红外热成像系统测温算法及温度漂移补偿研究

摘要

红外辐射测温技术作为一种非接触温度测量方法，广泛应用于军事和民用领域。随着红外热成像技术的应用和发展，很多应用场合对红外测温精度的要求越来越高，然而红外辐射测温受到被测物体发射率、测量距离、红外热成像系统自身等因素的影响导致测温精度较低，并且测量温度随着工作环境及时间的变化会发生温度漂移，难以满足高精度测温的应用需求。因此，需要通过分析这些影响因素的作用规律，建立测温和影响因素补偿的模型，进而提高红外热成像系统的测温精度，这对促进红外热成像系统的应用和发展具有十分重要的意义。
　　 本文首先介绍红外辐射测温的基本定律，推导辐射测温的数学表达式，并分析物体发射率、测量距离等对辐射测温的影响，并给出减小这些因素测温误差的方法。
　　 其次由于红外探测器的非均匀性对红外测温影响较大，为了减小红外热成像系统的测温误差，本文重点分析了红外焦平面阵列探测器的非均匀性定义及分类，然后对空间固有非均匀性进行典型的两点校正算法和‘S'型非均匀性校正算法研究，在此基础上建立相应的线性和非线性温度测量算法，并给出温度测量算法的实现步骤。
　　 红外焦平面阵列的响应漂移是限制提高红外热成像系统测温精度的又一大影响因素，而典型的非均匀性校正方法并不能有效消除漂移的影响。故为了减小响应漂移的影响，本文对红外探测器的响应漂移进行深入研究，在此基础上建立漂移补偿模型，并给出漂移补偿的实现步骤。
　　 最后介绍算法的测试平台和环境。重点给出非均匀性校正、温度测量算法和漂移补偿算法在该平台上的测试过程。实验结果表明:本文提出的温度测量算法具有较高的温度测量精度，漂移补偿算法能有效地补偿探测器的响应漂移。

目录

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摘要

插图清单

第一章 绪论

1．1 红外热成像技术的概述

1．2 红外热成像测温的研究意义

1．3 红外热成像测温的研究现状

1．4 红外热成像测温的主要内容

第二章 红外热成像测温原理

2．1 红外热成像系统的组成

2．2 红外热辐射基本定律

2．3 红外热辐射测温

2．4 测温精度的影响因素

2．4．1 物体发射率

2．4．2 测量距离

2．4．3 红外热成像系统的影响

2．5 本章小结

第三章 红外热成像系统的温度测量算法研究

3．1 红外探测器的响应非均匀性分析

3．1．1 非均匀性的表现形式及定义

3．1．2 非均匀性的分类

3．2 温度测量算法研究

3．2．1 线性测温算法

3．2．2 非线性测温算法

3．2．3 漂移补偿的非线性测温算法

3．3 温度测量算法的实现步骤

3．4 本章小结

第四章 红外热成像系统的温度漂移补偿算法研究

4．1 漂移的表现形式

4．2 漂移的规律

4．3 漂移补偿方法研究

4．3．1 漂移模型

4．3．2 漂移的补偿模型

4．4 漂移补偿的实现步骤

4．5 本章小结

第五章 测温及漂移补偿算法的实验分析

5．1 实验系统概述

5．1．1 红外热成像系统的介绍

5．1．2 黑体标定系统

5．1．3 测温的数据处理流程

5．2 算法实验分析

5．2．1 非均匀性校正实验分析

5．2．2 温度测量实验分析

5．2．3 漂移补偿实验分析

5．3 测温实验效果

5．4 本章小结

第六章 结束语

致谢

参考文献

附录 在研期间所参与的科研项目和发表的论文