透镜成像下的目标自识别温度场测量方法

图像传感为温度场测量提供了技术实现的平台。但在透镜成像下，只有位于物距和象距平面上相关点处的辐射量才具有关联性，这表明图像传感只能进行二维温度场的测量。在利用图像传感所提供的辐射数据开展温度场测量时，必须解决多方位视角系数和如何辨认被测目标这样两个问题。本项目通过辐射测量方程的分析，对测量中存在的光谱和非光谱参量用波长积分实施分离，用归一化处理消除非光谱参量，解决了多方位视角系数对辐射测量的影响问题；注意到测量视场内仅存在有连续、带状和线状等三类辐射，相应函数所具有的不同表征使得归一化测量数据有所不同，因此可从归一化测量数据上对被测目标进行辨认。以泰勒局部公式中的线性部分和在测量波段内采用无量纲波长所表征的发射率函数，不仅对被测目标和测量波段具有普适意义，而且待定参数有限。最后，根据数学求解封闭条件的要求，选择设计有限的谱色函数，便形成了透镜成像下的目标自识别温度场测量方法。

从技术角度看，辐射测温的发展经历过两个阶段：单个传感器的非成像测量阶段和传感器阵列的成像测量阶段。本项目在以下四个方面对成像测量进行了研究。.1、辐射的非成像测量与成像测量的差异——成像效应。很显然，当被测目标表面发射辐射不均匀时，传感器阵列上的每个传感器像元的测量数据一定是不相同的，因此，成像测量与非成像测量在表述上存在着差异，本项目研究揭示出两种测量的差异体现为成像效应。.2、成像视场中不同目标的识别。既然是成像测量，免不了成像视场中存在有不同的目标，这些目标在两个方面表现有差异：一是辐射性质上的差异，本项目采用无量纲波长的不同波段予以表述；二是辐射光谱上的差异，本项目采用发射率的数值随波长的或增或减来描述。正是由于数学描述上的差异，并且这种差异可以在谱色测量的被积函数中体现出来，于是就可以在测量数据的归一化坐标系中，根据坐标区位的不同，把不同的目标识别出来。.3、多波长测温和多谱色测温的差异——联合谱色。辐射测温必须要提供测量方程组才能进行，提供辐射测量方程组有两种实现技术：单色技术和谱色技术。本课题提出“联合谱色”概念，指出单色技术构造的多波长测温方法和谱色技术构造的多谱色测温在测量波段内存在有如下差异：对任意波长下的辐射，使用单色技术，其联合谱色函数是不连续的；使用谱色技术，其联合谱色函数是连续的。.4、辐射测温中无需使用辐射标定。当使用辐射强度的绝对数值来求解温度时，辐射标定不可避免，因此提供标定辐射源和测量时保持标定条件，成为传统辐射测温的两个重要特征。但若使用辐射强度的相对数值来求解温度时，就不需要辐射标定，也就没有标定条件之限制，给辐射测温带来极大的便利。