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基于红外热成像的温度场测量关键技术研究

王华伟  
【摘要】:随着非制冷红外探测器技术的发展,基于红外热成像的测温技术得到了越来越广泛的应用。红外热成像测温技术逐渐成为研究的热点。本文根据航天应用需求,在研究了红外测温的原理的基础上,分析了影响测温精度的因素,针对这些因素,提出了一系列的解决措施,并应用于实践,研制出一套红外温度场测量系统,取得了较好的效果。 针对红外成像系统应用于测温的特殊需求,本文采用FPGA单处理器的架构方法,设计了一种能够对环境自适应的长波非制冷红外成像系统。红外成像系统输出采用模拟输出和数字输出两种方式,模拟视频输出为图像增强后输出,便于人眼观察,数字输出为12bit量化原始输出,可用于测量,系统可同时满足监视和测量的要求。针对红外成像系统非均匀性随环境变化的问题,提出了基于动态参考温度场的非均匀性校正技术,实现了红外图像的实时校正,并有效补偿了外部环境的影响。针对红外探测器输出随自身温度变化的问题,采用ADN8830集成温控电路进行控温,使探测器工作在最佳工作温度点,保证了探测器的成像性能。 针对定标时数据处理对测温精度的影响,本文研究了数据拟合产生的误差,确定了分段拟合的方法,可以有效减少拟合误差。 针对红外温度测量时受镜筒及壳体辐射、环境辐射的影响,本文提出了基于合作定标的测温技术,利用合作黑体有效补偿了镜筒及壳体辐射、环境辐射的影响。使测温精度得到很大提高。 针对发射率对测温精度的影响问题,本文分析了物体发射率的影响因素,并对典型材料的发射率进行了测量,研究了表面粗糙度、表面处理工艺对发射率的影响,为提高测温精度奠定了基础。 针对图像压缩对测温精度的影响问题,本文通过分析选择了12bit的JPEG压缩方法,并通过试验分析了压缩对测温精度的影响,确定了合适的压缩比例,为红外图像的压缩奠定了基础。


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