[发明专利]一种通过图像分割修正表面发射率的红外热成像测温方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种红外测温方法，尤其涉及一种通过图像分割修正表面发射率的红外热成像测温方法。 

【背景技术】

由于红外热成像测温技术具有测温速度快、测温面积大、分辨率高、非接触、不干扰被测表面温度场等优点，被广泛应用于工业加工、遥感探测、医疗诊断、防盗安全、无损检测等众多领域。红外热成像测温技术将目标对象表面视为辐射特性均匀的灰体，将整个目标对象表面的发射率视为0～1的某个定值，然后根据普朗克定律可以得到待测物体的表面温度。由于实际物体几乎不能视为理想灰体，其表面发射率情况相当复杂，不仅受材料、表面粗糙度、温度、氧化度、颜色、厚度等因素影响，一些其它因素，如表面沉积物等也会影响物体的发射率。例如，对于熟铁，当表面状况为毛面，温度为300K时，发射率为0.94；当表面状况为抛光，温度为310K时，发射率仅为0.28。对物体表面发射率的简单假设是造成红外热像仪测温结果不准确的主要因素。 

在红外测温中，为减小发射率对测量精度的影响，一般采用以下方式修正目标对象表面的发射率： 

方式一，查阅红外数据手册，选择较符合理想情况的发射率参数； 

方式二，用点温计或热电偶对红外热像仪的发射率参数进行修正；采用此方式时，要求所用的红外热像仪为发射率参数可调的； 

方式三、在目标对象的表面取两个面积相等的而元，在一个面元上涂上已知发射率的涂料，通过测量两个面元的温度值，并进行比较，从而可以得到被测对象表面的发射率； 

方式四，在目标对象表面涂上已知发射率的涂料，利用涂料已知的发射率，可以实现目标对象表面的温度测量。 

对于方式一，由于一般手册仅根据材料种类的不同对物体发射率做简单分 类，而如前所述，物体表面的发射率与多种因素有关，即使对于同一材料，表面粗糙度、制造工艺、表面洁净度、氧化程度等因素都会对发射率造成影响，因此，根据手册得到的发射率参数可做一定参考，但据此得到的红外测温结果肯定存在误差；采用方式二或方式三对发射率修正时，如果目标对象的表面情况复杂，导致同一平面不同区域内的辐射特性存在较大变化，此时，只有在采用点温计或热电偶进行发射率校正的地方或者小面积涂层处的测温结果接近目标对象的实际温度，在测温表面的其他区域存在较大误差；在方式四中，首先要求对目标对象表面进行大面积涂层，而在很多实际测温场合中，并不允许对目标对象做此处理，并且在大面积测量中，该方式存在很大不便。综上，利用红外热像仪进行辐射测温时，鉴于发射率的影响，当目标对象的表面结构复杂，不同区域的材料发射率差异较大时，测温结果将存在较大误差。 

【发明内容】

本发明结合红外热像仪工作原理，针对红外测温中由于发射率估计不合理导致的测温误差，公开一种通过图像分割修正表面发射率的红外热成像测温方法；该方法使得测温表面辐射特性不同的各个区域均得到与实际情况相吻合的发射率修正，从而提高了红外热成像的测温精度。具体测温过程分为如下四个步骤： 

步骤一、获取目标对象表面的红外图像，并对红外图像进行预处理； 

根据对测量精度以及红外图像分辨率的要求，选择合适的拍摄距离，保证所拍摄红外图像能够覆盖目标对象的大部分区域，调节红外热像仪的焦距、光圈，从而得到目标对象的清晰的红外图像； 

由于红外图像具有对比度低、信噪比低等特点，为了降低后续图像分割的难度，提高图像分割的效率，因此，首先对获取的红外图像进行平滑滤波、图像增强、图像缩放、直方图均衡化等预处理； 

步骤二、基于特征识别对图像进行区域分割； 

将步骤一获取的预处理后的红外图像进行区域分割；针对目标对象物面结构和所拍摄红外图像的特点，选择合适的图像区域分割方法，根据图像像素灰度值的相关性把图像分割成若干区域，同一区域内像素点的灰度值接近，相关 性较大，可以反映目标对象的表面发射率参数的区域一致性；对图像进行区域分割时借助matlab自带的图像处理函数，可以采用边缘检测、阈值分割、区域增长、分水岭等图像分割算法，结合具体测量精度的要求确定图像特征区域分割的精细程度及相应图像分割算法；通过对图像特征的区域分割，完成图像及目标对象表面不同发射率区域的区分，下一步根据分割结果进行发射率修正； 

步骤三：基于步骤二对目标对象红外图像的分割结果，测定目标对象表面对应各区域的发射率，修正红外图像； 

根据步骤二中目标对象红外图像区域分割的比例和相对位置，利用发射率测定仪测量各部分的红外波段发射率，所用发射率测量仪的测量波段为所用红外热像仪的工作波段；