基于CCD图像传感器的温度测量技术研究

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、科学实验和工农业生产中都具有十分重要的作用。特别是在航天、材料、能源、冶金等领域中,高温测量占有极重要的地位。基于CCD图像传感器的非接触式测温技术因其具有独特的优点而成为高温检测领域的研究热点之一。本文系统地研究了基于CCD的非接触式测温法的原理,论述了CCD输出信号与辐射体温度的关系,针对目前该测温方法测量精度不高的问题,分析了单色测温法和比色测温法的主要误差来源,并提出了基于CCD图像传感器的三基色测温法。在论述了三基色测温法的原理和标定方法之后,设计了一套基于彩色CCD图像传感器的三基色测温系统。介绍了测温系统中各部分的功能,并提出了器件选用的原则,并用VC++.NET和MATLAB分别编写了图像采集软件和图像分析软件。本文对从某导弹研究所拍摄到的高温燃气舵图像进行了温度场仿真计算,结果表明本文提出的测试方法能有效地测量出高温燃气舵表面温度场,提高了测温精度。目前,市场上还没有成熟的基于CCD图像传感器的专业测温设备,大多处于实验室探索阶段,而红外热像仪又十分昂贵。本文设计的基于彩色CCD的非接触式测温系统有较高的准确性、可靠性,价格低廉,操作方便,易于推广,因而具有极高的实用价值和广阔的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 课题的目的和意义
• 1.2 高温测量方法概述
• 1.2.1 接触式测温方法
• 1.2.2 非接触式测温方法
• 1.3 CCD 测温技术的国内外研究现状
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.4 本课题主要研究内容
• 第2章 基于CCD 的测温原理
• 2.1 热辐射温度测量原理
• 2.2 CCD 的特性和工作原理
• 2.2.1 CCD 工作原理
• 2.2.2 彩色CCD 摄相机工作原理
• 2.3 CCD 单色测温法
• 2.4 CCD 比色测温法
• 2.5 三基色测温法
• 2.6 本章小结
• 第3章 CCD 测温系统硬件设计
• 3.1 系统整体方案
• 3.2 仪器的技术指标
• 3.3 系统硬件设计
• 3.3.1 成像系统设计
• 3.3.2 图像传感系统设计
• 3.3.3 图像处理系统设计
• 3.4 本章小结
• 第4章 CCD 测温系统软件设计
• 4.1 图像采集软件设计
• 4.1.1 开发语言介绍
• 4.1.2 图像采集程序设计
• 4.2 图像分析软件设计
• 4.2.1 开发语言介绍
• 4.2.2 图像分析程序整体设计
• 4.2.3 目标识别程序设计
• 4.2.4 温度计算程序设计
• 4.3 本章小结
• 第5章 实验标定及仿真
• 5.1 标定装置
• 5.2 标定步骤
• 5.3 标定方法
• 5.3.1 CCD 单色测温法的标定
• 5.3.2 CCD 比色测温法的标定
• 5.3.3 三基色测温法的标定
• 5.4 目标温度场的仿真计算
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢