摄；

步骤3：获取黑体炉16波段下的灰度值数据矩阵，并将不同温度点下每一波段的灰度值数据在成像空间内的平均值与该温度下黑体炉的绝对辐射强度进行拟合，获得16波段的灰度值与绝对辐射强度的对应关系曲线与标定系数；

步骤4：将多光谱相机置于被测目标前，保证光圈大小与标定时一致，调整曝光时间进行黑、白平衡的拍摄；

步骤5：调整好曝光时间，对被测目标进行拍摄，获得被测目标同时包含16个波段的初始灰度图像，利用Matlab软件分离初始灰度图像，从而获得16波段下成像空间内的投影灰度值数据矩阵，由步骤3中所得的标定系数获得16波段下成像空间内的投影辐射强度数据矩阵；

步骤6：基于Hottel和Broughton发光火焰模型，结合所得到的投影辐射强度矩阵数据，对成像空间的每一点进行温度与发射率的计算，得到投影温度的二维空间分布与发射率的随空间、波长的二维分布。

优选的，所属多光谱相机所获得的初始灰度图像矩阵是分辨率为2048×1088，包含相机所成16波段全部信息，因此需要对所获得的初始灰度值信息按照所述多光谱相机的成像规则进行波段信息分离后，可以获得16(4×4)波段的灰度值信息，分辨率为单波段512×272，所得的灰度值数据为0-1023。

优选的，步骤3中不同温度下相机所得灰度值与黑体炉绝对辐射强度的拟合关系通过下式获得：

式中：I为黑体炉绝对辐射强度，E为多光谱相机得到的灰度值，t为曝光时间。这个过程是在16个波段下分别进行的，最终应获得16组对应不同波段的标定系数。

优选的，由获得的16个波段下的灰度值图像以及标定系数得到对应的辐射强度数据依据如下式：