基于CCD图像传感器的高温温度场非接触软测量研究

摘要

基于CCD(电荷耦合器件)图像传感器的非接触高温温度场软测量方法将CCD技术、数字图像处理技术与传统辐射测温方法相结合，能够实现快速、准确的高温场测量，显著提高测量技术水平，因而成为高温检测领域近年来的研究热点。本文在研究分析CCD辐射测温的研究历史和现状的基础上，通过深入的理论分析与大量的实验研究，提出了一种新型的基于CCD图像传感器的高温场软测量方法。取得了如下的研究成果： 1．提出了一种新型的含有CCD响应带宽校正系数和发射率校正系数的比色测温公式。以此为基础构建的高温场软测量系统可以减少CCD光谱响应特性非理想和被测辐射体发射率变化带来的测量误差。 2．提出了利用黑体炉实验标定CCD响应带宽校正系数、利用现场实验标定发射率校正系数的方法。实验表明，该方法能有效地减小测温误差，具有较强的实用性。 3．提出了一种基于高温辐射体颜色信息的图像目标识别方法。通过对红、绿基色图像分别进行分割来减小甚至消除高温辐射体图像的各种噪声，然后综合红、绿基色图像分割结果实现高温辐射体的准确识别，并运用数学形态学方法对分割结果进行后处理以消除游离点和孔洞，使图像边缘平滑。实验表明，该方法可以快速有效地实现高温辐射体的正确识别。 4．通过理论推导和实验研究指出，在摄像头前加中性滤光片可以扩大CCD的测温范围，但是扩大的程度有限，且测温下限随滤光片透过率的减少而上升。 5．提出利用调节光圈和快门组合的方法扩大CCD的测温范围，并通过实验验证了该方法的有效性。 6．在研究测温系统标定实验原理的基础上，提出了标定实验方案，研发了标定实验系统和基于CCD的高温场软测量实验系统，并完成了对测量系统的标定。 7．在上述工作的基础上，利用基于CCD图像传感器的高温场软测量系统对工业现场的高温熔体进行了测温实验。实验结果表明，所研发的高温场软测量系统测温精度较高，具有较强的实用性和推广价值。

目录

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第一章绪论

1.1研究目的与意义

1.2基于CCD的辐射测温研究现状

1.2.1单色测温法的研究现状

1.2.2比色测温法的研究现状

1.2.3三色测温法的研究现状

1.3辐射测温主要产品及其应用简述

1.3.1火焰检测器

1.3.2红外热成像仪

1.3.3基于CCD的回转窑温度测量系统

第二章彩色CCD比色测温方法

2.1比色测温原理

2.1.1基本概念与热辐射定律

2.1.2测温原理

2.2基于彩色CCD的比色测温方法

2.2.1彩色CCD成像原理

2.2.2基于彩色CCD的比色测温原理

2.2.3 CCD比色测温的误差分析

2.2.4测温误差的校正方法

第三章辐射测温中的图像目标识别技术

3.1基于辐射体亮度信息的图像目标识别方法

3.1.1基于自适应分割阈值的高温辐射体识别方法

3.1.2基于Bubble小波分析的高温辐射体识别方法

3.2基于辐射体颜色信息的图像目标识别方法

3.2.1高温辐射体图像的噪声分析

3.2.2高温辐射体图像的分割方法

3.2.3图像分割结果的后处理

3.3实验结果

第四章彩色CCD比色测温系统

4.1彩色CCD比色测温系统的构成

4.1.1光学系统(镜头)

4.1.2 CCD摄像机

4.1.3图像采集卡

4.1.4计算机

4.1.5图像处理软件

4.2测温范围的扩增

4.2.1使用中性滤光片扩大测温范围

4.2.2调节光圈快门组合扩大测温范围

4.3测温系统的标定与实验误差分析

4.3.1标定实验

4.3.2实验结果及其误差分析

4.4测温实验

4.4.1黑体炉测温实验

4.4.2现场测温实验

第五章结论与建议

5.1结论

5.2建议

参考文献

致 谢

攻读硕士学位期间主要的研究成果