距离及视场角对近红外热像仪精度影响的研究

摘要

近红外热像仪由于成本低、响应快、能够提供温度场信息等特点，已成为近年来高温检测领域的研究热点。但是，现有近红外热像仪的光路系统难以实现在同一台仪器上接收不同波长的温度场图像，因此不能在线实现多波长测温或比色测温，故不能同时测出物体发射率与真温，抗干扰能力差;此外，现有的热像仪没有补偿因实际安装与标定时目标距离和视场角不一致所引起的误差，使用精度比较低。
　　本文针对上述问题，建立了一套可以实现多路信号采集的近红外面阵CCD测温仪光路系统，对影响测量精度的目标距离和视场角两个因素建立了误差补偿模型，并对模型进行了实验验证。首先基于辐射测温的基本原理，利用法兰盘分光技术，对一套近红外面阵CCD测温仪的光路系统的各组成部分进行了详细的分析，并对系统的各部分器件进行了选型。然后为提高测温精度，本文依据几何光学和红外辐射测温理论，分析研究了目标距离和视场角对测温的影响，推导出温度测量误差与目标距离和视场角之间的关系式，从而能够对测量中由目标距离和视场角引起的误差进行补偿。最后，结合搭建的光学实验平台对该补偿模型进行了验证，通过计算补偿后的测量误差，验证了模型的正确性。
　　通过分析，利用法兰盘和近红外面阵CCD组成的测温系统可以实现短时间采集多路信号的目的;对色温为1160K左右的被测物进行实验时，目标距离补偿模型在0.5m-2.5m的物距范围内可将温度相对误差的绝对值控制在0.10％以内;对色温为1293K左右的被测物进行实验时，视场角补偿模型在0°-5°的测试范围内可将温度相对误差的绝对值控制在0.05％以内;对色温为1162K左右的被测物进行实验时，在0°-15°的测试范围内可将温度相对误差的绝对值控制在0.82％以内。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的意义

1．2 图像测温的国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 研究内容

第2章 近红外面阵测温仪光学系统的分析

2．1 辐射测温的基本原理

2．1．1 辐射测温的基本概念

2．1．2 辐射测温的基本方法

2．2 近红外面阵测温仪的测温原理

2．3 近红外测温仪分光方案的选择

2．4 测温仪的各部分组成

2．4．1 成像系统与调焦系统的设计

2．4．2 码盘结构的设计

2．4．3 CCD型号的选择

2．4．4 CCD周围电路的分析

2．5 波长选择的初步确定

2．6 本章小结

第3章 距离对近红外面阵测温仪的测量精度影响

3．1 距离对测量精度影响的理论推导

3．1．1 CCD位置固定时距离对轴上点测量精度的影响

3．1．2 CCD位置变化时距离对轴上点测量精度的影响

3．2 温度测量的距离补偿公式实验验证

3．3 本章小结

第4章 视场角对近红外面阵测温仪的测量精度影响

4．1 视场角对测量精度影响的理论推导

4．1．1 物空间中视场角与测量精度之间的理论推导

4．1．2 像空间中视场角与测量精度之间的理论推导

4．2 温度测量的视场角补偿公式实验验证

4．2．1 基于热像仪的实验验证

4．2．2 基于CCD相机的实验验证

4．3 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢