[发明专利]一种基于超高温瞬态目标多光谱温度场测量装置及其温度测量方法

权利要求书

1.一种基于超高温瞬态目标多光谱温度场测量装置的温度测量方法，其特征在于，所述测量装置包括多光谱成像CCD测量装置(1)和工控机(2)，多光谱成像CCD测量装置(1)与工控机(2)相连接，多光谱成像CCD测量装置(1)内包括CCD探测器(3)、物镜(9)、动镜(8)、定镜(7)、环形镜(6)、目镜(5)、滤光片(4)，衰减片是在物镜(9)之前；

所述CCD探测器(3)、物镜(9)、动镜(8)、定镜(7)、环形镜(6)、滤光片(4)依次设置在一条直线上，所述目镜(5)配合环形镜(6)使用；

所述温度测量方法包括如下步骤：

步骤1：将测量系统的物镜(9)的一端对准黑体炉，获得标定参数；

步骤2：打开多光谱成像CCD测量装置的光学镜头对准被测目标，进行不断拍摄以获取被测目标的灰度信息；

步骤3：基于Drude模型，推导材料发射率的理论模型，生成多种材料的发射率数据库；

步骤4：根据步骤2所测灰度信息与步骤3相关材料的发射率，建立被测目标的真实温度模型；

在金属介质中，电子不受原子核束缚而成为自由电子，失去洛伦兹模型中电子简谐振动的恢复力，即Kx＝0；电子的运动方程为：

令电子简谐振动的阻尼系数：

式中N_f——每立方厘米的自由电子数量；

σ₀——介质的直流电导率(S/m)；

运动方程的解为：

由ω＝2πυ＝2πc/λ，σ₀＝N_fe²λ₀/2πc，λ₀为德鲁德单电子理论的松弛波长，则金属复介电函数也可表示为：

所以，光学常量n、k与导体介电函数的关系为：

假设材料的折射率n和消光系数k不随着介质深度变化，则与介质表面法线夹角θ方向的反射率：

式中

对于法向入射光，θ₁＝θ₂，对于非偏振的法向入射光的反射率为：

对于非透明介质，应用Kirchhoff定律：

ε'_λ＝α'_λ＝1-ρ'_λ       (10)

在色散理论中，复介电函数ε＝ε′-iε″，当假设材料表面由谐振子组成，并与电磁波相互作用，复介电函数与复折射率的关系式为ε＝m²，折射系数n与消光系数k与复介电函数的实部与虚部的关系式为：

式中ε′——复介电函数的实部，ε′＝ε/ε₀；

ε″——复介电函数的虚部，ε″＝σ_e/2πνε₀；

ε₀——真空介电常数值；

σ_e——材料电导率；

通过菲涅尔方程可以得到不同金属的发射率；采用随机森林模型中用于材料发射率模型多个参数进行学习，最终建立基于材料辐射机理的发射率模型识别算法；采用随机森林的回归预测功能，所建模型最后输出预测值为：

如果多波长温度计有n个通道，则第i个通道测得的亮温T_i与目标真温T的关系为：

将根据随机森林算法的发射率识别模型代入式(14)，联立各波长得到多光谱测温模型：

2.根据权利要求1所述一种基于超高温瞬态目标多光谱温度场测量装置的温度测量方法，其特征在于，多个所述滤光片(4)安装在分光孔径光阑上，当前滤光片(4)与物镜(9)在一条直线上。

3.根据权利要求1项所述一种基于超高温瞬态目标多光谱温度场测量装置的温度测量方法，其特征在于，所述步骤2中被测目标的光谱包含可见光和近红外波段，300nm-900nm。

4.根据权利要求1所述一种基于超高温瞬态目标多光谱温度场测量装置的温度测量方法，其特征在于，所述步骤2根据被测目标的灰度值进行亮温值计算，以获取多种不同波长下的亮温值，通过下式获取多光谱下的目标的亮温值：

其中，G_n为被测目标在n个通道上的灰度值，n为通道数，n为大于1的整数，A_n和B_n为n个通道的标定参数，T_n为被测目标在n个通道上的亮温值。