红外热像仪中温度测试研究

　　1 引言

　　温度高于绝对零度的有无生命体时刻都在不停地辐射红外线。通过红外探测器接受这些红外线并转换为相应的灰度，进而根据灰度值来得到辐射物的温度和显示其热图像，这种　　非接触式测温能很方便地预防或检测因温度引起的故障，非常具有现实意义。由于被测物表面的发射率及吸收率、被测物温度、测试角度、距离系数、背景辐射、大气发射率及透射率、太阳辐射和风力等诸多因素的影响，使得辐射测温精度不佳。本文根据测温理论模型推导出实际测温的算式，重点分析在辐射测温中，被测物真实温度与环境辐射、大气辐射、物体发射率、辐射波长以及大气温度等之间的关系。

　　2 红外测温流程

　　测温型红外热像仪不仅要输出较清晰的红外热图像，而且还要能够对目标物体的温度进行采集标定，测温流程如下图 1 所示。

　　利用高精度的黑体进行温度标定，得到能反映红外热辐射能量大小的图像灰度与温度的对应关系 Tr=f(G) ;实际测温时，应用上述对应关系，根据目标物体的辐射能对应的灰度值得到物体的辐射温度 Tr;对 Tr进行换算，计算物体的真实温度Tobj;计算误差补偿。

　　3 温度标定

　　从以上测温流程可看出，温度标定是红外测温的基础，对物体温度的计算和误差补偿都是在它的基础上进行的。具体标定主要有两种方法：拟合曲线法和查找表法。

　　3.1 拟合曲线法

　　标定步骤：对于曲线拟合的方法，首先是通过已知准确温度的黑体温度源，测量其对应的灰度值。多次重复测试，得到一组温度与灰度的对应数据，将得到的数据进行拟合运算，确定一条灰度与温度的最近拟合曲线和计算公式，从而完成温度的标定。

　　物体辐射温度的计算：将测得的目标物体的辐射能，代入标定公式，计算得到物体的辐射温度 Tr。

　　拟合曲线法的关键是拟合算法，它直接影响温度标定的精度。常用的拟合算法有最小二乘法和 BP(Back Propagation)神经网络方法。拟合曲线法只要采集部分灰度与温度数据，其他可由拟合曲线运算获得，比较简单易行，但是测量精度略低。

　　3.2 查表法

　　查表法进行温度标定的目的是建立温度与灰度的对应关系表，作为以后测量实际目标的依据。其标定步骤：设置黑体温度源的温度为基准温度，记录此时的基准灰度值;调节黑体的温度，记录温度差△T对应的灰度差值△G ;重复步骤 2，至表格满为止。

　　查表法计算的温度精确度高，但要在红外热像仪设备内存中保存标定表格，空间开销较大。物体辐射温度的计算：在测温仪内存中存储了如下表格：