红外辐射测温技术作为一种非接触温度测量方法，广泛应用于军事和民用领域。随着红外热成像技术的应用和发展，很多应用场合对红外测温精度的要求越来越高，然而红外辐射测温受到被测物体发射率、测量距离、红外热成像系统自身等因素的影响导致测温精度较低，并且测量温度随着工作环境及时间的变化会发生温度漂移，难以满足高精度测温的应用需求。因此，需要通过分析这些影响因素的作用规律，建立测温和影响因素补偿的模型，进而提高红外热成像系统的测温精度，这对促进红外热成像系统的应用和发展具有十分重要的意义。 本文首先介绍红外辐射测温的基本定律，推导辐射测温的数学表达式，并分析物体发射率、测量距离等对辐射测温的影响，并给出减小这些因素测温误差的方法。
其次由于红外探测器的非均匀性对红外测温影响较大，为了减小红外热成像系统的测温误差，本文重点分析了红外焦平面阵列探测器的非均匀性定义及分类，然后对空间固有非均匀性进行典型的两点校正算法和‘S’型非均匀性校正算法研究，在此基础上建立相应的线性和非线性温度测量算法，并给出温度测量算法的实现步骤。 玻璃钢冷却塔图解红外焦平面阵列的响应漂移是限制提高红外热成像系统测温精度的又一大影响因素，而典型的非均匀性校正方法并不能有效消除漂移的影响。故为了减小响应漂移的影响，本文对红外探测器的响应漂移进行
深入研究，在此基础上建立漂移补偿模型，并给出漂移补偿的实现步骤。
最后介绍算法的测试平台和环境。重点给出非均匀性校正、温度测量算法和漂移补偿算法在该平台上的测试过程。实验结果表明：本文提出的温度测量算法具有较高的温度测量精度，漂移补偿算法能有效地补偿探测器的响应漂移。
关键词：红外焦平面阵列，非均匀性校正，温度测量，漂移补偿
第一章绪论
1.1红外热成像技术的概述
德国物理学家霍胥尔于1800年在太阳光线中发现了红外线，它是众多不可见光线中的一种，又称为红外热辐射。红外热辐射作为自然界最广泛的电磁辐射，任何物体只要其表面温度高于绝对零度(-273.15℃)都会不断的向外释放红外辐射错误!未到引用源。。物体温度实际上就是一个衡量物体自身原子、分子等粒子运动产生的红外辐射能量大小的物理量，即物体的粒子运动越剧烈辐射能量就越大，相应的温度也就越高，这表明物体热辐射能量的大小和物体的表面温度呈一定比例关系，利用这一特点人们可以进行无接触红外温度测量和物体的热状态分析错误!未到引用源。。
对红外热辐射的探测开辟了红外热成像技术的研究和发展道路。红外热成像技术起源于20世纪中叶，
由最初军事上的需求而发展起来的，二战之后美国德州仪器公司(TI)首次成功研制了红外前视系统(FLIR)，它是一种用于军事平台的红外成像装置错误!未到引用源。错误!未到引用源。。20世纪60年代，瑞典的AGA公司研制成一种红外热成像仪，不但可以寻热源，而且能够测定温度。红外热成像技术发展到现在，它可以安全可靠、非接触、快速准确的获取目标热图像用于搜索、捕获目标，具有良好的隐蔽性和抗干扰能力；并且作为一种典型的非接触式测温方法，与其它测温方法相比具有测量非接触性、测温范围广、不干扰被测物体表面温度分布和测温速度快等优点错误!未到引用源。，广泛应用于现代军事、电力、消防以及医疗等领域错误!未到引用源。错误!未到引用源。错误!未到引用源。错误!未到引用源。，覆盖了社会发展的各行各业，使得这项技术在全球经济的发展中发挥着举足轻重的作用。
红外热成像技术的发展进程很大程度上依赖于红外探测器的发展。红外探测器作为红外热成像系统的核心部件，负责吸收被测物体的红外热辐射，因此很大程度上决定了热成像和测温的质量，成为热成像技术发展的标志。伴随着材料和制造工艺水平的发展，探测器可分为单元、多元和面阵列的结构特点；且按照红外探测器的发展进程，可将红外热成像系统大致分为三代错误!未到引用源。：第一代红外热成像系统使用小面阵列探测器，热图像像素较少，典型的如60元、120元和180元，探测器成像灵敏度低，信号处理简单；第二代红外热成像系统使用探测器单元数目较多的焦平面阵列，响应度较一代的高，信号处理较为复杂，同时有具有一定信号处理功能的读出电路；第三代红外热成像系统在
第二代的基础上，采用“灵巧”凝视大面阵焦平面阵列，集成了模数(A/D)转换和简单的图像处理等后续信号处理电路。从目前情况来看，由于第二代焦平面阵列探测器的响应度和分辨
率较高、功耗小、成本低等特点错误!未到引用源。基本上能满足现代应用要求，所以第二代红外热成像系统的应用比较广泛。
1.2红外热成像测温的研究意义
红外热成像系统不仅能显示目标的表面热场分布，而且能对这些热场进行温度数字化显示，即能实时测量并显示红热图像上任意一点或区域的温度。传统的红外测温仪大都是点测温仪，与热成像系统相比虽具有成本低、携带方便、传感器不需制冷等优点，但它只能测量点温度、对环境温度起伏敏感、并且难以确定被测点位置等缺点。因此，在远距离快速测量目标表面温度分布和记录热像分布的工程应用中主要使用红外热成像系统，它能对目标进行远距离在线实时成像和温度测量，具有热图像对比度明显，温度数字显示直观，测温过程实施安全可靠等特性，因此研究红外热成像技术能促进辐射测温的应用。
化尸池红外热成像系统作为一种高级测温工具凭着这些独特的优势，已经应用于社会生活的方方面面。国防军事领域中，红外热成像技术广泛应用于红外精确制导、红外夜视、红外雷达以及红外侦察等各类武器平台错误!未到引用源。，在海湾战争、伊拉克等战争中发挥了巨大的作用，所以先进的红外热成
像技术俨然成为一个国家军事实力的重要标志。随着红外热成像技术的不断成熟、完善，以及各种材料成本的降低，它也被广泛的应用于民用领域的各个方面。在电力传输、消防安全和医学诊断等方面，都需要对其进行红外监测并显示高精度的测量温度，这样才能根据监控信息来准确判断物体的物理性质，进而采取相应的措施及时预防或者处理问题。而我国的红外热成像技术起步较晚，所以研究红外热成像技术不仅能提升我国的军事实力，还能扩大它的应用领域。
由于红外热成像测温是非接触式测温，测量的温度并不能完全真实的反映物体热辐射错误!未到引用源。，测温精度受到目标表面的发射率、反射率、环境温度、大气温度、测量距离以及大气衰减和红外测温系统等多种因素错误!未到引用源。的影响，实时测温时这些影响因素会产生较大的测温误差。而且热成像测温是通过建立红外探测器的响应模型来获取温度测量关系进而测量温度，而红外焦平面探测器的非均匀性使得各个探测单元的响应不一致，无法建立正确的响应模型因而导致测量温度不准确。且由于制造工艺水平的提高有限，只能依靠强大的数字信号处理技术来解决这些问题，因此如何有效的获取正确的探测器响应模型从而得到高精度的测温算法成了红外热成像技术研究的热点和难点。
随着测温技术的广泛应用和推进，人们对红外热成像测温技术的精度提出了
越来越高的要求，迫使系统测温功能的性能需要不断的提高，无论是完善红外热成像技术还是扩大其应用领域，研究如何提高红外热成像系统的测温精度都具有很强的应用和经济价值。
1.3红外热成像测温的研究现状
红外热成像技术作为一门非接触性测量技术，它已经从主动式到被动式、从点源式到多源红外探测器再到焦平面成像红外探测器的发展。红外热成像测温很大程度上依赖于探测器对热辐射的响应，而红外焦平面阵列(IRFPA)的出现，很大程度上提高了系统性能，但也引入了新的问题例如焦平面探测器的电荷饱和、电荷转移效率、噪音和非均匀性等等。由于这些因素的影响，使得各个探测元对同一均匀辐射物体的响应出现较大差异，严重影响红外热成像系统的成像质量和测量温度。
从整个测量过程来看，由于红外热成像是利用光学成像镜头吸收经过大气传输的被测物体红外辐射能量，并将红外辐射聚集到红外探测器的光敏元件上，在经过电子系统处理才得到物体表面热分布相应的图像错误!未到引用源。。在实际操作中，无论是红外辐射的传输、吸收还是处理环节都可能会产生一定测量误差，影响后续处理工作。所以无一例外的都要对这些测量误差进行校准补偿，以弥补红外热成像技术自身的测量缺陷。近年来，人们从红外辐测温原理、校正测温方法和探测器的响应漂移特性等方面进行大量研究，分析影响因素并从中建立相应的模型，取得了很多成果。
弹性夹头在红外测温理论上，文献错误!未到引用源。错误!未到引用源。总结大气温度、被测物体发射率、被测物体自身温度、环境温度等因素对红外测温的影响。文献错误!未到引用源。错误!未到引用源。通过推导计算被测物体表面真实温度的理论公式，讨论发射率和环境高温物体对红外测温误
差的影响，同时分析红外热像仪精确测温的条件。文献错误!未到引用源。主要讨论测量距离对红外热成像系统测温精度的影响，通过分析拟合实验数据来实现对测量距离影响误差的校正。
在校正测温方法上，文献错误!未到引用源。提出了运用线性回归和非线性测定的实验方法，通过实验获取探测器输出电压与辐射到光敏元上的辐射通量，进行曲线拟合得到线性和‘S’型非线性响应曲线。文献错误!未到引用源。在非线性响应基础上提出“曲线-直线”法作为保证测温精度的硬件实现方法。文献错误!未到引用源。错误!未到引用源。提出线性和非线性的非均匀性校正方法，
通过校正得到相应的探测器响应模型。文献[21]利用红外探测器的‘S’型曲线响应模型，提出一种逼近‘S’型曲线的多项式温度测量算法。
在响应漂移影响上，文献错误!未到引用源。错误!未到引用源。错误!未到引用源。错误!未到引用源。总结红外探测器响应的漂移规律，分别提出补偿工作时间和环境温度影响的漂移补偿方法。文献错误!未到引用源。提出一种双变量线性回归模型进行温度漂移补偿的新方法，可以解决IRFPA的漂移问题。
abp-4861.4红外热成像测温的主要内容
根据热成像测温存在的问题，本文将重点研究探测器的响应特性，根据常用的标定类非均匀性校正方
法消除响应非均匀性的影响，并建立典型的探测器响应模型进而获取准确的温度测量算法。同时对探测器的漂移特性进行深入研究，重点分析环境温度和工作时间对探测器漂移的影响，总结影响规律并建立合适的补偿模型进行漂移补偿，降低测量误差。纱
本文的主要内容为：
1)对红外热成像技术的相关背景知识进行概要性的叙述，同时简单介绍红外热成像系统的组成和红外辐射的相关定律，然后根据红外测温原理推导目标表面真实温度的计算公式，并且简要分析被测物体发射率和测量距离等因素对测温精度的影响，同时介绍简单有效的方法来减小测温影响。
2)研究红外探测器的响应特性，红外焦平面阵列的非均匀性作为测温的一大影响因素介绍了它的定义和分类。针对空间固有非均匀性，简单介绍两种常用的非均匀性校正方法，根据校正方法来分析探测器的响应模型，进而建立高精度的温度测量算法。
3)对于探测器的响应漂移，重点研究红外热成像系统的工作时间和环境温度对探测器响应的影响，归纳上述因素的影响规律，建立有效的补偿模型，对探测器的响应漂移进行补偿。
4)简述实验系统平台的结构和测温的数据流程，将本文研究的非均匀性校正、温度测量和漂移补偿算法加入实验平台，进行相应的实验性能分析，验证研究算法的有效性，最后给出系统测温效果。
数据通信与网络第二章红外热成像测温原理
本章主要内容是介绍红外热成像系统的组成以及红外辐射测温相关的基本定律，详细推导红外辐射测温的计算公式，并简要分析被测物体发射率、测量距离和热成像系统自身特性对红外辐射测温的影响，同时介绍一些减小误差的方法。
2.1红外热成像系统的组成
作为一个被动的热成像装置，红外热成像系统的光学镜头吸收被测物体发出的红外热辐射，并且把吸收的红外热辐射全都聚集到红外探测器上，经红外探测器的电子扫描电路转换为电信号，该信号再经高速A/D转换为数字信号。由于被测物体的热辐射信号非常弱，缺少可见光图像的层次和立体感，所以还必须要把辐射信号送入微处理器进行一系列的数字信号图像算法处理，将处理后的信号送入显示器从而得到与被测物体表面热分布相对应的红外热图像。
温度作为一个表示物体热辐射的物理量，物体向外辐射红外能量时载有温度大小的信息，因此只要能准确获取对目标红外辐射能量，便能测定相应温度值的大小，这为红外技术测量被测物体的热场和温度分布提供了客观依据错误!未到引用源。。根据普朗克黑体辐射定律，黑体的热辐射在探测器工作波长范围内积分便可以得出与黑体温度之间的对应关系式，利用此关系式能根据物体热辐射大小确定相应物体的表面温度，此为红外热成像系统测温的理论基础。
图2. 1 红外热成像系统结构框图
图2.1为红外热成像系统的结构框图，红外热成像系统主要由光学镜头、红外探测器、信号处理子系统以及显示器等几个部分组成错误!未到引用源。。这些部件有机的组合在一起完成红外热辐射的吸收、光电信号的转换、模数信号的转换和红外热图像显示等功能。
(1) 红外探测器
红外探测器是整个红外热成像系统的核心部件，它是把不可见的红外辐射转
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