论文摘要
温度是确定物质状态的最重要参数之一，它的测量与控制在国防、军事、科学实验及工农业生产中具有十分重要的作用。多光谱（多波长）辐射测温法是一种可同时测量目标真实温度与材料光谱发射率的非接触测温方法，基于同时测量多个波长的辐射信号，辅以对象发射率的背景知识，计算出目标的温度值，针对特定的对象可以减小或消除发射率的影响，因而可以获得更高的测量精度。本论文基于CMOS图像传感技术，设计并实现了一套多光谱色温测量系统。利用CMOS图像传感器（CIS）在卷帘快门模式下的工作特性，由CIS各行记录不同时刻光源的辐射光谱照度值，根据多光谱测温原理，利用回归法拟合出对应时刻的色温，成功实现了对温度变化目标色温的连续测量。基于CIS芯片内集成的各基本功能模块，采用复杂可编程逻辑器件（CPLD）设计了外围配置及驱动接口电路，实现了光谱图像的快速采集。选用的CIS（FillFactory公司的IBIS5-A-1300）在卷帘模式下最高采集周期35.5 us，可以捕捉到快速变化光源的光谱信息。在实验系统的光学参数下，系统采集的有效光谱段为250nm～750nm，其焦平面光谱分辨能力0.544 nm。利用在可见光谱段采集的多个波长处的光谱辐射照度值，结合色温标准灯标定以及多光谱色温回归计算方法，成功测量了温度快速变化的卤钨灯的温度，得到了其温度随时间的变化曲线。
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摘要ABSTRACT目录第一章 引言1.1 温度测量的意义1.2 测温技术及其发展状况1.2.1 辐射测温的发展概况1.2.2 多光谱辐射测温技术研究现状1.3 论文的研究意义和研究内容1.4 论文的组织结构第二章 辐射测温原理2.1 辐射测温的主要的测量参量和基本原理2.1.1 光谱辐射度学的一些基本参量的定义2.1.2 辐射测温原理的基础定理2.2 辐射测温的基本测量方法分析2.2.1 亮度温度测量法2.2.2 全辐射测温法2.2.3 色温测量法2.3 多光谱测温原理2.4 用回归法拟合发射率并求解温度2.4.1 建立回归方程2.4.2 用最小乘法进行回归估计2.4.3 高斯消元法解方程组2.4.4 最优回归方程的选择2.4.5 被测光源温度和光谱发射率求解过程的总结第三章 光谱测量系统3.1 光谱仪器的基本组成3.2 常见光谱分析方法3.2.1 照相法3.2.2 光电法3.2.3 线阵CCD结合图像采集卡采集3.3 本论文中采用的光谱采集方法3.3.1 基于CIS的成像系统的优势3.3.2 CIS卷帘快门的工作特点3.3.3 用卷帘快门工作模式下的CIS实现光谱测量第四章 基于CMOS图像传感器的成像系统设计4.1 CMOS图像传感器简介4.1.1 CMOS图像传感器的工作原理4.1.2 CMOS图像传感器的特点4.2 CMOS图像传感器 IBIS5-A-13004.2.1 IBIS5-A-1300的主要性能指标4.2.2 IBIS5-A-1300的主要特点4.2.3 IBIS5-A-1300的芯片结构4.2.4 像素单元结构4.3 IBIS5-A-1300的两种快门模式4.3.1 卷帘快门（rolling shutter）4.3.1.1 卷帘快门工作原理4.3.1.2 卷帘快门工作步骤4.3.1.3 卷帘快门拍摄特点4.3.1.4 卷帘快门帧周期计算4.3.2 同步快门（global shutter/snapshot shutter）4.3.3 卷帘快门和同步快门的拍摄效果比较4.4 IBIS5-A-1300卷帘快门的时序设计4.4.1 成像核心的操作和相关信号4.4.2 卷帘快门时序设计4.4.2.1 总体实现4.4.2.2 功能模块介绍4.4.2.3 整体仿真及实测结果4.5 基于 CMOS图像传感器的成像系统硬件电路设计与实现4.5.1 卷帘快门模式下的电压要求及其实现4.5.2 PCB设计4.6 拍摄效果及结论4.6.1 拍摄效果4.6.3 实验结论第五章 多光谱测温实验系统与结果分析5.1 光谱测温实验系统介绍5.1.1 光源5.1.2 色散元件5.1.3 探测单元5.1.4 采集到的光谱图像5.2 系统的标定5.2.1 标定的意义5.2.2 根据像元位置确定波长的定位处理5.2.2.1 标定光源5.2.2.2 标定结果5.3 数据处理与结果分析第六章 总结与展望参考文献发表文章目录致谢
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