基于红外热图像灰度修正的辐射测温

基于红外热像仪的测温精度依赖于大气温度、相对湿度、大气透射率、翻转表像温度等参数的测量精度。为了减少这种依赖性和提高测量精度,提出了一种基于红外热图像灰度修正的辐射测温方法。首先基于高精度面源黑体建立了红外热图像灰度修正模型,然后通过灰度修正模型对实测的目标灰度进行修正,最后通过基于加权最小二乘法建立的热像仪辐射定标模型等计算出修正后的目标亮度和温度。在实验室环境下,分别基于红外热像灰度修正辐射测温法和直接用热像仪测温对目标进行了测量。结果表明,在实验室环境下,前者的平均测量精度较后者提高了3.6%。该方法对实验室环境下红外测温有较好的实用价值,对外场红外测温也有一定的借鉴意义。     

基于红外热像的钢水测温模型研究

基于热辐射测温原理,介绍了红外热像仪测温理论,为了提高钢水的测温精度,搭建了实验平台,经过实验获得不同温度下钢水的红外图像。利用Matlab软件提取图像的灰度均值,用最小二乘法和BP神经网络进行温度-灰度拟合曲线,从而得到红外热像测温的模型,使钢水测温误差达到了1%,最终达到测量精度和设计要求,此方法为熔融金属在线红外热像测温的研究打下了坚实的基础。     

距离对红外热像仪测温精度影响及提高精度的实验研究

基于在固定环境下对手掌各部分温度测量的应用需求,实验研究了距离对目前最常用红外热像仪测温精度影响及提高精度的方法。首先在环境温度和湿度一定的条件下,实验研究了在一种测温距离下标定,不同测温距离测量时的测温精度。实验结果表示,66 cm 测温距离标定下在其距离的测量精度是±0.08℃,但在40 cm～112 cm距离的平均测温精度是0.43℃;其次实验研究了不同测温距离下重新标定的测温精度,测量平均绝对误差可以达到0.07℃,为在固定环境下利用红外热像仪比较精确的测量物体温度的应用提供了实验数据。     

基于热辐射理论的熔融金属红外测温模型研究

针对传统接触法测温精度低、实时性差等问题,提出了一种基于热辐射理论的红外热像测温模型.首先,根据红外热像仪测温原理,搭建了熔融金属红外测温实验平台,获取了不同温度下熔融金属的红外图像.其次,为了提高测温精度,采用稀疏分解方法去除熔融金属红外图像的噪声,采用最小二乘法和改进遗传算法对提取的图像灰度均值进行灰度-温度的曲线拟合,建立红外图像的灰度值与被测物体表面温度之间的对应关系.最后,利用等温线显示炉内温度整体情况.实验结果表明,此模型可以有效地测量熔融金属的温度,并且测温精度较高,验证了模型的有效性和可行性.     

基于标准黑体的物体表面发射率计算方法研究

红外测温仪器的精度和被测物体表面的发射率对测量物体红外辐射特性的准确性影响很大。为了提高物体表面发射率的计算精度,先通过标准黑体对红外热像仪进行标定。然后,利用标定好的红外热像仪测量温度,计算出被测物体表面的发射率。将基于神经网络的红外热像仪标定方法应用到目标发射率的求解方法中,有效地消除了热像仪的系统误差。测试装置简单,测试结果准确。同时,温度和发射率的精确测量为红外隐身材料的研制奠定了基础。     

3.2～3.4μm红外热像仪基于拟合的测温方法

研究目的为32～34μm窄波段红外热像仪的测温方法,本文从图像处理领域出发,利用红外热像仪和标准辐射源黑体,在一定的环境温度下,采集不同温度的黑体红外图像,通过数学建模软件对黑体图像进行灰度值计算,进而探究图像灰度值与温度的相关性,并基于最小二乘法和插值拟合思想构造黑体标定曲线,根据得到的标定曲线和已有的灰度值推出验证温度。经验证结果表明,测温精度有所提升,误差在049℃以内。     

基于量块的线结构光视觉传感器直接标定方法

线结构光视觉传感器的标定精度直接关系到测量结果的精度。传统的有模型标定方法为了提高标定精度,相应的模型也会越复杂,计算量也很大。为了实现高精度、高效率、低成本地标定线结构光视觉传感器,提出一种基于标准量块的线结构光视觉传感器直接标定方法,设计了标定靶标,不需要标定模型,直接建立查找索引表,在查找索引表中搜索直接得到或者采用最小二乘法拟合算法得到待标定点的空间三维坐标。实验结果表明该标定方法具有较高的标定精度,y方向平均绝对测量误差为0.0279mm,z方向平均绝对测量误差为0.0237mm,能够满足高精度测量需要,且计算简单、易于实现。     

距离对红外热像仪测温精度的影响及误差修正

通过分析红外热像仪测温原理,得出距离是影响测温精度的因素之一.为了提高测温精度,设计了距离对红外热像仪测温影响的实验.首先利用黑体对红外热像仪进行标定,然后在不同距离处对黑体进行测温.实验结果表明,距离的变化对测温精度有较大影响.通过整理实验数据,得出了两种温度下距离对测温精度的影响曲线,并拟合出了误差修正公式.经过误...     

基于图像灰度的大范围辐射温度反演

为解决高温辐射源和环境温度对红外测温的影响,提高极端工况下红外热像仪的测温精度,以红外辐射理论以及红外热像仪测温原理为基础,提出了一种将红外图像灰度与目标温度、环境温度和积分时间相结合的综合辐射温度反演方法,该方法实现了环境(镜头)温度与场景温度参量解耦,可以独立预估各参量变化所产生的探测器响应变化。首先对红外热像仪进行数据标定,标定时一般采用高精度面源黑体,之后通过计算面源黑体辐射亮度,利用黑体辐亮度和黑体灰度的线性关系,对黑体温度与黑体图像灰度值两组数据之间关系进行拟合,建立全环境温度和全积分时间的大范围温度反演匹配模型。最后在实验室环境下,分别用热像仪和基于灰度的温度反演模型对探测目标进行测温。经过实验验证,该反演模型在实验室环境下取得了较为良好的效果。     

基于姿态角传感器与旋转测距仪的坐标测量

利用姿态角传感器、角度编码器结合激光测距传感器,与全站仪构成非接触的组合测量系统,实现大尺度空间中隐藏区域的空间坐标测量。建立了测量系统的数学模型,设计标定靶并对系统进行了标定。针对测量系统,提出一种根据控制点在空间的分布确定权值的加权最小二乘的标定方法。以全站仪直接测量和组合系统测量两种测量方式,对同一空间点进行坐标测量,通过测量对比来验证组合系统的测量精度。实验结果表明:该测量系统可以使得组合测量的量程扩大并保持较高的空间坐标测量精度,采用加权最小二乘算法进行标定的结果使测量误差更小。     

基于加权最小二乘法的红外辐射定标

随着红外物理与红外技术的深入发展,目标的辐射特性测量受到了广泛的重视,红外探测器的辐射定标直接决定了辐射特性测量精度,为此文中建立了辐射定标系统,对3～5μm的红外焦平面阵列相机进行了绝对辐射定标实验。文中给出了辐射定标的数学模型,制定了定标的流程并进行了相应的辐射定标实验;针对红外标准源和环境波动性的影响,提出了加权最小二乘法的辐射定标优化方法;通过外场辐射特性测量实验表明,该方法的反演误差优于4%,提高了辐射定标的精度,结果满足实际工程的需要。     

一种适用于外场条件的红外系统分区域标定方法

为了减小全画幅平均红外标定引起的非均匀性误差,主要探究一种适用于外场条件的红外系统分区域标定方法。首先对增益系数矩阵进行估计,然后利用估计矩阵对标定区域进行划分,最后利用最小二乘法分别对不同区域进行标定,得到增益系数标定矩阵。通过开展大口径地基红外测量系统标定实验,对本文方法进行精度验证。结果表明,与传统方法相比,通过本文方法得到的标定方程进行目标辐射亮度反演时,平均相对误差减小13.07%,平均误差偏离度减小0.2877。该方法对于整个画幅标定精度更高,目标特性反演准确性显著提升,可为红外系统标定的实际工程应用提供有益的参考和借鉴。     

一种红外目标模拟器的大气传输校准方法研究

红外辐射在大气中传输会在大气分子、气溶胶粒子的吸收和散射以及大气自身辐射的影响下发生变化,导致红外辐射测量精度的降低。为消除大气在红外目标模拟器校准中的影响,在基于恒定标准源的宽动态红外辐射测量方法的基础上,提出了一种红外目标模拟器的大气传输校准方法。在水平均匀大气近距离的红外目标模拟器校准中,利用卷积神经网络的数据分析能力建立了不同波段、不同温度、不同距离下的大气透过率和大气程辐射的动态模型,将探测器输出电压作为基于编码器-解码器结构的卷积神经网络的输入,按照训练流程对网络进行训练,在实验环境下预测了大气传输对红外辐射的影响。所建模型能够反映大气透过率和大气程辐射的动态变化规律,并通过红外辐射反演对提出的方法进行了验证。实验结果表明：基于编码器-解码器结构的卷积神经网络算法能够较好地预测大气透过率和大气程辐射,在三个波段下的平均误差为3.078 3%、3.818 6%、5.345 2%,低于传统方法,降低了大气透过率和大气程辐射的影响,从而减小了红外辐射的测量误差,提高了校准精度。     

空间目标红外辐射测量系统标定技术

为实现对空间目标红外辐射进行定量测量,需要解决红外辐射测量系统的标定问题。针对常规标定方法对大口径红外辐射测量系统标定存在的不足,在对其测量原理分析的基础上,提出了一种内置黑体标定与天文恒星标定相结合的新方法。采用内置黑体作为标准辐射源对匹配镜组和探测器进行标定,采用恒星标准辐射源对大口径主光学系统透过率进行标定,并推导出了红外辐射测量系统整体的响应关系。试验验证表明,该方法与传统的全孔径标定方法相比,曲线斜率误差在4%以内,具有操作简单易行、标定系统的研制难度低、标定效率高等优点。     

环境温度对红外测温精度的影响及补偿方法研究

针对在线式红外测温仪的测温精度易受环境温度影响,导致测温误差增大的问题,提出一种基于环境温度的红外测温补偿方法,以减少测温误差.首先根据红外测温原理,搭建了红外测温实验平台,获取了不同环境温度下的测温数据;然后利用最小二乘法原理对提取的测温误差均值进行误差-环境温度的曲线拟合,得到了红外测温补偿模型;最后对其进行了实验验证.实验结果表明,使用该补偿模型对红外测温数据进行补偿,得到的红外测温值与真实目标温度值的最大相对误差为0.29％,说明提出的补偿方法降低了环境温度对红外测温的影响,有效提高了红外测温精度.     

红外辐射测量系统内外标定技术

为确保辐射测量精度,需要对红外辐射测量系统进行标定。在分析红外辐射测量系统工作原理的基础上,提出了内、外标定相结合的标定方法,区别于传统的标定方法,不再把测量系统当作黑盒子,而是对其内部分解进行分步标定,通过理论推导给出了内外标定方法计算公式。实验验证表明,该方法的标定精度与传统的全孔径黑体标定方法基本一致,两者之间的相对误差在1%以内,但该方法对外置大孔径面源黑体温度范围要求比较低,降低了黑体的研制难度和成本。     

用于机动车尾气检测的NDIR传感器的加权定标方法研究

非分散红外（NDIR）气体传感器是机动车尾气CO和CO2检测系统的核心部件,一般使用定标的方法来计算待测气体的浓度。针对传统定标方法生成的定标曲线在低于CO和CO2满量程10%范围内的拟合优度不能满足实际使用要求的问题,提出了一种基于最小二乘加权拟合法的定标方法,通过对低浓度点赋予更大的权重和增加定标点的数目来改善定标曲线在低浓度范围内的拟合优度。采用该方法的定标结果表明,定标曲线在整个量程范围内的定标误差均小于2%。所提出的定标方法具有较高的应用价值。