红外热像仪测温技术PPT课件.ppt

1、红外热像仪测温技术 概述 概述 红外热像仪测温原理2 红外热像仪辐射定标的基本原理3 红外热像测温的影响因素4 红外图像增强处理5目录111概述课题研究背景1 红外热像测温技术是当今迅速发展的高新技术之一，已广泛地在军事、准军事和民用等领域并发挥着其它产品难以替代的重要作用。 随着电子技术的迅猛发展，新半导体材料的不断出现，红外测温技术在科学研究、现代工程技术和军事领域中的应用越发广泛。不会破坏被测物体的温度场，因为它无需与被测物体接触；灵敏度高；可在几毫秒内测出目标温度，反应速度快；测温范围宽，一般可达到1703200，甚至更大；不受检测距离限制，近远皆可；红外测温技术的优点： 概述课题研究

2、背景1与其他测温方法的优势：(1)温度分布不均匀的大面积目标的表面温度场的测量；(2)在有限的区域内快速确定过热点或过热区域的测量。 概述 红外热像仪测温原理目录111 红外热像仪测温原理222 红外热像仪辐射定标的基本原理3 红外热像测温的影响因素4 红外图像增强处理5测温原理2.1 辐射的基本定律2 红外测温技术的理论基础是普朗克定律,该定律揭示了黑体辐射能量在不同温度下按波长的分布规律,其数学表达式为:式中,为黑体光谱辐射通量密度 测温原理2.1 热像仪的组成和工作原理2热辐射原理图1、目标自身辐射2、环境反射辐射3、大气辐射接收到的有效辐射测温原理2.1 热像仪的组成和工作原理2红外辐

3、射电子视频信号显示器正比标定物体绝对温度 红外热像仪辐射定标的基本原理目录 红外热像仪辐射定标的基本原理333 概述111 红外热像测温的影响因素4 红外图像增强处理5 红外热像仪测温原理2 对于红外热成像测温系统，要获得物体表面的绝对温度，需要利用标准黑体对温度灰度关系进行标定，即建立灰度和温度之间一一对应的关系，以便以后直接由灰度获得温度，这就是红外成像测温系统的标定。 标定原理3温度温 度灰度灰 度标定原理3标定原理图发生率不低于0.995温场均匀性好测温误差小黑体 用最小二乘法拟合热像仪采集的灰度数据与标准黑体辐射源的温度示值，得出辐射能量与温度关系的拟合曲线。查找表法对足够多的点进行

4、标定，得到尽可能多的标定数据，建立数据库，用表的形式来查找温度与灰度的对应关系。标定原理3 在规定的温湿度条件的实验室中，选用黑体辐射源标定的红外热像仪测量黑体源不同的温度值，具体有两种方法：拟合曲线法查找表法 定标的方法有许多，根据测量要求，以及定标源是否充满仪器的视场，以下介绍两种方法:近距离扩展源法和远距离小源法。标定原理3近距离扩展源法远距离小源法标定原理3近距离扩展源法在近距离扩展源法中，要求定标源的面积必须充满热像仪的整个视场 热像仪的光学系统入瞳上的辐亮度为: 在波长波段内的黑体辐亮度为: 所以，红外热像仪的辐亮度响应度: 式中V根据定标的要求，可以是热像仪的输出电压、也可以是数

5、字化输出的图像灰度级等。 标定原理3远距离小源法 当被测目标在热像仪中的像未充满仪器视场时，通常使用远距离小源法定标。 把定标黑体源置于离开热像仪足够远的距离上，使它处于热像仪的视场范围之内，但并未充满视场，测量目标的辐照度。 红外热像测温的影响因素目录 红外热像测温的影响因素444 概述111 红外图像增强处理5 红外热像仪测温原理2 红外热像仪辐射定标的基本原理30.76m1000m 测温的影响因素413m “大气窗口”能在较宽的范围内提供最佳功能，达到良好的测温要求 主要用于低温及远距离的测温 35m 短波窗口814m 长波窗口测温的影响因素4 作为窄谱辐射成像测量设备的热像测温系统，由

6、于受各种因素的影响，直接影响了红外热像仪对温度的精确测量，也影响了热像仪在一些领域中的应用。 主要影响因素有被测表面的发射率，反射率，大气温度，环境温度，测量距离和大气衰减度等。 大气吸收是影响测温精度的因素之一，热像仪特性、目标特性、测量距离等因素也直接影响了测温的准确性。为了实现温度的精确测量和便于操作，在热像系统中大多数热像仪实现的精度补偿有： 镜头视场外的辐射补偿测温的影响因素4不同操作温度下的补偿热像仪内部的漂移和增益补偿 发射率 是影响红外热像仪测温精度的最大不确定因素。发射率受表面条件、形状、波长和温度等因素的影响。要想得到物体的真实温度，必须精确的设定物体的发射率值。测温的影响

7、因素4不同材料性质的影响表面状态的影响温度的影响 不同的表面形态首先影响到反射率，从而影响到发射率。材料的种类和粗糙的程度直接影响到发射率。表面粗糙度对金属材料的发射率影响比较大。对非金属的电介质材料影响较小或根本无关。4.1 发射率 室内测量时，周围高温物体等的反射光也会影响待测物体温度的测量结果； 室外主要的背景噪声是阳光的直接辐射、折射和空间散射。因此在测温时必须考虑各种影响因素 采取的基本对策如下：(1) 在待测物体附近设置屏蔽物，以减少外界环境的干扰。(2) 准确对准焦距，防止非待测物体的辐射能进入测试角。(3) 室外测量时，选择晚上或有云天气以排除日光的影响。(4) 通过制作小孔或

8、采用高发射率的涂料等方法使发射率提高，使之接近于1。测温的影响因素44.2 背景噪声 空气中的水、二氧化碳、臭氧、一氧化碳等均吸收红外线。 根据仪器自身的适应性和实际的工作环境，主要考虑水蒸汽对测温精度的影响。测温的影响因素44.3 光路被吸收的影响 当待测温度低于常温时，由于红外透镜自身存在一些不可避免的影响因素，使得环境温度变化的影响甚至大于信号变化的影响。 尽管仪器设计中采取了某种补偿措施，但当环境温度高于规定值时，使用仪器时必须冷却仪器，使之维持恒定的温度。测温的影响因素44.4 热像仪稳定性的影响 由于非100%反射或透射，因此对于热像仪本身的辐射主要由光学元件(如平面镜、透镜)对辐

9、射的衰减产生。 测温的影响因素44.5 对热像仪本身发出的辐射的补偿 红外图像增强处理目录 红外图像增强处理555 概述111 红外热像仪测温原理2 红外热像仪辐射定标的基本原理3 红外热像测温的影响因素4图像的增强5分辨率低、分辨能力差；红外图像对比度低、图像边缘模糊、视觉效果差、清晰度低于可见光图像；红外图像的信噪比比普通图像低；探测单元的响应特性不一致、光机扫描系统缺陷等原因，造成红外图像的非均匀性，体现为图像的固定图案噪声、串扰、畸变等；红外图像表征景物的温场分布图，是灰度图像。基于以上问题主要处理方法有 图像的非均匀性校正 中值滤波 伪彩色处理图像的增强5.1 红外图像的非均匀性校正

10、5基于场景校正基于参照源校正校正算法一点温度校正法两点温度校正法多点温度校正法根据理论分析和测量统计结果可知探测元的响应曲线为“S”型的非线性分布图像的增强5.1 红外图像的非均匀性校正5曲线分段越细，点越多，校正越有效，图像质量大大提升。每个探测器单元的校正方程应为：图像的增强5.2 中值滤波5 中值滤波是一种非线性信号处理方法。该方法可以克服线性滤波器图像细节模糊的缺点。该算法复杂度不大，运算量较小，适合用于硬件实现以满足实时处理的要求。因此人们大都将中值滤波算法应用到红外图像处理中。 中值滤波首先选择一个窗口W，该窗口含有奇数个点，将这个窗口在图像上进行扫描，并且把该窗口中所含的像素点按灰度级的升(或降)序排列，取位于中间的灰度值，来代替该点的灰度值。图像的增强5.3 图像的伪彩色处理5 为了提高人眼对图像的细节分辨能力，以达到图像增强的目的.伪彩色的增强灰度分层法灰度级彩色变换法频率滤波法 将灰度图像或者单色图像的各个灰度级匹配到彩色空间的一点，从而使单色图像映射成彩色图像，对灰度图像中不同的灰度级赋予不同的彩色。 灰度级彩色变换法是伪彩色技术中常用的一种映射方法。它将三基色线性组合，对于连续的灰度能产生连续的彩色。红绿蓝是色彩中的基本色调，在彩色图像中，根据这三色所在比重的不同呈现出不同的彩色效果。图像的增强5.3 图像的伪彩色处理5总结6 本文从红外