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可见光波段高温标定的简化方法

李云龙 李周 孙志远 杨国庆

李云龙, 李周, 孙志远, 杨国庆. 可见光波段高温标定的简化方法[J]. 中国光学(中英文), 2024, 17(3): 580-585. doi: 10.37188/CO.2023-0122
引用本文: 李云龙, 李周, 孙志远, 杨国庆. 可见光波段高温标定的简化方法[J]. 中国光学(中英文), 2024, 17(3): 580-585. doi: 10.37188/CO.2023-0122
LI Yun-long, LI Zhou, SUN Zhi-yuan, YANG Guo-qing. A simplified method for high temperature calibration in the visible light band[J]. Chinese Optics, 2024, 17(3): 580-585. doi: 10.37188/CO.2023-0122
Citation: LI Yun-long, LI Zhou, SUN Zhi-yuan, YANG Guo-qing. A simplified method for high temperature calibration in the visible light band[J]. Chinese Optics, 2024, 17(3): 580-585. doi: 10.37188/CO.2023-0122

可见光波段高温标定的简化方法

doi: 10.37188/CO.2023-0122
基金项目: 国家自然科学基金(No. 6210031610)
详细信息
    作者简介:

    李云龙(1998—),男,吉林德惠人,硕士,研究实习员,2022年于哈尔滨工业大学获得硕士学位,主要从事多光谱辐射测温、红外辐射特性等方面的研究。E-mail:1710453334@qq.com

  • 中图分类号: TK311

A simplified method for high temperature calibration in the visible light band

Funds: Supported by National Natural Science Foundation of China (No. 6210031610)
More Information
    Corresponding author: 1710453334@qq.com
  • 摘要:

    为了提高可见光波段(0.3 μm~0.9 μm)高温标定的效率,提出了可见光波段高温标定的简化方法。本文提出了带有曝光时间变量的可见光波段的高温标定模型,通过大量实验发现,RGB相机各个通道的灰度值不仅随曝光时间递增呈线性变化,且随黑体辐射亮度的递增也呈线性变化,进而确定了可见光波段高温标定模型的具体形式。为了求解简化后的可见光波段高温标定模型中的未知数,在两个黑体辐射亮度下,分别采集两个曝光时间下的图像数据,接着,对图像数据进行处理,便可以得到任意曝光时间下的RGB相机高温标定曲线。最后,对本文提出的简化可见光波段高温标定方法与常规按曝光时间进行可见光波段高温标定法进行比较。实验结果表明:R、G、B通道计算值与标定值的相对误差最大值分别为3.38%、2.56%和−1.14%,且各通道的计算值与标定值的相对误差均未超过3.50%。本文提出的数学模型可以有效地简化传统的高温标定法,进而大大缩短了高温标定时间,提高了高温标定的标定效率。

     

  • 图 1  RGB相机高温标定实验装置

    Figure 1.  Experimental setup of high temperature calibration for RGB camera

    图 2  相机各通道灰度均值随曝光时间的变化曲线

    Figure 2.  The mean gray values for each channel of camera varying with the exposure time

    图 3  相机各通道灰度均值随黑体辐射亮度的变化曲线。(a) R通道;(b) G通道;(c) B通道

    Figure 3.  The mean gray values for each channel of the camera as a function of the brightness of the blackbody radiation. (a) R channel; (b) G channel; (c) B channel

    表  1  在曝光时间一定的条件下RGB相机各通道的斜率与截距值

    Table  1.   The slope and intercept values of each channel of an RGB camera under certain exposure time

    R通道曝光
    时间/μs
    R通道斜率
    /(DN·W−1·m2·sr)
    R通道
    截距/DN
    G通道曝光
    时间/μs
    G通道斜率
    /(DN·W−1·m2·sr)
    G通道
    截距/DN
    B通道曝光
    时间/μs
    B通道斜率
    /(DN·W−1·m2·sr)
    B通道
    截距/DN
    1452.1750.582762.5250.741370.8453.08
    3645.4452.794804.3753.104442.7255.12
    5458.1454.705755.2454.065343.2755.90
    下载: 导出CSV

    表  2  简化标定的9个未知数

    Table  2.   9 unknowns for simplified calibration

    $ {K_{\rm{r}}} $
    (W−1·m2·sr·μs−1
    $ {B_{\rm{r}}} $
    (W−1·m2·sr·μs−1
    $ G_{\rm{r}}^{\rm{noise}} $
    (DN)
    $ {K_{\rm{g}}} $
    (W−1·m2·sr·μs−1
    $ {B_{\rm{g}}} $
    (W−1·m2·sr·μs−1
    $ G_{\rm{g}}^{\rm{noise}} $
    (DN)
    $ {K_{\rm{b}}} $
    (W−1·m2·sr·μs−1
    $ {B_{\rm{b}}} $
    (W−1·m2·sr·μs−1
    $ G_{\rm{b}}^{\rm{noise}} $
    (DN)
    0.0149 0.0103 49.07 0.0091 0.0112 47.67 0.0061 0.0070 52.10
    下载: 导出CSV

    表  3  计算值与标定值的相对误差

    Table  3.   Error between calculated and calibrated values

    温度(K) 400 μs 500 μs
    R(%) G(%) B(%) R(%) G(%) B(%)
    973.15 −1.11 0.43 −0.22 2.17 −0.57 0.73
    1023.15 0.32 0.91 −0.57 3.38 −0.15 −0.40
    1073.15 −0.06 2.56 1.01 0.63 0.38 1.10
    1123.15 0.78 2.48 −1.14 −1.98 0.28 −0.89
    1173.15 −0.05 2.49 0.03 −2.82 0.53 −0.20
    1223.15 −0.18 1.09 0.62 1.15 −0.75 −0.83
    1273.15 -- 0.23 0.72 -- −0.00 −0.04
    1323.15 -- -- −0.45 -- -- −0.03
    下载: 导出CSV
  • [1] XIE CH Y, SONG J, LIU Y, et al. Design and research on calibration method of multi-channel self-calibration infrared radiation thermometer[J]. Proceedings of SPIE, 2021, 12061: 120611M.
    [2] HU H, SONG P, FENG H, et al. Surface temperatμre of blast fireball measured by colorimetric thermometer[C]. Proceedings of the International Conference on Mechatronic System and Measurement Technology, 2012.
    [3] 李进军. 彩色CCD比色测温的灰度值融合处理方法研究[J]. 计算机测量与控制,2012,20(1):177-179. doi: 10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2012.01.038

    LI J J. An intensity fusion method applied to color CCD-based colorimetric temperature measurement[J]. Computer Measurement & Control, 2012, 20(1): 177-179. (in Chinese). doi: 10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2012.01.038
    [4] YAN J H, LI W T. Error correction research of colorimetric temperature-measurement based on CCD[C]. Proceedings of the 31st Chinese Control Conference, IEEE, 2012: 5649-5652.
    [5] YAN R, ZHOU X M, LI F. Survey of dual waveband colorimetric temperature measurement technology[C]. Proceedings of the 26th Chinese Control and Decision Conference, IEEE, 2014: 5177-5181.
    [6] 张晓龙, 刘英, 孙强. 高精度非致冷长波红外热像仪的辐射标定[J]. 中国光学,2012,5(3):235-241.

    ZHANG X L, LIU Y, SUN Q. Radiometric calibration of uncooled long-wave infrared thermal imager with high-precision[J]. Chinese Optics, 2012, 5(3): 235-241. (in Chinese).
    [7] 黄洁, 张轲, 朱晓鹏, 等. 基于RGB数字滤光的CCD激光熔覆测温系统的标定[J]. 光电子·激光,2013,24(5):967-974. doi: 10.16136/j.joel.2013.05.008

    HUANG J, ZHANG K, ZHU X P, et al. Calibration of CCD temperature measurement system based on RGB digital filtering in laser cladding[J]. Journal of Optoelectronics·Laser, 2013, 24(5): 967-974. (in Chinese). doi: 10.16136/j.joel.2013.05.008
    [8] 毛尹航, 于天河. 高速CCD像机的测温系统标定方法[J]. 哈尔滨理工大学学报,2016,21(1):72-76. doi: 10.15938/j.jhust.2016.01.015

    MAO Y H, YU T H. Calibration method to measure the temperature system based on the high-speed CCD camera[J]. Journal of Harbin University of Science and Technology, 2016, 21(1): 72-76. (in Chinese). doi: 10.15938/j.jhust.2016.01.015
    [9] 马岩, 张帅, 刘元, 等. 基于天基定量实测数据的月球长波红外辐射特性研究[J]. 中国光学,2022,15(3):525-533. doi: 10.37188/CO.2021-0202

    MA Y, ZHANG SH, LIU Y, et al. Lunar long-wave infrared radiation characteristics based on space-based quantitative measured data[J]. Chinese Optics, 2022, 15(3): 525-533. (in Chinese). doi: 10.37188/CO.2021-0202
    [10] 孙志远, 常松涛, 朱玮. 中波红外探测器辐射定标的简化方法[J]. 红外与激光工程,2014,43(7):2132-2137. doi: 10.3969/j.issn.1007-2276.2014.07.017

    SUN ZH Y, CHANG S T, ZHU W. Simplifying method of radiance calibration for MWIR detector[J]. Infrared and Laser Engineering, 2014, 43(7): 2132-2137. (in Chinese). doi: 10.3969/j.issn.1007-2276.2014.07.017
    [11] 罗茂捷, 周金梅, 傅景能, 等. 考虑积分时间变量的红外系统辐射响应定标[J]. 红外与激光工程,2013,42(1):36-40. doi: 10.3969/j.issn.1007-2276.2013.01.007

    LUO M J, ZHOU J M, FU J N, et al. Integration time as variable for radiometric calibration of infrared system[J]. Infrared and Laser Engineering, 2013, 42(1): 36-40. (in Chinese). doi: 10.3969/j.issn.1007-2276.2013.01.007
    [12] 梁美, 孙博君, 孙晓刚, 等. 多光谱高温计有效波长标定方法研究[J]. 光谱学与光谱分析,2017,37(8):2352-2355.

    LIANG M, SUN B J, SUN X G, et al. Study on effective wavelength calibration method of multispectral pyrometer[J]. Spectroscopy and Spectral Analysis, 2017, 37(8): 2352-2355. (in Chinese).
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-07-21
  • 修回日期:  2023-08-22
  • 录用日期:  2023-08-30
  • 网络出版日期:  2023-09-28

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