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红外热像仪的辐射定标和测温误差分析

陆子凤  
【摘要】: 非接触红外测温技术由于不影响和改变温度场分布、能远距离测量、测温范围宽等优点被广泛应用。但因物体的发射率一般小于1,会反射周围物体辐射、太阳辐射等进入光学系统,导致热像仪的显示温度不同于物体的真实温度,结果往往造成错误判断,给使用者带来麻烦和经济损失。因此考虑各种影响因素,消除测温误差,在应用方面有着重要的价值。本文通过对热像仪进行光谱辐射定标,实现了温度测量。对影响测温精度的因素进行了分析和探讨,提出了对测温结果进行修正的办法。 利用标准面黑体源在实验室条件下对红外热像仪进行校准,建立了图像灰度均值与黑体温度之间的数学模型。分析了目标到红外系统的测试距离对测温精度的影响。利用红外热像仪探测面上照度与像方孔径角的关系,对测试距离的影响进行了理论分析;比较了不同距离处测量温度与真实温度的差别。理论分析了发射率测量误差、环境温度测量误差对测温精度的影响。得到如下结论:物体温度越高,发射率设定不准引起的测温误差越大;物体的温度升高,环境背景的温度测量不准引起的测温误差将变小。因此在测温时,如果物体的温度远高于环境温度时,则发射率的影响不容忽视,当物体温度低于或者和环境温度接近时,环境温度的影响将变大,需要对测温结果进行修正。 进一步研究了红外热像仪内部温度对测温精度的影响,结果表明:探测器的工作温度不同,探测器响应状态也不同,导致测温结果不同。测温时保持探测器内部温度和校准时相同,能有效避免因两者差异导致的系统误差。 为实现三波段成像,利用一个能响应三波段的探测器共用一个光学系统,实现了照相机在紫外、可见、近红外波段的成像。测定了三个不同波段滤光片的透射率,利用积分球均匀光源实现了三波段照相机的光谱辐射定标,对应不同曝光时间(0.125-8 ms有7档可调),建立了探测器输出图像灰度均值和输入辐亮度的关系,为相机适应不同波段清晰成像提供了适当曝光参数选择。


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