[发明专利]一种三CCD温度场测量装置及方法

权利要求书

1.一种三CCD温度场测量装置，其特征在于，该装置包括：光学镜头、分光棱镜组、滤色片、三个CCD面阵传感器及数据采集分析单元，

所述光学镜头，用于光学成像，将待测物体的辐射聚焦在所述分光棱镜组的入射面上；

所述分光棱镜组，将投射的辐射等分为三束不同方向的波段辐射，分别从三个出射面出射；

所述三个CCD面阵传感器，分别设置于所述分光棱镜组的三个出射面处；所述滤色片则设于每个CCD面阵传感器的焦平面与分光棱镜组的出射面之间，并且三个滤色片具有线性非相关的光谱透过率分布函数；

所述三个CCD面阵传感器，分别对三路经过所述滤光片的出射辐射进行成像，获得三路光谱非相关的CCD图像；

所述数据采集分析单元，对三路CCD图像数据进行采集，并利用多光谱测温法进行温度场计算；

所述数据采集分析单元利用多光谱测温法进行温度场计算是根据以下方程组完成：

V1i,j=Φi,j·∫λminλmaxτ1(λ)·CCD(λ)·ϵλ(Ti,j)·Ib,λ(Ti,j)dλV2i,j=Φi,j·∫λminλmaxτ2(λ)·CCD(λ)·ϵλ(Ti,j)·Ib,λ(Ti,j)dλV3i,j=Φi,j·∫λminλmaxτ3(λ)·CCD(λ)·ϵλ(Ti,j)·Ib,λ(Ti,j)dλ---(1)]]>

其中，上角标(i，j)表示传感器成像焦平面上任一点的坐标；分别表示所述三个CCD面阵传感器的相对辐射强度输出值，为已知量；Φ^i，j为所述CCD面阵传感器测量的非光谱因子，为未知量；λ_min～λ_max为分光棱镜组出射的三束波段辐射的响应波段；CCD(λ)为所述CCD面阵传感器的光谱响应特性函数，为已知量；τ₁(λ)、τ₂(λ)、τ₃(λ)分别表示各滤色片的光谱透过率分布函数与光学镜头、分光棱镜组的光谱透过率曲线合并而成的综合光谱透过率函数，为已知量；T^i，j表示待测物体在点(i，j)上的温度，为未知量；I_b，λ(T^i，j)为与待测物体相同温度T^i，j下的黑体光谱功率分布函数，仅与温度T^i，j相关；ε_λ(T^i，j)为待测物体的光谱发射率函数，包含两个以下的待定参数；

所述待测物体的光谱发射率函数采用线性函数表征如下：

ε_λ(T^i，j)＝a₀+a₁·λ        (2)

则方程组(1)的各方程左边为三个已知量右边包括T^i，j、Φ^i，j·a₀、Φ^i，j·a₁三个未知量，因此方程组(1)的求解是封闭的；

根据以下步骤建立测温数据库实现温度场的实时计算：

将式(2)代入方程组(1)得到方程组(3)，

V1i,j=Φi,j·a0·∫λminλmaxτ1(λ)·CCD(λ)·Ib,λ(Ti,j)dλ+Φi,j·a1·∫λminλmaxτ1(λ)·CCD(λ)·λ·Ib,λ(Ti,j)dλV2i,j=Φi,j·a0·∫λminλmaxτ2(λ)·CCD(λ)·Ib,λ(Ti,j)dλ+Φi,j·a1·∫λminλmaxτ2(λ)·CCD(λ)·λ·Ib,λ(Ti,j)dλV3i,j=Φi,j·a0·∫λminλmaxτ3(λ)·CCD(λ)·Ib,λ(Ti,j)dλ+Φi,j·a1·∫λminλmaxτ3(λ)·CCD(λ)·λ·Ib,λ(Ti,j)dλ---(3)]]>

定义公式中仅与温度T^i，j相关的6个积分量为β_1，0、β_1，1、β_2，0、β_2，1、β_3，0、β_3，1，其中

βm,n=∫λminλmaxτm(λ)·CCD(λ)·λn·Ib,λ(Ti,j)dλ,m=1,2,3;n=0,1.---(4)]]>

则将方程组(3)改写为方程组(5)，

V1i,j=Φi,j·a0·β1,0+Φi,j·a1·β1,1V2i,j=Φi,j·a0·β2,0+Φi,j·a1·β2,1V3i,j=Φi,j·a0·β3,0+Φi,j·a1·β3,1---(5)]]>

预先对于每个温度求解所述6个积分量并建立存储温度与6个积分量对应关系的测温数据库，之后利用所述测温数据库及三个已知量对方程组(5)进行迭代运算，反演得到温度T^i，j。