[发明专利]基于高速成像技术的瞬态温度场测试方法及其测试系统

权利要求书

1.一种基于高速成像技术的瞬态温度场测试方法，其特征在于，利用彩色高速摄像机（4）对温度测量的时间分辨率为10^-5s，测温范围为1200-3300摄氏度的瞬态温度场（1）进行测量，得到温度分布的渲染图像及相关温度特征参数，具体包括以下步骤：

步骤1：利用高温黑体炉，对彩色高速摄像机（4）、镜头（3）及中性密度滤光片（2）的组合进行标定，同时进行相机拍摄过饱和的抑制，获取多段图像RGB灰度值对应温度的转换模型及其相对应的彩色高速摄像机（4）、镜头（3）及中性密度滤光片（2）的设定参数；

步骤2：依据所要分析的瞬态温度场（1）预估的温度范围，选择相应的彩色高速相机（4）、镜头（3）及中性密度滤光片（2）设定参数，之后应用彩色高速摄像机（4）拍摄瞬态温度场（1）的视频；

步骤3：对瞬态温度场（1）视频的每帧图像进行图像预处理，除去异常的数据点的同时将温度区域与背景分割，并提取出有效的温度场；

步骤4：针对图像分割所得到的有效温度场，将其每个像素点的R、G、B值带入相对应的温度转换模型，得出每个像素点所表征的温度值，进而得到整个有效温度场的温度；

步骤5：依据每个像素点所表征的温度值，建立温度分布渲染图像，并对温度场进行统计学分析，得到平均温度、最高温度及其位置、相关的温度曲线。

2.根据权利要求1所述的基于高速成像技术的瞬态温度场测试方法，其特征在于，步骤1中对彩色高速摄像机（4）、镜头（3）及中性密度滤光片（2）多元融合的标定方法为：

针对瞬态高温场的温度范围，利用高温黑体炉在1200摄氏度至3000摄氏度的区间内进行分段标定，一段温度区间对应一种彩色高速摄像机（4）、镜头（3）及中性密度滤光片（2）组合的参数设定，参数设定的目的就是保证该温度范围内所采集的标定图像的R通道的灰度值在20至240的区间内；在各段温度区间内，高温黑体炉每升高50摄氏度彩色高速摄像机（4）采集一次黑体图像，直至黑体图像中R通道的灰度值达到240±3，则为该组参数设定方案标定温度区间的上限，之后改变组合设定的参数进行下一个温度段的标定。

3.根据权利要求2所述的基于高速成像技术的瞬态温度场测试方法，其特

征在于：中性密度滤光片（2）选用光线通过率能够多档调节的滤光片，镜头（3）依据所需测量距离的远近能够搭配不同焦距的镜头组合。

4.根据权利要求1所述的基于高速成像技术的瞬态温度场测试方法，其特征在于，步骤1和步骤2中拍摄瞬态温度场（1）过程中相机过饱和的抑制及拓展测温上限的方法：通过调整彩色高速摄像机（4）的曝光时间、镜头（3）的光圈大小、中性密度滤光片（2）的通光率这三个组合的参数设定，使彩色高速摄像机（4）拍摄瞬态温度场（1）的过程中始终工作在非饱和区，并且也提升了彩色高速摄像机（4）的工作区域以及温度的测量上限；同时，对最高温度段标定时应预留部分图像R通道灰度值的上升空间，也就是当黑体炉的温度达到上限时，黑体图像R通道的灰度值应位于180±5，拓展温度测量上限的同时也保证了建立温度转换模型的精度。

5.根据权利要求1所述的基于高速成像技术的瞬态温度场测试方法，其特征在于，步骤1中多段图像RGB灰度值对应温度的转换模型的建立如下：

若该段温度范围内，标定图像R、G、B的灰度值与温度之间存在线性关系，则在该温度段内利用最小二乘法或者神经网络拟合温度-RGB曲线，建立图像RGB值与温度的对应转换模型；若该段温度范围内，标定图像R、G、B的灰度值与温度之间不存在线性关系，则在该温度段内建立图像R、G值与温度的对应转换模型。