專利名稱：一種用于對煤垛表面進(jìn)行遠(yuǎn)距離紅外測溫的方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用對煤垛表面進(jìn)行遠(yuǎn)距離紅外測溫的方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
紅外成像測溫技術(shù)的實(shí)質(zhì)是由于紅外目標(biāo)(如，煤垛)在不斷地向外輻射和反射能量，其輻射和反射的能量經(jīng)過大氣輻射傳輸，到達(dá)紅外成像系統(tǒng)，紅外成像系統(tǒng)利用紅外探測器和光學(xué)成像物鏡接收紅外目標(biāo)的輻射圖像，并將輻射能量轉(zhuǎn)換為電信號，然后通過后續(xù)成像電子學(xué)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成與紅外目標(biāo)輻射分布相對應(yīng)的數(shù)字圖像，再經(jīng)過紅外輻射亮度與溫度的轉(zhuǎn)換，則可計(jì)算得到紅外目標(biāo)的表面溫度。目前的紅外成像測溫技術(shù)往往關(guān)注于紅外成像系統(tǒng)本身的特性，以及關(guān)注于對數(shù)字紅外圖像的處理，而當(dāng)成像距離較大，進(jìn)行遠(yuǎn)距離成像測溫時(shí)，如大于10米時(shí)，隨著紅外 輻射傳輸?shù)穆窂降募娱L，天候?qū)t外成像測溫的影響將變大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種用于對煤垛表面進(jìn)行遠(yuǎn)距離紅外測溫的方法及系統(tǒng)，用以降低天候條件對煤垛表面溫度測量結(jié)果的影響，提高煤垛表面溫度測量精度。本發(fā)明的一方面提供一種用于對煤垛表面進(jìn)行遠(yuǎn)距離紅外測溫的方法，所述方法包括下述步驟I. I至I. 5 :步驟I. I :拍攝被測煤垛的紅外輻射亮度圖；步驟I. 2 :計(jì)算拍攝時(shí)刻被測煤垛的反射強(qiáng)度、大氣程輻射亮度和大氣透過率；步驟I. 3 :根據(jù)步驟I. 2的結(jié)果，從紅外亮度圖中去除被測煤垛的反射成分和大氣程輻射成分，以得到去除天候效應(yīng)后的紅外輻射亮度圖；步驟I. 4 :確定所述拍攝時(shí)刻被測煤垛的發(fā)射率數(shù)據(jù)；和步驟I. 5 :根據(jù)所述發(fā)射率數(shù)據(jù)以及去除天候效應(yīng)后的紅外輻射亮度圖確定煤垛的表面溫度。本發(fā)明的另一方面提供一種用于對煤垛表面進(jìn)行遠(yuǎn)距離紅外測溫的系統(tǒng)，包括一個(gè)拍攝設(shè)備，其拍攝被測煤垛的紅外輻射亮度圖；一個(gè)發(fā)射率測量儀器，其用于確定所述拍攝時(shí)刻被測煤垛的發(fā)射率數(shù)據(jù)；一個(gè)計(jì)算設(shè)備，其計(jì)算拍攝時(shí)刻被測煤垛的反射強(qiáng)度、大氣程輻射亮度和大氣透過率，從紅外亮度圖中去除被測煤垛的反射成分和大氣程輻射成分，以得到去除天候效應(yīng)后的紅外輻射亮度圖；并根據(jù)拍攝時(shí)刻被測煤垛的發(fā)射率數(shù)據(jù)和去除天候效應(yīng)后的紅外輻射亮度圖來計(jì)算煤垛的表面溫度。由于本發(fā)明考慮了測溫時(shí)刻的天候條件下，煤垛自身發(fā)射率特性及大氣傳輸特性對測溫準(zhǔn)確度的影響，因此，提高了煤垛測溫結(jié)果的準(zhǔn)確度，同時(shí)，本發(fā)明還兼具紅外測溫技術(shù)中與物體無接觸、可全天候工作、可實(shí)現(xiàn)夜視等突出優(yōu)點(diǎn)，并且可以通過調(diào)整測量距離，實(shí)現(xiàn)全煤垛測溫，這些對于進(jìn)行煤垛表面溫度實(shí)時(shí)探測，長期變化規(guī)律分析以及煤垛內(nèi)熱源查找極為有效。


圖I示出了根據(jù)本發(fā)明的用于對煤垛表面進(jìn)行遠(yuǎn)距離紅外測溫的方法。
具體實(shí)施例方式·以下結(jié)合具體實(shí)施例及附圖來對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，這些說明不用來限制本發(fā)明的范圍。圖I示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的用于對煤垛表面進(jìn)行遠(yuǎn)距離紅外測溫的方法。如圖I所示，所述方法包括下述步驟I. I至I. 5 :步驟I. I :拍攝被測煤垛的紅外輻射亮度圖LO ；步驟I. 2 :計(jì)算拍攝時(shí)刻被測煤垛的反射強(qiáng)度Lf、大氣程輻射亮度L。和大氣透過率τ ;步驟I. 3 :根據(jù)步驟I. 2的結(jié)果，從紅外亮度圖中去除被測煤垛的反射成分和大氣程輻射成分，以得到去除天候效應(yīng)后的紅外輻射亮度圖Lm ;該步驟I. 3包括下述步驟3. I至3. 3，其中步驟3. I為將紅外輻射亮度圖Ltl逐像素減去所述大氣程輻射亮度L。，從而得到第一紅外輻射亮度圖L1 ;步驟3. 2為將所述第一紅外輻射亮度圖L1逐像素除以大氣透過率，得到第二紅外輻射亮度圖L2 ;步驟3. 3為將所述第二紅外輻射亮度圖L2逐像素減去所述煤垛反射強(qiáng)度Lf，從而得到去除天候效應(yīng)后的紅外輻射亮度圖Lm ；步驟I. 4 :確定所述拍攝時(shí)刻被測煤垛的發(fā)射率數(shù)據(jù)；步驟I. 5 :根據(jù)所述發(fā)射率數(shù)據(jù)以及去除天候效應(yīng)后的紅外輻射亮度圖Lm確定煤垛的表面溫度。發(fā)射率，也叫比輻射率，是指該紅外目標(biāo)在指定溫度T時(shí)的輻射量與同溫黑體的相應(yīng)輻射量的比值，通常用ε表示。對于黑體，ε=1;對于一般物體，ε〈1。發(fā)射率與紅外目標(biāo)本身的性質(zhì)、表面粗糙度、溫度、輻射波長和方向均有關(guān)系。對于不同的目標(biāo)，發(fā)射率是不相同的，這是紅外目標(biāo)本身的一種屬性。對于相同的目標(biāo)，由于不同的天候條件、地理位置、紅外成像系統(tǒng)成像角度等影響，目標(biāo)的發(fā)射率也不一樣。由于紅外目標(biāo)的紅外輻射在到達(dá)成像系統(tǒng)之前會先經(jīng)過大氣的傳輸，與大氣成份相互作用，發(fā)生吸收和散射，從而改變輻射的空間、時(shí)間和光譜分布特性。大氣傳輸特性對紅外成像測溫的影響，主要包含以下三方面1.大氣分子和氣溶膠粒子的吸收和散射，將導(dǎo)致紅外輻射在傳播方向上的衰減，降低目標(biāo)的圖像灰度，導(dǎo)致紅外圖像對比度下降；2.大氣分子和氣溶膠粒子對紅外輻射的散射，將使紅外光線偏離光路，對周邊像素亮度造成影響，導(dǎo)致圖像模糊，邊緣不清晰；3.大氣因自身溫度而產(chǎn)生的熱輻射、大氣對直接太陽輻射通量由原方向單次散射和多次散射到探測器方向造成的輻射亮度的增加、目標(biāo)場景周圍環(huán)境輻射的多次散射影響等。通過本發(fā)明，尤其是通過步驟I. 3，可以顯著降低上述影響。下面對根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方案的用于對煤垛表面進(jìn)行遠(yuǎn)距離紅外測溫的方法做詳細(xì)描述步驟I. I可以包括先拍攝被測煤垛的紅外熱圖(步驟I. I. 1)，然后再將紅外熱圖轉(zhuǎn)換為紅外輻射亮度圖Ltl (步驟I. I. 2)，所用儀器例如可以為紅外熱像儀。所述轉(zhuǎn)換過程例如可以包括將拍攝得到的紅外熱圖轉(zhuǎn)為灰度圖，得到紅外熱圖中每個(gè)像素的紅外輻射亮度值。所述步驟I. 2可以包括
步驟2. I :采集拍攝時(shí)刻的天候數(shù)據(jù)；步驟2. 2 :確定被測煤垛的地理位置，根據(jù)所述地理位置計(jì)算被測煤垛的太陽天頂角；步驟2. 3 :確定拍攝位置到被測煤垛的距離(即熱像儀所處位置到被測煤垛的距離)；以及步驟2. 4:根據(jù)所述天候數(shù)據(jù)、太陽天頂角、拍攝位置到被測煤垛的距離，計(jì)算被測煤垛的反射強(qiáng)度、被測煤垛的大氣程輻射亮度和大氣透過率。另外，可以通過調(diào)整遠(yuǎn)距離拍攝位置與煤垛之間的距離和角度，對整個(gè)煤垛進(jìn)行遠(yuǎn)距離紅外測溫。所述步驟I. 4可以包括4. I:根據(jù)被測煤垛的煤質(zhì)特性，從已有資料查找煤垛的基本發(fā)射率數(shù)據(jù)；4. 2:測量被測煤垛發(fā)射率的溫度特性以及光譜特性；4. 3:通過分析所測量的溫度特性和光譜特性，對所述基本發(fā)射率數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，從而確定所述拍攝時(shí)刻被測煤垛的發(fā)射率數(shù)據(jù)；以及建立不同天候數(shù)據(jù)下被測煤垛的發(fā)射率數(shù)據(jù)庫。所述已有資料包括相關(guān)書籍文獻(xiàn)或數(shù)據(jù)庫，所述基本發(fā)射率數(shù)據(jù)指通過先期實(shí)驗(yàn)測定所得到的通常情況下被測煤垛的發(fā)射率數(shù)據(jù)。本發(fā)明通過分析發(fā)射率的光譜、溫度等特性，對發(fā)射率進(jìn)行合理的校正，從而提高紅外成像測溫系統(tǒng)的檢測準(zhǔn)確度，降低了由于發(fā)射率校正不準(zhǔn)而引起的紅外熱像儀測溫誤差。以下進(jìn)一步介紹根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方案的用于對煤垛表面進(jìn)行遠(yuǎn)距離紅外測溫的方法。本實(shí)例旨在對薄霧天氣條件下某地的一處煤垛進(jìn)行紅外成像表面溫度測量。測量中所用到的紅外成像測溫設(shè)備為遠(yuǎn)紅外熱像儀，測量波段為8-14 μ m，分辨率為 320X256。先用遠(yuǎn)紅外熱像儀拍攝被測煤垛的紅外輻射亮度圖，拍攝時(shí)刻的天候數(shù)據(jù)、地理位置信息以及測量距離(即，拍攝位置到被測煤垛的距離)如下面表I所示
權(quán)利要求
1.一種用于對煤垛表面進(jìn)行遠(yuǎn)距離紅外測溫的方法，所述方法包括下述步驟1.1至I. 5 步驟I. I :拍攝被測煤垛的紅外輻射亮度圖； 步驟I. 2 :計(jì)算拍攝時(shí)刻被測煤垛的反射強(qiáng)度、大氣程輻射亮度和大氣透過率； 步驟I. 3 :根據(jù)步驟I. 2的結(jié)果，從紅外亮度圖中去除被測煤垛的反射成分和大氣程輻射成分，以得到去除天候效應(yīng)后的紅外輻射亮度圖； 步驟I. 4 :確定所述拍攝時(shí)刻被測煤垛的發(fā)射率數(shù)據(jù)；和 步驟I. 5 :根據(jù)所述發(fā)射率數(shù)據(jù)以及去除天候效應(yīng)后的紅外輻射亮度圖確定煤垛的表面溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于對煤垛表面進(jìn)行遠(yuǎn)距離紅外測溫的方法，其中所述步驟I. 2包括下述步驟2. I至2.4 : 步驟2. I :采集拍攝時(shí)刻的天候數(shù)據(jù)； 步驟2. 2 :確定被測煤垛的地理位置，根據(jù)所述地理位置計(jì)算被測煤垛的太陽天頂角； 步驟2. 3 :確定拍攝位置到被測煤垛的距離；以及 步驟2. 4:根據(jù)所述天候數(shù)據(jù)、太陽天頂角、拍攝位置到被測煤垛的距離，計(jì)算被測煤垛的反射強(qiáng)度、被測煤垛的大氣程輻射亮度和大氣透過率。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的用于對煤垛表面進(jìn)行遠(yuǎn)距離紅外測溫的方法，其中步驟I. 3包括下述步驟3. I至3. 3 : 步驟3. I :將紅外輻射亮度圖逐像素減去所述大氣程輻射亮度，從而得到第一紅外輻射亮度圖； 步驟3. 2 :將所述第一紅外輻射亮度圖逐像素除以大氣透過率，得到第二紅外輻射亮度圖； 步驟3. 3 :將所述第二紅外輻射亮度圖逐像素減去所述煤垛反射強(qiáng)度，從而得到去除天候效應(yīng)后的紅外輻射亮度圖。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的用于對煤垛表面進(jìn)行遠(yuǎn)距離紅外測溫的方法，其中所述步驟I. 4包括下述步驟4. I至4. 3 : 步驟4. I :根據(jù)被測煤垛的煤質(zhì)特性，從已有資料查找煤垛的基本發(fā)射率數(shù)據(jù)； 步驟4. 2 :測量被測煤垛發(fā)射率的溫度特性以及光譜特性； 步驟4. 3 :通過分析所測量的溫度特性和光譜特性，對所述基本發(fā)射率數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，從而確定所述拍攝時(shí)刻被測煤垛的發(fā)射率數(shù)據(jù)；以及建立不同天候數(shù)據(jù)下被測煤垛的發(fā)射率數(shù)據(jù)庫。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于對煤垛表面進(jìn)行遠(yuǎn)距離紅外測溫的方法，其中步驟2.2中的確定被測煤垛的地理位置包括通過GPS定位設(shè)備來確定被測煤垛的經(jīng)度和緯度；以及在步驟2. 3中用激光測距儀測量所述拍攝位置到被測煤垛的距離。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于對煤垛表面進(jìn)行遠(yuǎn)距離紅外測溫的方法，其中通過氣象站來實(shí)施所述步驟2. I的采集過程；所述天候數(shù)據(jù)包括風(fēng)速、大氣壓力、空氣濕度、大氣溫度、大氣能見度、太陽和天空背景輻射照度以及雨霧狀況。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的用于對煤垛表面進(jìn)行遠(yuǎn)距離紅外測溫的方法，其中還包括調(diào)整拍攝位置與煤垛之間的距離和角度，對整個(gè)煤垛進(jìn)行遠(yuǎn)距離紅外測溫。
8.一種用于對煤垛表面進(jìn)行遠(yuǎn)距離紅外測溫的系統(tǒng)，包括 一個(gè)拍攝設(shè)備，其拍攝被測煤垛的紅外輻射亮度圖； 一個(gè)發(fā)射率測量儀器，其用于確定所述拍攝時(shí)刻被測煤垛的發(fā)射率數(shù)據(jù)； 一個(gè)計(jì)算設(shè)備，其計(jì)算拍攝時(shí)刻被測煤垛的反射強(qiáng)度、大氣程輻射亮度和大氣透過率，從紅外亮度圖中去除被測煤垛的反射成分和大氣程輻射成分，以得到去除天候效應(yīng)后的紅外輻射亮度圖；并根據(jù)拍攝時(shí)刻被測煤垛的發(fā)射率數(shù)據(jù)和去除天候效應(yīng)后的紅外輻射亮度圖來計(jì)算煤垛的表面溫度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于對煤垛表面進(jìn)行遠(yuǎn)距離紅外測溫的系統(tǒng)，還包括 一個(gè)采集設(shè)備，用于采集拍攝時(shí)刻的天候數(shù)據(jù)； 一個(gè)定位設(shè)備，用于確定被測煤垛的地理位置； 一個(gè)距離測量設(shè)備，用于確定拍攝位置到被測煤垛的距離； 所述計(jì)算設(shè)備根據(jù)所述地理位置計(jì)算被測煤垛的太陽天頂角，并根據(jù)所述天候數(shù)據(jù)、太陽天頂角、拍攝位置到被測煤垛的距離，計(jì)算被測煤垛的反射強(qiáng)度、被測煤垛的大氣程輻射亮度和大氣透過率。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于對煤垛表面進(jìn)行遠(yuǎn)距離紅外測溫的系統(tǒng)，其中， 所述拍攝設(shè)備為紅外熱像儀； 所述采集設(shè)備為氣象站； 所述定位設(shè)備為GPS定位設(shè)備，其用于確定被測煤垛的經(jīng)度和緯度； 所述距離測量設(shè)備為激光測距儀；和 所述計(jì)算設(shè)備為計(jì)算機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于對煤垛表面進(jìn)行遠(yuǎn)距離紅外測溫的方法及系統(tǒng)，所述方法包括下述步驟1.1至1.5步驟1.1拍攝被測煤垛的紅外輻射亮度圖；步驟1.2計(jì)算拍攝時(shí)刻被測煤垛的反射強(qiáng)度、大氣程輻射亮度和大氣透過率；步驟1.3根據(jù)步驟1.2的結(jié)果，從紅外亮度圖中去除被測煤垛的反射成分和大氣程輻射成分，以得到去除天候效應(yīng)后的紅外輻射亮度圖；步驟1.4確定所述拍攝時(shí)刻被測煤垛的發(fā)射率數(shù)據(jù)；和步驟1.5根據(jù)所述發(fā)射率數(shù)據(jù)以及去除天候效應(yīng)后的紅外輻射亮度圖確定煤垛的表面溫度。通過本發(fā)明可以提高煤垛測溫結(jié)果的準(zhǔn)確度。
文檔編號G01J5/00GK102853916SQ201210363659
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月26日
發(fā)明者谷紅偉, 許文海, 梁建兵, 董麗麗, 楊精志, 李瑛 , 王淑英, 繆希偉, 高廣亮, 白增輝, 石磊 申請人:中國神華能源股份有限公司, 神華銷售集團(tuán)有限公司, 北京神華昌運(yùn)高技術(shù)配煤有限公司