[发明专利]一种基于高速相机的瞬态高温比色测温装置

说明书

本发明公开了一种基于高速相机的瞬态高温比色测温装置，针对瞬态高温的测量环境复杂、瞬态温度状态难以测量、现有装置的测温量程小等问题，提出了一种量程可达到900～3000k的基于高速相机的瞬态高温比色测温装置。该装置的硬件部分由光学系统、图像采集系统和图像处理系统构成。在触发装置被触发时，被测物体发射出入射光，经过光学系统的中性滤光片的衰减和两个窄带滤光片后，在两个高速相机上形成两幅波长分别为和的图像。通过图像采集卡转换到电脑中，采用了图像去模糊、去烟雾处理后，计算温度图像、显示并存储温度图像。而且本发明采用了HT‑H2700Φ15超高温黑体炉作为标定系统，来标定本发明的测温准确性。

技术领域

本发明属于测温技术领域，具体涉及一种基于高速相机的瞬态高温比色测温装置。

背景技术

近年来，在汽车发动机、火箭发射、工业炉炼钢等高温环境中通常充满了烟雾和灰尘的干扰，为了严格把控实验过程或者观察生产过程，需要观察环境温度的变化，特别是瞬态的温度变化，就需要发展一些测温的装置。而目前的测温装置主要分为两类：一类是接触式热电偶测温装置，另一类为非接触式测温装置。接触式热电偶测温装置的优点在于工作状态更稳定，对温度变化反响灵活；缺点在于热电偶能测量的温度上限只能达到1600k左右，而且量程和响应时间成反比，不适用于测量瞬态高温，并且难以测量等离子体、火焰等常见的高温源。非接触式测温装置的优势在于能够远离高温源，保障人身安全，且温度测量上限不受感温元件耐温程度的限制，因而对最高可测温度原则上没有限制。因此，对于1600k以上的高温，主要采用非接触测温方法。

但是，目前的测温装置还存在以下两个问题：(1)测温量程小，目前市场上的测温装置的测温上限最高只有2000k左右，不能满足实际生产的需求。(2)高温环境通常伴随烟雾、灰尘、蒸汽等因素的影响，但是目前市场上的测温装置并没有考虑到这些影响因素，且没有考虑到测量瞬态温度变化。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是解决瞬态高温测量环境复杂、瞬态温度状态难以测量、现有装置的测温量程小等问题，提供一种基于高速相机的瞬态高温比色测温装置。

实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于高速相机的瞬态高温比色测温装置，包括光学系统、图像采集系统和图像处理系统；所述光学系统固定于镜头中，包括中性滤光片和窄带滤光片；中性滤光片设于窄带滤光片之前；图像采集系统包括高速相机和镜头、图像采集卡和拍摄触发装置，镜头安装在高速相机上，图像采集卡连接到高速相机中，并使用触发装置将高速相机和被测目标连接起来；所述图像处理系统是指在计算机上通过图像采集卡将测温图像传递到计算机中，首先对高温图像进行去模糊、去烟雾处理，再进行高温图像计算、存储和显示。

进一步，所述光学系统接收被测物体发出的入射光，使用中性滤光片衰减进入到镜头的光线，防止过曝，然后光线通过窄带滤光片，将除了特定窄带波段外的光线全部滤除并在高速相机上成像；每帧图像的像素输出值采用如下公式计算：

其中，X是无量纲像素值，η是相对于全域增益的变焦系数，k是变焦系数，Φ是辐射衰减的公式(包括了观察距离、观察角度和透镜的参数)；Δt是曝光时间，F是光圈数,λ_i是窄带滤光片的波长，i＝1,2分别对应波长为λ1和λ2的窄带滤波片，S是光谱灵敏度，I(λ)是每个单位时间到达CCD的波长辐照度的光谱分布，n是高温计暗噪声。

进一步，所述相机成像通过图像采集卡将图像传递到计算机，在计算机上进行图像处理；图像处理时，先判断图像是否模糊，烟雾的浓度，然后选择是否对其进行去模糊去烟雾处理；烟雾的图像模型为：

I(x)＝J(x)t(x)+A(1-t(x))

其中，I(x)是现有的图像，J(x)是要恢复的原无雾图像，A是全球大气光成分，一般按照亮度大小前0.1％的像素，t(x)是大气折射率，大气折射率一般用暗通道来估计；