红外热像仪测温算法
红外热像测温原理
黑体辐射的根本规律是红外辐射理论争论和技术应用的根底。所谓黑体，就是在任何温度下能吸取任何波长辐射的物体。斯蒂芬一波尔兹曼定律指出，黑体的辐出度，即黑体外表单位面积上所放射的各种波长的总辐射功率与其热力学温度T的四次方成正比：
E=oT*
b
在一样温度下，实际物体在同一波长范围内辐射的功率总是小于黑体辐射的功率。也就是说，实际物体的单色辐出度小于黑体的单色辐出度％偽驾我们把口二『与二j-的比值称为物体的单色黑度总，它表示实际物体的辐射
接近黑体的程度：
EQ,TJ
氐(九T)
即
将式〔1〕两端积分
E仇T)=￡(X)Eb(?L,T)
二〔；心毘.仏丁⑺
(1)
〔2〕
假设物体的单色黑度碱遊是不随波长〔变化的常数，即总口，贝U称此类物体为灰体。结合关系式：
E〔T}= ￡：〔扎T〕dA
和
可得
b=EE〔T〕
b
所以
—---
〔3〕
实际物体的热辐射在红外波长范围内，可以近似地看成灰体辐射。 三被定义
为物体的放射率。说明该物体的辐射本领与同温度同测量条件下的黑体辐射本领之比。式
〔3〕正是红外测温技术的理论依据。作用于热像仪的辐射照度为
二-- :.-.- . --一 -:〔4〕
其中，三-为外表放射率，.为外表吸取率，二“为大气的光谱透射率，匚为大气放射率，—：为被测物体外表温度，—.为环境温度，：为大气温度，d为该目标到测量仪器之间的距离，通常肯定条件下， 为一个常值，「一一为热
像仪最小空间张角所对应的目标的可视面积。热像仪通常工作在某一个很窄的波段范围内，
「＞」：：?或：— 之间，三-、：..、二通常可认为与「无关。得到热
像仪的响应电压为
V =
s
“尸毎［垃场仏厲岡+〔1-?〕卑唧必⑴曲|+
〔5〕
其中，「为热像仪透镜的面积，令將片饨屮，学泌序灣则
式变为
上:厂」1
红外热成像系统的探测器可以将接收到的红外波段的热辐射能量转换为电
〔6〕
信号，经过放大、整型，模数转换后成为数字信号，在显示器上通过图像显示出来。图像中的每一个点的灰度值与被测物体上该点发出并到达光电转换器件的辐
射能量是对应的。但直接从红外热成像系统显示的图像中读出的温度是物体外表
的辐射温度-.，并不是真实温度..，其值等于辐射出一样能量的黑体的真实温度。因此在实际测温时，要先用高精度黑体对热像仪进展标定， 找出黑体温度与光电
转换器件输出电压(在热图像上表现为灰度)的对应关系。黑体的真实温度可由显示面板读出。
依据普朗克辐射定律，得到
二m：m：一二
(7)
被测外表真实温度的计算公式为
=-I-■-I- ■一二” (8)
当使用不同波段的热像仪时，n的取值不同，对InSb(3~5ym)探测器，n值为8.68;对HgCdTe(6~9卩m)探测器，n值为5.33;对HgCdTe(8~14ym)探测器,n值为4.09。
当被测外表满足灰体近似时，即三=：，且假设认为大气j一二：一..\，则(7)式变为
邛【叫T+S-坊雹】+(占-町瞪 (9)
式变为
歼=￡[+邛一□_*〃_(*_D瑁 (10)
这是灰体外表真实温度的计算公式。
当近距离测温时，无视大气透过率的影响，即「一丄，则(7)式变为
:---:-(11)
这是红外热像测温时常常用到的公式。
假设知道了被测物体外表的放射率，就可以用(10)和(11)式由测出的辐射温度和环境温度计算出被测物体外表的真实温度。
热成像系统温度标定原理〔拟合曲线法〕
红外热成像系统在显示器上显示的热图像，反映了被测物体外表的热分布情况，由于
探测器所接收到的红外辐射与目标温度之间呈非线性关系， 而且还要受到物体外表放射率、大气衰减及物体所处环境的反射等因素的影响，热图像只能给出物体外表辐射温度的定性描述，假设想要依据热图像获得物体确实定温度值，必需承受与基准物体热像相比较的方式来标定确定温度值。一般是利用高精度的黑体炉作为标准，用红外热像仪测量其外表温度，做出黑体炉温度与光电转换器件的输出信号的关系曲线。
拟合曲线法：标定时，在肯定条件下〔黑体和镜头之间的距离、环境温度等〕，用热像仪对着不同温度下的基准黑体热源进展测量，采集热像图的灰度数据。用最小二乘法拟合测量数据，得到一条热值与温度关系的最近拟合曲线，同时可以求出描述标定曲线的数学模型中各项标定常量的数值，得到具体的数学模型。实时测温时，直接在数学模型中由灰度数据值转换为温度值。
拟合公式一为：
1+e邛［b(T『一Q］十°
拟合公式二为：
H〔Tr〕=a*Tr-hb
这种方法的特点：占