一种红外热成像测温方法及装置

技术领域

本发明涉及一种红外热成像测温方法及装置，属于红外测温技术领域。

背景技术

红外热成像测温系统由于其远距离、非接触、多目标、高精度等特点，可用于在人流中快速对人体表面温度超过某特定温度的人员进行识别，在流行性传染疾病的防控中发挥了重要作用。

自然界一切温度高于绝对零度(-273.15℃)的物体，由于分子的热运动，都在不停地向周围空间辐射包括红外波段在内的电磁波，其辐射能量密度与物体本身温度的4次方成正比。微小的温度变化会引起明显的辐射能量变化，因此利用红外辐射测量物体温度的灵敏度很高。

红外热成像摄像机可以在不接触测量物体的情况下接收被测物体的热辐射，并换算出北侧物体的表面温度。由于实际进入红外热成像摄像机的热辐射不仅有目标的自身辐射，还有反射环境的热辐射和大气辐射，直接使用红外热成像摄像机测温的方法受到许多因素的影响，测温精度只有±1℃。

为了能较好的消除环境和大气辐射对测量精度的影响，已有的红外热成像测温系统在红外热成像摄像机的视野范围内，增加一个外置黑体辐射源作为红外热成像仪的基准温度点，对测量温度实时进行校正，该系统如图1所示，可将人体温度测量精度提高到±0.3℃，从而满足流行性传染疾病防控的体温筛检要求。

黑体辐射源是一种专门用来对红外测温仪器进行定标和性能测试的标准温度传递装置。黑体辐射源由恒温腔体、加热和冷却元件、测温传感器、PID温度控制器等部件组成。通过测温传感器获取面黑体辐射源的实际温度，将信号传递给PID温度控制器，PID温度控制器会将温度信号进行放大以及转换，通过内部的微型计算机进行解析比对，产生控制信号，将该信号进行转换，控制功率电路、加热和冷却元件对恒温腔体进行加热或冷却，完成对黑体辐射源工作温度的调节，达到±0.01℃的准确度和±0.01℃/30分钟的稳定性。因此黑体辐射源的成本比红外热成像摄像机的成本还高，使现有红外热成像测温系统的成本居高不下。

发明内容

本发明的目的是提出一种红外热成像测温方法及装置，对已有的红外热成像测温装置进行改进，无需使用黑体辐射源，使用参考体、温度传感器和温度测量仪代替现有红外热成像测温装置中的黑体辐射源，以降低温度测试成本。

本发明提出的红外热成像测温方法，包括以下步骤：

(1)使用标准黑体辐射源对红外热成像摄像机进行标定，即测量黑体辐射源在不同温度时，红外热成像摄像机从该黑体辐射源获取与不同温度相对应的视频图像的灰度值，建立黑体辐射源温度与视频图像灰度值的关系曲线，得到红外热成像摄像机的温度-灰度定标曲线，将该温度-灰度定标曲线存储到数据处理器中；

(2)红外热成像摄像机分别获取被测物和参考体的视频图像，输出与被测物和参考体的视频图像相对应的被测物灰度值G

(3)温度传感器测量参考体的温度T

(4)数据处理器读取来自红外热成像摄像机的被测物灰度值G

(5)数据处理器根据步骤(1)的红外热成像摄像机的温度-灰度定标曲线，将步骤(4) 的灰度差ΔG转换为温度差ΔT；

(6)数据处理器根据来自温度传感器测量的参考体测量温度T

本发明提出的红外热成像测温装置，包括：

红外热成像摄像机，用于把被测物、参考体及周围环境背景发射出的红外线转换为被测物和参考体的视频图像，并将被测物和参考体的视频图像通过网络接口传送给数据处理器；

参考体：用于为红外热成像测温装置提供被测物体的参考温度；

温度传感器：用于将参考体的温度转换为模拟电信号，通过导线将模拟温度信号传送给温度测量仪；

温度测量仪：用于将温度传感器输出的模拟信号转换为数字信号，通过RS485接口传送给数据处理器；

数据处理器：用于计算、处理和显示红外热成像摄像机的测量数据，从红外热成像摄像机输出的视频图像中提取被测物灰度值和参考体灰度值，计算出被测物和参考体之间的灰度差；然后根据灰度-温度转换曲线，得到被测物表面与参考体表面的温度差；最后将温度差与温度测量仪输出的参考体温度测量值相加，计算得到被测物体表面的实际温度测量值，并在视频图像中的被测物体上显示。

本发明提出的红外热成像测温方法及装置，其优点是：

本发明的红外热成像测温方法和装置，使用参考体、温度传感器和温度测量仪代替现有红外热成像测温装置中的黑体辐射源，无需使用黑体辐射源，利用高精度温度传感器和温度测量仪测量参考体温度，将参考体表面的实际温度传递给红外热成像测温装置中的计算机，对红外热成像测温装置实时进行校正，可实现±0.1℃的人体温度测量精度。由于红外热成像测温装置无需使用恒温黑体辐射源，大幅度降低了红外热成像测温装置的成本，有效解决了现有红外热成像测温方法及装置成本高、体积大、使用和维护复杂等一系列实际问题。

附图说明

图1已有的红外热成像测温装置的结构示意图。

图2是本发明提出的红外热成像测温方法的流程框图。

图3是本发明提出的红外热成像测温装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明提出的红外热成像测温方法，其流程框图如图2所示，包括以下步骤：

(1)使用标准黑体辐射源对红外热成像摄像机进行标定，即测量黑体辐射源在不同温度时，红外热成像摄像机从该黑体辐射源获取与不同温度相对应的视频图像的灰度值，建立黑体辐射源温度与视频图像灰度值的关系曲线，得到红外热成像摄像机的温度-灰度定标曲线，将该温度-灰度定标曲线存储到数据处理器中；

(2)红外热成像摄像机分别获取被测物和参考体的视频图像，输出与被测物和参考体的视频图像相对应的被测物灰度值G

(3)温度传感器测量参考体的温度T

(4)数据处理器读取来自红外热成像摄像机的被测物灰度值G

(5)数据处理器根据步骤(1)的红外热成像摄像机的温度-灰度定标曲线，将步骤(4) 的灰度差ΔG转换为温度差ΔT；

(6)数据处理器根据来自温度传感器测量的参考体测量温度T

本发明提出的红外热成像测温装置，其结构如图3所示，包括：

红外热成像摄像机，用于把被测物、参考体及周围环境背景发射出的红外线转换为被测物和参考体的视频图像，并将被测物和参考体的视频图像通过网络接口传送给数据处理器；

参考体：用于为红外热成像测温装置提供被测物体的参考温度；

温度传感器：用于将参考体的温度转换为模拟电信号，通过导线将模拟温度信号传送给温度测量仪；

温度测量仪：用于将温度传感器输出的模拟信号转换为数字信号，通过RS485接口传送给数据处理器；

数据处理器：用于计算、处理和显示红外热成像摄像机的测量数据，从红外热成像摄像机输出的视频图像中提取被测物灰度值和参考体灰度值，计算出被测物和参考体之间的灰度差；然后根据灰度-温度转换曲线，得到被测物表面与参考体表面的温度差；最后将温度差与温度测量仪输出的参考体温度测量值相加，计算得到被测物体表面的实际温度测量值，并在视频图像中的被测物体上显示。

图2所示的红外热成像测温装置，包括红外热成像摄像机、参考体、温度传感器、温度测量仪和数据处理器。红外热成像摄像机通过10M/100M自适应网口与计算机连接，温度传感器插入参考体的测温孔内，并通过导线与温度测量仪相连，温度测量仪通过RS485 接口与数据处理器相连。

本发明红外热成像测温装置的工作原理是：

红外热成像摄像机将被测物、参考物及周围环境背景发射出的红外线转换为可见光视频图像后传送给数据处理器，数据处理器从视频图像中分别读取被测物灰度值和参考体灰度值，并计算出被测物和参考体之间的灰度差；数据处理器将灰度差与存储在数据处理器中的灰度-温度转换曲线对比，将被测物和参考体之间的灰度差转换为温度差；最后将温度差与温度测量仪输出的参考体温度测量值相加，就可计算出被测物体表面的实际温度测量值，并显示在视频图像中的被测物体上。

本发明提出的红外热成像测温装置的一个实施例中，红外热成像摄像机采用氧化钒非制冷型探测器，通过10M/100M自适应网口与数据处理器连接；参考体材料采用100mm×100mm的紫铜板，外表面用粗金刚砂喷丸在其表面打出均匀的坑凹，使其具有漫反射性能，经氧化发黑处理，烘烤后去除油污并喷图高发射率无光黑漆，提高靶面的有效发射率；温度传感器采用铂电阻温度传感器；温度测量仪采用厦门宇电自动化科技有限公司的AI-500型智能化测量报警仪表，通过RS485接口与数据处理器相连。数据处理器使用富士康15 寸工业平板电脑。

综上所述，本发明提出的红外热成像测温装置，使用参考体、温度传感器和温度测量仪代替现有红外热成像测温装置中的黑体辐射源，利用高精度温度传感器和温度测量仪测量参考体温度，将参考体表面的实际温度传递给红外热成像测温装置中的数据处理器，对红外热成像测温装置实时进行校正，可实现±0.1℃的人体温度测量精度。由于红外热成像测温装置无需使用恒温黑体辐射源，大幅度降低了红外热成像测温装置的成本，有效解决了现有红外热成像测温方法及装置成本高、体积大、使用和维护复杂等一系列实际问题。