[发明专利]一种RAW图像辐射测温装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及辐射图像测温技术，具体为一种RAW图像辐射测温装置及其方法。

背景技术

基于多光谱比色原理的辐射图像测温方法原理简单(CN101476939，一种双CCD温度场测量装置及方法；CN200920107971，一种基于彩色CCD的多谱色辐射测温装置；CN201210417758，一种测量目标真实温度的辐射测温方法和仪器)，制约其推广应用的瓶颈在于测量元件的动态响应范围，主要涵盖两个方面：1)响应火焰亮度梯度变化，即兼顾信号过强和过弱，由各谱色通道相对量限定；2)响应不同温度下火焰辐射，即适应燃烧工况的变化，由各谱色通道绝对量限定。

CCD图像传感器被广泛用来获取火焰辐射图像，其动态响应范围主要决定于快门速度(曝光时间)和白平衡两项参数。相关研究通过设置白平衡增益组合来获得动态响应范围更宽的火焰图像检测能力，如中国专利ZL01106579.6公开的一种炉膛燃烧温度图像检测方法；中国专利CN200710202226公开的一种高动态范围图片撷取装置及方法，则利用多快门图像软件合成来实现高动态范围的图片拍摄。

随着CCD硬件水平和图像处理技术的发展，RAW格式图像数据开始受到广泛关注，如中国专利CN201010238438所公开的基于数码相机的图像亮度计及其测量方法，就是利用RAW图像来测量场景亮度；又如中国专利CN200810082245所公开的图像捕获设备和图像处理方法。RAW图像就是CMOS/CCD图像传感器将捕捉到的光源信号转化为数字信号的原始数据，存储为CFA彩色滤波数组，数据位数一般为12或14位(由A/D转换电路决定)。与jpeg或bmp图像相比，RAW图像不受色彩空间、锐化值、白平衡、对比度、降噪等相机设置的影响，保留了被测对象原始辐射信息，更适合用于辐射图像测温分析。RAW数据的高位数能够扩展各谱色通道的数值范围，从而改善其相对分布，但在各谱色绝对量限定上，测温过程仍然受到相机快门速度的制约。并且传统的辐射图像测温方法中，需要对每个相机快门速度分别进行标定，并拟合得到不同快门速度下的标定常数，而且测量时所选快门速度必须与标定过程的一致，这极大增加了标定过程的复杂性，制约了辐射测温方法的应用范围。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种标定简单，高精度，宽动态范围的RAW图像辐射测温装置及方法。

本发明是通过以下技术方案来实现：

本发明一种RAW图像辐射测温方法，包括如下步骤，

1)RAW图像采集及保存；从CCD摄像机中输出RAW格式图像数据，经线性插值后，保存为真色彩RGB图像；

2)数据处理；根据RAW格式图像数据计算得到RAW图像灰度信号，根据RAW图像灰度信号设置CCD摄像机曝光时间，并记录保存曝光时间信号；从真色彩RGB图像中提取各通道谱色值；由谱色值与曝光时间的比值得到图像检测数据；

3)黑体炉标定；通过黑体炉标定图像检测数据与黑体炉的入射辐射强度之间的转换比例系数，得到作为标定常数的转化比例系数；

4)图像温度及辐射率计算；通过CCD摄像机连续采集辐射图像，提取每个像素R、G或B中任意两个通道的谱色信号和曝光时间信号；由标定常数修正为对应提取的两个基色波长下的单色辐射强度信号，根据比色测温原理计算得到图像温度及辐射率。

优选的，步骤1)中，CCD摄像机图像输出选择为Bayer-RGGB模式，线性插值采用如下公式：

P_red＝R P_green＝(G₁+G₂)/2 P_blue＝B

式中，(P_red,P_green,P_blue)为真色彩图像中每个像素RGB通道谱色值；(R,G₁,G₂,B)为RAW图像中CFA彩色滤波数组。

优选的，步骤2)中，调整CCD摄像机曝光时间的依据为保证图像平均灰度处于控制范围内，如下公式所示：

式中，G(i,j)为像素单元(i,j)对应的灰度信号；L、W为CCD摄像机靶面尺寸；S为CCD摄像机曝光时间，单位为ms；G_min、G_max为灰度信号控制范围。

优选的，步骤3)中，利用黑体炉标定获得如下3个转换比例系数：