[发明专利]一种基于红外热像仪的托卡马克第一壁温度测量方法

说明书

本发明涉及托卡马克装置图像稳像技术领域，特别涉及一种基于红外热像仪的托卡马克第一壁温度测量方法，包括以下步骤：(1)基于红外热像仪测量系统的参数标定；(2)托卡马克第一壁红外图像的抖动消除；(3)基于红外图像的托卡马克第一壁修正温度的获取；本发明提供的方法具有温度测量精度高的优点，图像去抖动效果较好，处理步骤简单具有较强的可实现性；利用RANSAC算法计算得到的全局运动估计精准可靠；本发明提供的基于红外热像仪的托卡马克第一壁温度测量方法，通过结合去抖动算法和双线性插值法实现了靶板温度变化趋势的准确检测，对实验人员获取理论依据和验证材料性能起到了很好的辅助作用。

技术领域

本发明涉及托卡马克装置图像稳像技术领域，特别涉及一种基于红外热像仪的托卡马克第一壁温度测量方法。

背景技术

托卡马克装置是一种利用磁约束来实现受控核聚变的装置，这类装置的主要科学目标是实现装置的高参数稳态运行以及研究相关物理和工程问题。在托卡马克装置进行放电实验的过程中，面向等离子体的第一壁材料经常会受到高能粒子的轰击，如偏滤器靶板材料经常需要承受MW量级的瞬态热通量，这极大考验了材料的承热能力。当材料发生融化以及脱落时，很可能会向真空室内引入大量杂质，从而破坏等离子体的平衡状态，使得放电实验终止。因此，需要利用现有的技术手段和方法来实时监测真空室内第一壁等材料的受热状态。目前，国际上主流的聚变装置，如JET、DIII-D、NSTX、MAST等都在使用红外热像仪进行第一壁材料的温度监测。通过这种非接触、可观察式的测量手段，能够实现打击点区域的温度监测并进行温度反馈控制。此外，可以利用红外测温系统，建立一套温度反馈控制的系统，利用红外测温仪给出的温度数据，反馈温度信息供其他诊断调节相关参数，从而使得放电过程能够更加安全、稳定的进行下去，最终实现长脉冲稳态放电。因此，国内的核聚变装置EAST(Experimental Advanced Superconducting Tokamak)也紧跟国际潮流，也相应的开发出了适合于自身装置特点的红外测温系统。

EAST托卡马克装置的可见/红外内窥镜诊断系统与装置之间通过大量螺杆和螺母固定在一起，二者连接处不存在任何相对运动。但是由于整个光路结构只在与托卡马克装置连接的一端进行了固定，在光线的出射端，也就是面向红外热像仪的一端为悬空状态。因此装置的光路结构类似于一个悬臂梁结构，当悬臂梁结构的固定端跟随托卡马克装置进行无规律的小幅震动时，位于自由端的光路结构就会产生相对较大的振幅。对于采集放电数据的红外热像仪而言，虽然红外热像仪与光路没有直接接触，二者之间也采用了一定的机械固定方式，但红外热像仪的工作环境异常复杂，其周围有大量运行的设备，使得支撑红外热像仪的底座也处于一个无规律的震动状态下，这就导致红外热像仪采集的视频数据存在肉眼可见的画面抖动情况。由于红外热像仪与光路通过支架进行了刚性连接，使得红外热像仪与光路结构的自由端之间沿着光路中轴线的相对位置基本不会发生改变，同时也使得红外热像仪相对于光路结构的自由端不会产生旋转位移，所以红外热像仪采集的红外图像数据的抖动因子只存在水平和垂直两个方向的自由度，实际运动属于刚性变换并且只有平移运动。实验人员在处理红外视频数据时，经常需要根据数据计算模型选取固定的特征区域进行温度数据的计算，但是由于实验数据存在图像抖动的问题，就会导致选取的特征区域脱离计算模型，由此计算出的温度数据就会不准确，进而在利用观测部件表面的温度进行热负荷分析时就无法得出准确的实验数据。这种不确定的图像抖动对于实验人员获取理论依据和验证材料性能造成了极大的困扰，因此必须对红外热像仪采集的红外图像数据进行视频稳像的处理。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于红外热像仪的托卡马克第一壁温度测量方法，解决红外热像仪在实验过程中因为装置温漂和抖动等因素导致偏滤器靶板在红外图像测量靶板准确，温度不准确的问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种基于红外热像仪的托卡马克第一壁温度测量方法，包括以下步骤：

(1)基于红外热像仪测量系统的参数标定；

(2)托卡马克第一壁红外图像的抖动消除；