專利名稱：Ccd測溫范圍擴增技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種CCD圖像傳感器應(yīng)用于高溫溫度檢測時的測溫范圍擴增技術(shù)。
背景技術(shù)：
由CCD的光譜響應(yīng)特性和光電轉(zhuǎn)換特性可知，彩色CCD圖像傳感器的R、 G、 B三基色輸出值反映了被測對象表面輻射光的亮度和色度信息，而物體的輻 射光與物體溫度有著特定的關(guān)系。根據(jù)熱輻射理論，當(dāng)CCD工作在線性工作狀 態(tài)時，輻射體單色輻射亮度與CCD三色通道輸出信號有一一對應(yīng)關(guān)系，可以利 用CCD輸出的圖像信號計算輻射體的表面溫度場，即可進行溫度測量。因工業(yè) 用CCD并非專為輻射測溫研制，其動態(tài)范圍較窄，不能滿足高溫測量對測溫范 圍的要求，使基于CCD的輻射測溫技術(shù)的應(yīng)用受到嚴重限制。有人提出在CCD 鏡頭前加高衰減率的中性濾光片來防止CCD出現(xiàn)飽和失真，以此擴大CCD的 測溫范圍。研究表明，該方法雖能擴大測溫范圍，但其效果有限，仍難以滿足 高溫測量的應(yīng)用要求。工程中常用的自動調(diào)節(jié)光圈或者快門的技術(shù)在CCD高溫 檢測中也并不適用，這是因為CCD圖像傳感器在進行溫度測量時必須先進行標(biāo) 定，以校正CCD光譜響應(yīng)特性非理想引入的測量誤差，而CCD的校正系數(shù)與 光圈和快門有關(guān)，所以測溫時選擇的光圈快門組合和標(biāo)定時的光圈快門組合必 須一致，才能夠利用校正系數(shù)實現(xiàn)誤差補償。在常用的自動調(diào)節(jié)光圈或快門的 技術(shù)中，光圈和快門往往是連續(xù)變化且難以控制的，這就導(dǎo)致無法保證標(biāo)定和 測溫時采用的是同一種光圈快門組合，因此難以保證對測溫誤差進行正確校正。目前尚沒有實用的CCD圖像傳感器應(yīng)用于高溫檢測時的測溫范圍擴增技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
在實際的高溫測量中發(fā)現(xiàn)，CCD采集的圖像中紅色分量容易飽和，綠、藍色 分量容易因曝光不足而導(dǎo)致輸出信號過低。當(dāng)紅色輸出飽和時，輻射體紅色輻 射亮度與CCD紅色通道輸出信號的線性對應(yīng)關(guān)系被破壞；當(dāng)綠色輸出過低時， 綠色信號受熱噪聲、暗電流等干擾影響很大，兩者均會導(dǎo)致測量結(jié)果失真。而 CCD應(yīng)用于輻射測溫時通常要求有較寬的測溫范圍，因此，必須擴大CCD的測 溫范圍以達到高溫測量領(lǐng)域的應(yīng)用要求。
本發(fā)明的技術(shù)方案是在進行高溫檢測時，采用動態(tài)改變光圈快門組合的方 法來控制CCD的進光量，從而保證CCD工作于線性工作狀態(tài)。在標(biāo)定時，先 調(diào)節(jié)快門時間，當(dāng)快門時間已經(jīng)調(diào)到最小但CCD仍然曝光過度時再改變光圈， 從而保證CCD始終工作于線性工作狀態(tài)。利用標(biāo)定公式計算出CCD的器件響 應(yīng)特性校正系數(shù)，記錄下每一系數(shù)所對應(yīng)的光圈和快門組合。在測溫時，首先 由測溫系統(tǒng)自動選擇一組在標(biāo)定時記錄下的光圈快門組合，以保證CCD工作于 線性工作狀態(tài)，然后讀取與該組光圈快門組合相對應(yīng)的器件響應(yīng)特性校正系數(shù)， 最后利用該系數(shù)對測溫中由CCD光譜響應(yīng)特性非理想造成的誤差進行校正，從 而得到準(zhǔn)確的測溫結(jié)果。
本發(fā)明提出的CCD測溫范圍擴增技術(shù)標(biāo)定步驟簡單實用，能夠有效地擴大 CCD的測溫范圍，使其能夠滿足高溫檢測領(lǐng)域的應(yīng)用要求，從而顯著提高了基 于CCD圖像傳感器的高溫溫度檢測技術(shù)的實用性。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細的說明。圖1是本發(fā)明提出的測溫范圍擴增技術(shù)的標(biāo)定步驟。
圖2是本發(fā)明提出的測溫范圍擴增技術(shù)的測溫步驟。
具體實施例方式
CCD輸出信號的大小與入射光瞳孔徑(光圈)和曝光時間(快門)有關(guān)。當(dāng) CCD曝光過度導(dǎo)致勢阱中的電荷飽和并出現(xiàn)電荷"溢出"現(xiàn)象時，減小曝光時間 或者減小光圈均可降低進光量；當(dāng)CCD曝光不足導(dǎo)致成像過暗時，增加曝光時 間或者增大光圈均可增加進光量。因此，可以通過調(diào)節(jié)光圈或者快門來控制CCD 的進光量，從而保證CCD工作于線性工作狀態(tài)。
圖1所示為測溫范圍擴增技術(shù)的標(biāo)定步驟，具體流程如下
(1) 調(diào)節(jié)黑體爐溫度到測溫下限，將快門調(diào)到最大，調(diào)節(jié)光圈到所采集的 高溫輻射體圖像中的綠色值G剛好大于綠色閾值，將標(biāo)定用測溫儀表檢測到的 實際溫度值與高溫輻射體圖像中紅、綠色值R、 G代入標(biāo)定公式，計算出CCD 器件響應(yīng)特性校正系數(shù)，記錄下此時的光圈快門組合。
標(biāo)定公式如下
—5.7925 x103
ln^+〖+1.2414 G
式中，及、G為CCD輸出的紅、綠基色值，K為CCD光譜響應(yīng)特性校正系 數(shù)，K為輻射體溫度。
(2) 固定光圈快門組合不變，按照設(shè)定步長升高爐溫，首先檢測.CCD采集 到的高溫輻射體圖像中紅色值R，如果R值小于設(shè)定閾值，則重復(fù)上述步驟， 計算出CCD器件響應(yīng)特性校正系數(shù)。
(3) 當(dāng)溫度升高到紅色值R大于設(shè)定閾值時，先減小快門時間直至綠色值 G剛好大于設(shè)定閾值，固定并記錄這一光圈快門組合，再按照步驟(1) ~ (2)繼續(xù)進行標(biāo)定。如果快門時間已經(jīng)減至最小，則將快門調(diào)到最大，然后減小光
圈到綠色值G剛好大于設(shè)定閾值，再按照步驟(1) (2)繼續(xù)進行標(biāo)定。
(4)重復(fù)步驟(1) ~ (3)，直至黑體爐的溫度升高到測溫上限即完成標(biāo)定。
標(biāo)定結(jié)束后，對標(biāo)定實驗得到的各組光圈快門組合下的校正系數(shù)與溫度值進 行曲線擬合，從而得到CCD器件響應(yīng)特性校正系數(shù)曲線。 '
圖2所示為測溫范圍擴增技術(shù)的測溫步驟，具體流程為
(1)將標(biāo)定中所有的光圈快門組合按照大小編號。開始測溫時，首先選擇 最小的一個光圈快門組合，如果該光圈快門組合可以保證進光量滿足設(shè)定條件， 就利用此光圈快門組合對應(yīng)的響應(yīng)特性校正系數(shù)曲線來校正測溫結(jié)果；如果不 能使進光量滿足設(shè)定條件，則逐步選擇更大的光圈快門組合，直至進光量滿足 測溫條件時，再利用此時的光圈快門組合所對應(yīng)的響應(yīng)特性校正系數(shù)曲線來校 正測溫結(jié)果。在測量過程中，被測輻射體的溫度是不斷變化的，因此在每次測 量前必須先自動檢測圖像的曝光情況，如果出現(xiàn)曝光過度或者曝光不足，就由 系統(tǒng)自動選擇適當(dāng)?shù)墓馊扉T組合。如果所有的光圈快門組合都無法保證進光 量滿足測量條件，就說明此時輻射體溫度不在CCD高溫溫度場測量儀的測溫范 圍內(nèi)，測溫軟件自動報警。
權(quán)利要求
1.利用動態(tài)選擇光圈快門組合的方式來擴增CCD測溫范圍的方法。其特征是通過標(biāo)定實驗確定不同光圈快門組合下的CCD器件響應(yīng)特性校正系數(shù)曲線。標(biāo)定時通過調(diào)節(jié)光圈快門時間來保證CCD始終工作于線性工作狀態(tài)，記錄下每一組光圈快門組合和該組合下CCD的器件響應(yīng)特性校正系數(shù)。測溫時系統(tǒng)自動選擇合適的光圈快門組合，利用與該組光圈快門組合相對應(yīng)的器件響應(yīng)特性校正系數(shù)對由CCD光譜響應(yīng)特性非理想造成的誤差進行校正，從而得到準(zhǔn)確的測溫結(jié)果。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種CCD圖像傳感器應(yīng)用于高溫溫度檢測時的測溫范圍擴增技術(shù)。當(dāng)CCD工作在線性工作狀態(tài)時，輻射體單色輻射亮度與CCD三色通道輸出信號有一一對應(yīng)關(guān)系，可以利用CCD輸出的圖像信號計算輻射體的表面溫度場，從而實現(xiàn)高溫測量。本發(fā)明方案在進行高溫檢測時，通過自動檢測CCD傳感器的進光量來實時動態(tài)選擇光圈快門組合，從而保證CCD始終工作于線性工作狀態(tài)。為保證測溫結(jié)果的準(zhǔn)確性，通過標(biāo)定實驗確定不同光圈快門組合下的CCD器件響應(yīng)特性校正系數(shù)曲線，并利用校正系數(shù)曲線對測溫結(jié)果進行誤差補償。
文檔編號G01J5/10GK101620010SQ20091004366
公開日2010年1月6日 申請日期2009年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月10日
發(fā)明者軍 嚴, 元 孫, 彭小奇 申請人:彭小奇;孫 元;嚴 軍