[发明专利]高温物体测量中图像质量补偿方法

摘要

本发明高温物体测量中图像质量补偿方法属于高温物体测量领域，特别涉及视觉测量高温物体时图像质量实时补偿的方法。补偿方法使用可调光强激光器照射待测高温物体表面，高温物体表面反射的激光与高温物体辐射强光经滤光片过滤后，实现大多数高温物体辐射强光的有效滤除；剩余部分高温物体辐射强光与高温物体反射激光使相机成像。根据不同温度下滤光片通带内辐射光的光强变化趋势，实时调整激光器输出光强使其与辐射光光强变化趋势相匹配，最终实现大温度梯度内高温物体特征光条清晰成像。补偿方法通过建立的补偿模型实时调整辅助激光器补偿参数，实现高温物体图像质量的实时修正，从而实现不同温度下高温物体图像的清晰获取。

主权项

一种高温物体测量中图像质量补偿方法，其特征在于，补偿方法使用可调光强激光器(3)照射高温物体(1)表面，高温物体(1)表面反射的激光B与高温物体(1)辐射光A经滤光片(4)过滤后，实现大多数高温物体(1)辐射光A的有效滤除，剩余部分高温物体(1)辐射光A与高温物体(1)反射激光B使相机(5)成像，其中含有特征光条(7)信息的高温物体(1)图像可由工作站显示器(6)实时观测，同时，根据不同温度下滤光片(4)通带内辐射光A的光强变化趋势，实时调整激光器(3)输出光强使其与辐射光A光强变化趋势相匹配，最终实现大温度梯度内高温物体特征光条(7)清晰成像；补偿方法由以下步骤来确定：步骤1：首先以图像中特征光条灰度为信号、高温物体背景灰度为噪声的图像SNR模型，图像SNR模型如下所示：SNR(i)=GslGbf---(1)]]>其中，Gsl为特征光条灰度，Gbf为高温物体背景灰度；由CCD光电转换特性知，图像灰度G与CCD单位时间受到的照度E，曝光时间t之间的关系表示为：G＝a(Et)γ+Gb             (2)其中，a是CCD响应率，t是曝光时间，E是CCD单位时间受到的照度，Et为曝光量，γ是光电转换系数，γ≈1，Gb是暗电流引起的图像灰度；对于高质量CCD而言，a(tE)γ远大于Gb；理论SNR公式表述为：SNR(T)=EslEbf=El(P)+Ef(T)+EaEf(T)+Ea=El(P)Ef(T)+Ea+1---(3)]]>其中，Esl相机接收特征光条的总照度，Ebf是相机接收高温物体背景的总照度；El(P)是相机接收高温物体表面激光反射光的照度，Ef(T)相机接收高温物体自身辐射照度，Ea相机接收高温物体表面反射环境光的照度；步骤2：相机接收高温物体自身辐射照度Ef(T)表示为：Ef(T)=ϵ·ds·cosθΩ0·d2·∫λminλmaxM0(λ,T)·ηccd(λ)·μ(λ)dλ---(4)]]>其中，M0(λ,T)是普朗克黑体辐射公式，λ为波长，T为开尔文温度，ε是高温物体表面发射率，ds是高温物体表面上任一微面，θ是ds法矢与相机光轴的夹角，ηccd(λ)为激光波长为λ时CCD感光响应值，μ(λ)为激光波长为λ时滤光片透过率，Ω0是高温物体发射总立体角，d是高温物体到相机之间的距离，(λmin,λmax)是滤光片通带范围；步骤3：相机接收高温物体表面激光反射光的照度El(P)表述为：El(P)=(1-ϵ)·ds·cosθ·cosθ1·ηccd(λ)·μ(λ)5.75×10-3·d22·Ω0·d2·P---(5)]]>其中，ε是高温物体表面发射率，P是激光器输出功率，ds是高温物体表面上任一微面，θ是ds法矢与相机光轴的夹角，θ1是高温物体表面法矢与激光入射方向的夹角，ηccd(λ)为激光波长为λ时CCD感光响应值，μ(λ)为激光波长为λ时滤光片透过率，d2是激光与高温物体之间的距离，Ω0是高温物体发射总立体角，d是高温物体到相机之间的距离；步骤4：相机接收高温物体表面反射环境光的照度Ea表述为：Ea=(1-ϵ)·ds·cosθ·ηccdΩ0·d2·E---(6)]]>其中，E是单位时间受到的照度，ε是高温物体表面发射率，θ是ds法矢与相机光轴的夹角，ηccd为CCD光谱响应系数，Ω0是高温物体发射总立体角，d是高温物体到相机之间的距离；步骤5：基于可调光强的图像SNR实时补偿方法的补偿公式如下：El(P)min≥(SNR(min)‑1)·(Ef(T)+Ea)        (7)其中，SNR(min)为满足测量要求的最小信噪比，El(P)min为最小相机接收高温物体表面激光反射光的照度，Ef(T)为相机接收高温物体自身辐射照度，Ea为相机接收高温物体表面反射环境光的照度；因El(P)min是P的正比例函数，且比例系数大于0，因此不同温度下激光器功率补偿参数表示为：Pmin≥a·(SNR(min)‑1)·(Ef(T)+Ea)         (8)上式中Pmin为满足SNR(min)要求的最小激光器输出功率，a=5.75×10-3·d22·Ω0·d2(1-ϵ)·ds·cosθ·cosθ1·ηccd(λ)·μ(λ)]]>为实验相关参数，视实验现场情况决定；因此公式8简化为：Pmin≥K1Ef(T)+K2              (9)其中，Pmin为满足SNR(min)要求的最小激光器输出功率，K1＝a·(SNR(min)‑1)，K2＝a·(SNR(min)‑1)·Ea为补偿模型的两个补偿系数，Ef(T)为高温物体辐射照度，是随温度变化的变量；通过上述步骤实现高温物体图像质量的实时修正，从而实现不同温度下高温物体图像的清晰获取。