基于单相机的温度场测量系统及方法

摘要

本发明公开了一种基于单相机的温度场测量系统及方法，包括测量装置以及计算装置；测量装置包括入射窗、平板分光镜、第一反射镜组、第二反射镜组、窄带滤光片组以及相机；计算装置包括温度预订模块、图像接收模块、匹配模块以及温度计算模块；测量时将入射窗对准待测试件，光线经过入射窗射入平板分光镜后被分为光束一和光束二，光束一和光束二在经过第一反射镜组和第二反射镜组的反射后射入相机，从而在相机拍摄的图象中存在两个像，进而可以通过比色测温公式计算待测件的温度场。本发明仅需一个相机即可拍摄到具有两个目标图像的图片，同时适用于超高温温度场以及高速温度场测量，并且测量精度很高。

权利要求

1.一种基于单相机的温度场测量系统，其特征在于，包括测量装置以及计算装置；

所述测量装置包括入射窗、平板分光镜、第一反射镜组、第二反射镜组、窄带滤光片组以及相机；

所述入射窗为一块透明玻璃片，所述玻璃片对所述窄带滤光片组中的每个滤光片所透过波段的光透过率相同，用于接收待测件发出的光线；所述平板分光镜与所述入射窗之间的夹角为第一预定角；所述平板分光镜用于将从所述入射窗处接收到的光线平分为两束完全相同的光束一和光束二；

所述第一反射镜组包括第一反射镜和第二反射镜，所述第一反射镜用于接收并反射所述光束一，所述第二反射镜用于接收并反射所述光束二；所述第一反射镜和所述第二反射镜关于所述平板分光镜镜面对称，且所述平板分光镜的中心点与所述第一反射镜的中心点以及所述第二反射镜的中心点的距离相同；

所述第二反射镜组包括第三反射镜和第四反射镜，分别用于接收并反射所述第一反射镜组反射出的所述光束一和所述光束二；并且所述第三反射镜和所述第四反射镜之间的夹角为第二预定角，所述第二预定角的开口朝向所述平板分光镜，所述第三反射镜和所述第四反射镜关于所述平板分光镜镜面对称；

所述窄带滤光片组包括第一滤光片和第二滤光片，分别用于接收所述第二反射镜组反射出的所述光束一和所述光束二；所述第一滤光片与所述第二滤光片位于同一平面且并排设置在所述第二反射镜组远离所述平板分光镜的一侧，并且所述第一滤光片和所述第二滤光片关于所述平板分光镜镜面对称；所述第一滤光片和所述第二滤光片的中心波长不同，且所述第一滤光片和第二滤光片的中心波长之差的绝对值小于150nm；所述第一滤光片和第二滤光片的中心波长均大于760nm；

所述相机设置在所述窄带滤光片组远离所述平板分光镜的一侧，并且所述相机的镜头正对所述窄带滤光片组的中间位置；所述光束一和所述光束二经过所述第一反射镜组、所述第二反射镜组以及所述窄带滤光片组后射入所述相机；

所述计算装置用于根据所述相机拍摄到的图像计算所述待测件表面的温度场，包括：

温度预订模块、图像接收模块、匹配模块、温度计算模块；

所述温度预订模块用于接收所述待测件被加热的目标温度值，根据所述目标温度值和标定系数曲线确定标定系数K，其中，所述标定系数曲线为温度与标定系数的相关曲线；

所述图像接收模块用于接收所述相机拍摄的目标图像，所述目标图像上包括第一目标区域和第二目标区域；所述第一目标区域为所述光束一对应的虚像；所述第二目标区域为所述光束二对应的虚像；所述第一目标区域和所述第二目标区域呈镜像关系；所述第一目标区域和所述第二目标区域上均包含N个标记点，所述标记点为在对所述待测件进行拍摄之前，对所述待测件表面制作的与未标记区域粗糙程度不同的标记；

所述匹配模块用于执行以下步骤：以任意一条直线为轴对所述第二目标区域做镜像变换，得到第三目标区域；将所述第一目标区域上的每一个像素单元与所述第三目标区域上的每一个像素单元一一对应；所述像素单元为像素点或亚像素点；

所述温度计算模块，对于所述第一目标区域和所述第三目标区域上相对应的一个所述像素单元，采用以下公式计算所述待测件上所述像素单元对应的温度：其中，C2表示第二辐射常数，λ1、λ2分别表示所述第一滤光片以及所述第二滤光片的中心波长，η1、η2分别表示所述相机在λ1和λ2波长下的光谱响应值，N1和N2分别表示所述第一目标区域和所述第三目标区域上相对应的一个所述像素单元的灰度值，K为所述标定系数。

2.根据权利要求1所述的基于单相机的温度场测量系统，其特征在于，

所述平板分光镜与所述入射窗之间的夹角为45°；

所述第一反射镜和所述第二反射镜与所述平板分光镜之间的夹角分别为θ，所述夹角θ的开口方向朝向所述入射窗一侧，且0°<θ<20°。

3.根据权利要求1所述的基于单相机的温度场测量系统，其特征在于，所述温度预订模块采用以下方法确定所述标定系数曲线：将黑体炉的炉口正对所述测量装置的入射窗；

在预设的温度范围内逐步升高所述黑体炉的温度，得到a个实验温度T1、T2···Ta，其中，所述目标温度值位于所述预设的温度范围内；

对于每一个实验温度，分别对所述黑体炉的炉壁进行拍照，得到a个参照图像，其中，所述参照图像包括第一参照目标区域和第二参照目标区域，所述第一参照目标区域和所述第二参照目标区域呈镜像关系；

对于每一个所述参照图像，以任意一条直线为轴对所述第二目标区域做镜像变换，得到第三参照目标区域，将所述第一参照目标区域和所述第三参照目标区域上的每一个像素单元一一匹配，将每一个所述实验温度分别代入所述公式(1)中，求出每一个所述实验温度对应的标定系数K；

利用每一个所述实验温度和各个所述标定系数K形成所述标定系数曲线。

4.根据权利要求1所述的基于单相机的温度场测量系统，其特征在于，

所述匹配模块采用以下步骤将所述第一目标区域上的每一个像素单元与所述第三目标区域上的每一个像素单元一一对应：将每一个所述标记点的坐标代入以下方程组，通过所述方程组求解出所述第三目标区域的整体图像相对于所述第一目标区域的整体图像在X轴方向的第一位移U、Y轴方向上的第二位移V、以及旋转角度θ；

其中，N为所述标记点的数量，且N≥3，xi、yi为所述第一目标区域的第i个标记点的坐标；

xi'、yi'为所述第三目标区域的第i个标记点的坐标；

根据所述第一位移U、所述第二位移V和所述旋转角度θ的值，通过几何关系将所述第一目标区域上的每一个像素单元与所述第三目标区域上的每一个像素单元的位置进行一一匹配。

5.一种基于单相机的温度场测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

接收待测件被加热的目标温度值，根据所述目标温度值和预设的标定系数曲线确定标定系数K，其中，所述标定系数曲线为温度与标定系数的相关曲线；

接收测量装置拍摄到的所述待测件的图像，其中，所述待测件的图像包括互为镜像关系的第一目标区域和第二目标区域；所述待测件上预设有N个标记点，所述标记点为在对所述待测件进行拍摄之前，对所述待测件表面制作的与未标记区域粗糙程度不同的标记，其中，所述测量装置为权利要求1至4中任一项所述的测量装置；

以任意一条直线为轴对所述第二目标区域做镜像变换，得到第三目标区域；

将所述第一目标区域上的每一个像素单元与所述第三目标区域上的每一个像素单元进行一一匹配，得到所述第一目标区域的所有像素单元与所述第三目标区域的所有像素单元之间的对应关系，所述像素单元为像素点或亚像素点；

对于一个所述第一目标区域上的像素单元和与所述第一目标区域上的像素单元相对应的所述第三目标区域上的像素单元，采用以下公式计算所述像素单元的温度T，其中，C2表示第二辐射常数，λ1、λ2分别表示所述测量装置的第一滤光片以及所述测量装置的第二滤光片的中心波长，η1、η2分别表示所述测量装置的相机在λ1和λ2波长下的光谱响应值，N1和N2分别表示所述第一目标区域和所述第三目标区域上相对应的一个所述像素单元的灰度值，K为所述标定系数；

通过所述公式(1)分别计算所述第一目标区域上的每一个像素单元的温度值，得到所述待测件的温度场。

6.根据权利要求5所述的基于单相机的温度场测量方法，其特征在于，通过以下方法获得标定系数曲线：将黑体炉的炉口正对所述测量装置的入射窗；

在预设的温度范围内逐步升高所述黑体炉的温度，得到a个实验温度T1、T2···Ta，其中，所述目标温度值位于所述预设的温度范围内；

对于每一个实验温度，分别对所述黑体炉的炉壁进行拍照，得到a个参照图像，其中，所述参照图像包括第一参照目标区域和第二参照目标区域，所述第一参照目标区域和所述第二参照目标区域呈镜像关系；

对于每一个所述参照图像，以任意一条直线为轴对所述第二参照目标区域做镜像变换，得到第三参照目标区域，将所述第一参照目标区域和所述第三参照目标区域上的每一个像素单元一一匹配，将每一个所述实验温度分别带入所述公式(1)中，求出每一个所述实验温度对应的标定系数K；

利用每一个所述实验温度和各个所述标定系数K形成所述标定系数曲线。

7.根据权利要求5所述的基于单相机的温度场测量方法，其特征在于，

将所述第一目标区域上的每一个像素单元与所述第三目标区域上的每一个像素单元进行一一匹配的步骤包括：将每一个所述标记点的坐标代入以下方程组，通过所述方程组求解出所述第三目标区域的整体图像相对于所述第一目标区域的整体图像在X轴方向的第一位移U、Y轴方向上的第二位移V、以及旋转角度θ；

其中，N为所述标记点的数量，且N≥3，xi、yi为所述第一目标区域的第i个标记点的坐标；xi'、yi'为所述第三目标区域的第i个标记点的坐标；

根据所述第一位移U、所述第二位移V和所述旋转角θ的值，通过几何关系将所述第一目标区域上的每一个像素单元与所述第三目标区域上的每一个像素单元的位置进行一一匹配。

说明书

基于单相机的温度场测量系统及方法

技术领域

[0001] 本发明属于红外高温测量技术领域，更具体地，涉及一种基于单相机的温度场测量系统及方法。

背景技术

[0002] 测量材料表面高温温度场在航天航空、机械制造、车辆工程等领域具有重要意义。应用于航空、汽车、轮船等工程中的发动机发展是以高温为主要特征的，发动机涡轮叶片作为受热的关键部件，准确测量其表面温度场分布是评估其性能、预测其寿命的重要环节，是涡轮叶片合理选材、冷却设计、热障涂层防护设计的必要前提。然而目前发动机涡轮叶片表面的温度场测量受发动机内部温度极高，空间狭小，涡轮叶片高速旋转等一系列不利因素制约，传统接触式测温计不仅响应速度慢、只能单点测温，而且还可能对材料表面造成破坏，，故不适用于涡轮叶片的温度场测量，而以双波段比色测温法为代表的非接触式红外测温计既可以测量材料表面全场温度，又有响应快、分辨率高、测量距离可调、测温范围广等诸多优势，故成为航空、汽车、轮船等工程中发动机涡轮叶片表面温度场测量的主要方法。

[0003] 随着增材制造技术的不断发展，为了提高增材制造产品的强度与可靠性，就必须在制造过程中进行在线监测与调控。在金属增材制造过程中，高能激光束将金属粉末熔化产生熔池，熔池的温度场信息对分析产品成型质量、残余应力、强度等具有重要作用，准确测量熔池的温度场有利于提高增材制造技术的制造精度。然而增材制造过程中熔池的范围特别小，变化速度特别快，温度特别高，利用普通红外热像仪测量其温度场，受红外热像仪的分辨率和测量帧率限制，得到的测量结果往往精度难以达到要求；而且增材制造设备的集成化发展趋势对温度场测量设备的体积作出一定的限制；综上，增材制造工程中亟需一种具有高分辨率、高拍摄帧率、体积小巧的高温温度场测量装置。

[0004] 目前，对于比色测温装置与方法已经有了较多研究。比如，在公开号为CN106755683A的中国专利中，公开了一种基于比色法的高炉燃烧带温度场检测装置，用于实时监测高炉燃烧带的温度场分布；该专利在数据处理中加入了预处理、黑体炉标定去向、改进的比色法计算模型、后处理等减小计算误差；然而该专利设计了双相机测量测量光路，并且需要两台计算机进行控制，一方面成本较高，整个装置体积较大，控制与调试较为复杂，另一方面，其光路设计使得待测区域到两台相机的光程不同，从而使两台相机拍摄的图像大小不同，增大了后期作图像匹配的难度，为温度场测量带来一定的误差；并且，采用双相机进行温度场测量，很难保证双相机同时触发，这对于航空航天、汽车、轮船等工程中发动机内高速旋转的涡轮叶片、增材制造工业中快速变换的金属熔池等需要高速和超高速测量的领域，将会产生较大的测量误差。

[0005] 在公开号为CN107167249A的中国专利中，针对增材制造过程中熔池温度的在线监测技术，公开了一种单相机双波段比色测温方法及系统，该方法可以采用高速相机进行测温，满足了熔池温度场的高速测量需求；同时该方法设计了单相机测温光路，减小了装置体积，满足了熔池温度场测量装置的集成化需求；不过该专利所设计的测温光路不足之处在于，其分光系统没有采用平板分光镜，而是采用了一块三棱镜进行分光；利用平板分光镜分光与利用三棱镜分光的区别在于，平板分光镜可以将一束光按1:1分成两束，这两束光的强度以及波长分布完全相同，用相机采集其图像也完全相同；而三棱镜却不能将一束光分成两束，之所以能用相机透过三棱镜拍摄到待测区域两个像的一幅图像，是由于三棱镜不同的面的折射作用，使得待测区域发出的两束光可以同时投影到相机的靶面上，此时相机相当于从两个角度对待测区域进行拍摄，所得到的两幅图像也不完全一致，存在视差；而待测区域在不同方向上的辐射强度一般不同，该专利将透过三棱镜的两束光按照强度一致来处理，增大了温度场计算误差。

[0006] 在公开号为CN101358881A的中国专利中，公开了一种基于单台彩色CCD相机的双波段比色测温方法，该方法利用双波段干涉滤光片进行滤波，然后利用一台彩色CCD相机采集图像并计算温度场，避免了双相机测量存在的分散性问题；但是彩色相机选取可见光波段进行测量，容易受到待测物体本身颜色的影响，使得相机采集到的图像亮度不完全是物体在所选波段的辐射亮度，从而给计算结果带来误差；并且对于高速和超高速测量需求，高速彩色相机相对于高速黑白相机成本更高。

[0007] 红外热像仪是目前温度场测量中常用的测量工具，但是红外热像仪通常的测温范围在1500℃以下，无法测量1500℃以上的超高温温度场，并且一般红外热像仪的空间分辨率和空间分辨率都较低，对于一些高精度、高分辨、高速度测量需求，普通红外热像仪往往难以满足。

[0008] 另外，在利用比色法进行温度场计算时，需要将采集到的两幅对应图像进行匹配，找到它们对应点的位置关系，但是相机所采集到的用于计算温度场的原始图像，常常不具备足够多的特征点，这就为做图像匹配增加了难度；而目前对于比色法温度场测量中的图像匹配技术，也少有文献提及。

[0009] 因此，发展一种成本低廉，体积小巧，可以灵活调试，空间分辨率高，测量精度高，并且适用于高温和超高温量、高速和超高速温度场测量的温度场测量装置与方法，是红外高温测量技术领域亟待解决的技术问题。

发明内容

[0010] 有鉴于此，本发明提供了一种基于单相机的温度场测量系统及方法。解决了现有技术中对待测件的温度场测量精度低、成本高的问题。

[0011] 为了解决上述问题，本发明提出了一种基于单相机的温度场测量系统，包括测量装置以及计算装置；

[0012] 所述测量装置包括入射窗、平板分光镜、第一反射镜组、第二反射镜组、窄带滤光片组以及相机；

[0013] 所述入射窗为一块透明玻璃片，所述玻璃片对所述窄带滤光片组中的每个滤光片所透过波段的光透过率相同，用于接收待测件发出的光线；所述平板分光镜与所述入射窗之间的夹角为第一预定角；所述平板分光镜用于将从所述入射窗处接收到的光线平分为两束完全相同的光束一和光束二；

[0014] 所述第一反射镜组包括第一反射镜和第二反射镜，所述第一反射镜分别用于接收并反射所述光束一，所述第二反射镜用于接收并反射所述光束二；所述第一反射镜和所述第二反射镜关于所述平板分光镜面对称，且所述平板分光镜的中心点与所述第一反射镜的中心点以及所述第二反射镜的中心点的距离相同；

[0015] 所述第二反射镜组包括第三反射镜和第四反射镜，分别用于接收并反射所述第一反射镜组反射出的所述光束一和所述光束二；并且所述第三反射镜和所述第四反射镜之间的夹角为第二预定角，所述第二预定角的开口朝向所述平板分光镜，所述第三反射镜和所述第四反射镜关于所述平板分光镜面对称；

[0016] 所述窄带滤光片组包括第一滤光片和第二滤光片，分别用于接收所述第二反射镜组反射出的所述光束一和所述光束二；所述第一滤光片与所述第二滤光片位于同一平面且并排设置在所述第二反射镜组远离所述平板分光镜的一侧，并且所述第一滤光片和所述第二滤光片关于所述平板分光镜面对称；所述第一滤光片和所述第二滤光片的中心波长不同，且所述第一滤光片和第二滤光片的中心波长之差的绝对值小于150nm；所述第一滤光片和第二滤光片的中心波长均大于760nm；

[0017] 所述相机设置在所述窄带滤光片组远离所述平板分光镜的一侧，并且所述相机的镜头正对所述窄带滤光片组的中间位置；所述光束一和所述光束二经过所述第一反射镜组、所述第二反射镜组以及所述窄带滤光片组后射入所述相机；

[0018] 所述计算装置用于根据所述相机拍摄到的图像，计算所述待测件表面的温度场。

[0019] 进一步的，所述平板分光镜与所述入射窗之间的夹角为45°；

[0020] 所述第一反射镜和所述第二反射镜与所述平板分光镜之间的夹角分别为θ，所述夹角θ的开口方向朝向入射窗一侧，且0°<θ<20°。

[0021] 进一步的，所述计算装置包括：

[0022] 温度预订模块，用于接收所述待测件被加热的目标温度值，根据所述目标温度值和标定系数曲线确定标定系数K，其中，所述标定系数曲线为温度与标定系数的相关曲线；

[0023] 图像接收模块，用于接收所述相机拍摄的目标图像，所述目标图像上包括第一目标区域和第二目标区域；所述第一目标区域为所述光束一对应的虚像；所述第二目标区域为所述光束二对应的虚像；所述第一目标区域和所述第二目标区域呈镜像关系；所述第一目标区域和所述第二目标区域上均包含N个标记点，所述标记点为在对所述待测件进行拍摄之前，对所述待测件表面制作的与未标记区域粗糙程度不同的标记；

[0024] 匹配模块，用于执行以下步骤：

[0025] 以任意一条直线为轴对所述第二目标区域做镜像变换，得到第三目标区域；

[0026] 将所述第一目标区域上的每一个像素单元与所述第三目标区域上的每一个像素单元一一对应，所述像素单元为像素点或亚像素点；

[0027] 温度计算模块，对于所述第一目标区域和所述第三目标区域上相对应的一个所述像素单元，采用以下公式计算所述待测件上所述像素单元对应的温度：

[0028]

[0029] 其中，C2表示第二辐射常数，λ1、λ2分别表示所述第一滤光片以及所述第二滤光片的中心波长，η1、η2分别表示所述相机在λ1和λ2波长下的光谱响应值，N1和N2分别表示所述第一目标区域和所述第三目标区域上相对应的一个所述像素单元的灰度值，K为所述标定系数。

[0030] 进一步的，所述温度预订模块采用以下方法确定所述标定系数曲线：

[0031] 将黑体炉的炉口正对所述测量装置的入射窗；

[0032] 在预设的温度范围内逐步升高所述黑体炉的温度，得到a个实验温度T1、T2···Ta，其中，所述目标温度值位于所述预设的温度范围内；

[0033] 对于每一个实验温度，分别对所述黑体炉的炉壁进行拍照，得到a个参照图像，其中，所述参照图像包括第一参照目标区域和第二参照目标区域，所述第一参照目标区域和所述第二参照目标区域呈镜像关系；

[0034] 对于每一个所述参照图像，以任意一条直线为轴对所述第二目标区域做镜像变换，得到第三参照目标区域，将所述第一参照目标区域和所述第三参照目标区域上的每一个像素单元一一匹配，将每一个所述实验温度分别带入所述公式(1)中，求出每一个所述实验温度对应的标定系数K；

[0035] 利用每一个所述实验温度和各个所述标定系数K形成所述标定系数曲线。

[0036] 进一步的，所述匹配模块采用以下步骤将所述第一目标区域上的每一个像素单元与所述第三目标区域上的每一个像素单元一一对应：

[0037] 将所述第一目标区域和所述第三目标区域分别划分为p*q个子区域，每一个所述子区域上都包含若干个标记点；所述子区域为正方形且边长为2M个像素，M为正整数；

[0038] 选取所述第一目标区域中的任意一个所述子区域作为第一目标子区域；

[0039] 依次选取所述第三目标区域中的每一个所述子区域作为第三目标子区域，采用以下公式计算所述第三目标子区域与所述第一目标子区域之间的相关性：

[0040]

[0041] 其中，C为相关性的值，C值越小表示相关性越强，f(x,y)和g(x',y')分别表示所述第一目标子区域和所述第三目标子区域的坐标，fm和gm分别为所述第一目标子区域和所述第三目标子区域的平均灰度值；

[0042] 选取与所述第一目标子区域的相关性最强的第三目标子区域，与所述第一目标子区域进行匹配，所述第一目标子区域的中心点与所选取的所述第三目标子区域的中心点即为匹配点；

[0043] 依次选取所有所述第一目标区域中的所有所述子区域作为所述第一目标子区域，通过所述公式(2)与所述第三目标区域中的第三目标子区域进行匹配，得到所述第一目标区域与所述第三目标区域中所有像素单元的匹配关系。

[0044] 进一步的，所述匹配模块采用以下步骤将所述第一目标区域上的每一个像素单元与所述第三目标区域上的每一个像素单元一一对应：

[0045] 将每一个所述标记点的坐标代入以下方程组，通过所述方程组求解出所述第三目标子区域的整体图像相对于所述第一目标子区域的整体图像在X轴方向的第一位移U、Y轴方向上的第二位移V、以及旋转角度θ；

[0046]

[0047]

[0048] 其中，N为所述标记点的数量，且N≥3，xi、yi为所述第一目标区域的第i个标记点的坐标；

[0049] xi'、yi'为所述第三目标区域的第i个标记点的坐标；

[0050] 根据所述第一位移U、所述第二位移V和所述旋转角度θ的值，通过几何关系将所述第一目标区域上的每一个像素单元与所述第三目标区域上的每一个像素单元的位置进行一一匹配。

[0051] 为了解决上述问题，本发明还提出了一种基于单相机的温度场测量方法，包括以下步骤：

[0052] 接收待测件被加热的目标温度值，根据所述目标温度值和预设的标定系数曲线确定标定系数K，其中，所述标定系数曲线为温度与标定系数的相关曲线；

[0053] 接收测量装置拍摄到的所述待测件的图像，其中，所述待测件的图像包括互为镜像关系的第一目标区域和第二目标区域；所述待测件上预设有N个标记点，所述标记点为在对所述待测件进行拍摄之前，对所述待测件表面制作的与未标记区域粗糙程度不同的标记，其中，所述测量装置为权利要求1至6中任一项所述的测量装置；

[0054] 以任意一条直线为轴对所述第二目标区域做镜像变换，得到第三目标区域；

[0055] 将所述第一目标区域上的每一个像素单元与所述第三目标区域上的每一个像素单元进行一一匹配，得到所述第一目标区域的所有像素单元与所述第三目标区域的所有像素单元之间的对应关系，所述像素单元为像素点或亚像素点；

[0056] 对于一个所述第一目标区域上的像素单元和与所述第一目标区域上的像素单元相对应的所述第三目标区域上的像素单元，采用以下公式计算所述像素单元的温度T，[0057]

[0058] 其中，C2表示第二辐射常数，λ1、λ2分别表示所述测量装置的第一滤光片以及所述测量装置的第二滤光片的中心波长，η1、η2分别表示所述测量装置的相机在λ1和λ2波长下的光谱响应值，N1和N2分别表示所述第一目标区域和所述第三目标区域上相对应的一个所述像素单元的灰度值，K为所述标定系数；

[0059] 通过所述公式(1)分别计算所述第一目标区域上的每一个像素单元的温度值，得到所述待测件的温度场。

[0060] 进一步的，将黑体炉的炉口正对所述测量装置的入射窗；

[0061] 在预设的温度范围内逐步升高所述黑体炉的温度，得到a个实验温度T1、T2···Ta，其中，所述目标温度值位于所述预设的温度范围内；

[0062] 对于每一个实验温度，分别对所述黑体炉的炉壁进行拍照，得到a个参照图像，其中，所述参照图像包括第一参照目标区域和第二参照目标区域，所述第一参照目标区域和所述第二参照目标区域呈镜像关系；

[0063] 对于每一个所述参照图像，以任意一条直线为轴对所述第二参照目标区域做镜像变换，得到第三参照目标区域，将所述第一参照目标区域和所述第三参照目标区域上的每一个像素单元一一匹配，将每一个所述实验温度分别带入所述公式(1)中，求出每一个所述实验温度对应的标定系数K；

[0064] 利用每一个所述实验温度和各个所述标定系数K形成所述标定系数曲线。

[0065] 进一步的，将所述第一目标区域上的每一个像素单元与所述第三目标区域上的每一个像素单元进行一一匹配的步骤包括：

[0066] 将所述第一目标区域和所述第三目标区域划分为p*q个子区域，每一个所述子区域上都包含若干个标记点；所述子区域为正方形且边长为2M个像素，M为正整数；

[0067] 选取所述第一目标区域中的任意一个所述子区域作为第一目标子区域；

[0068] 依次选取所述第三目标区域中的每一个所述子区域作为第三目标子区域，采用以下公式计算所述第三目标子区域与所述第一目标子区域之间的相关性：

[0069]

[0070] 其中，C为相关性的值，C值越小表示相关性越强，f(x,y)和g(x',y')分别表示所述第一目标子区域和所述第三目标子区域的坐标，fm和gm分别为所述第一目标子区域和所述第三目标子区域的平均灰度值；

[0071] 选取与所述第一目标子区域的相关性最强的第三目标子区域，与所述第一目标子区域进行匹配，所述第一目标子区域的中心点与所选取的所述第三目标子区域中心点即为匹配点；

[0072] 依次选取所有所述第一目标区域中的所有所述子区域作为所述第一目标子区域，通过所述公式(2)与所述第三目标区域中的第三目标子区域进行匹配，得到所述第一目标区域与所述第三目标区域中所有像素单元的匹配关系。

[0073] 进一步的，将所述第一目标区域上的每一个像素单元与所述第三目标区域上的每一个像素单元进行一一匹配的步骤包括：

[0074] 将每一个所述标记点的坐标代入以下方程组，通过所述方程组求解出所述第三目标子区域的整体图像相对于所述第一目标子区域的整体图像在X轴方向的第一位移U、Y轴方向上的第二位移V、以及旋转角度θ；

[0075]

[0076]

[0077] 其中，N为所述标记点的数量，且N≥3，xi、yi为所述第一目标区域的第i个标记点的坐标；xi'、yi'为所述第三目标区域的第i个标记点的坐标；

[0078] 根据所述第一位移U、所述第二位移V和所述旋转角θ的值，通过几何关系将所述第一目标区域上的每一个像素单元与所述第三目标区域上的每一个像素单元的位置进行一一匹配。

[0079] 与现有技术相比，本发明提供的基于单相机的温度场测量系统及方法，至少实现了如下的有益效果：

[0080] 一、本发明通过平板分光镜将入射光分为两束，并且在经过第一反射镜组和第二反射镜组的反射后同时进入相机的镜头，使得本发明仅需一个相机即可拍摄到具有两个目标图像的图片，避免了现有技术中两个相机不方便同步触发的缺陷，提高了测量精度，同时降低了成本；

[0081] 二、本发明在通过比色测温公式计算待测件温度场之前，通过实验求得标定系数曲线，并在具体检测时根据待测件的目标温度选择相对应的标定系数K，可以修正比色测温法中由于波长带宽因素、将待测物体近似当做黑体的因素、系统分光不均匀的因素等引起的误差，提高了测量精度；

[0082] 三、本发明通过对目标区域一上的每一个子区域和目标区域三上的每一个子区域通过相关性计算公式计算两者的相关性，可以保证对第一目标区域和第三目标区域上的像素单元进行匹配的结果更加准确；

[0083] 四、本发明利用比色法进行温度测量，测量范围覆盖到高温和超高温领域，克服了现有红外热像仪无法测量超高温温度场的缺陷；

[0084] 五、本发明中相机可采用高分辨相机，极大地提高了温度场的空间分辨率，满足了温度场高分辨测量需求，弥补了现有红外热像仪分辨率较低的不足；

[0085] 六、本发明中相机可采用高速和超高速相机，不仅适用于中低速温度场测量，也适用于高速和超高速温度场测量，相较于常见的红外热像仪，极大地提高了温度场测量速率。

[0086] 当然，实施本发明的任一产品必不特定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

[0087] 通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

[0088] 被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。

[0089] 图1为基于单相机的温度场测量系统的结构示意图；

[0090] 图2为计算装置的模块示意图；

[0091] 图3为得到标定系数曲线的方法流程图；

[0092] 图4为标定系数曲线示意图；

[0093] 图5为对第一目标区域和第三目标区域上每一个像素单元的匹配方法原理的示意图；

[0094] 图6为对待测件进行实际测量并计算待测件温度场的方法流程图。

[0095] 图中，1、待测件；2、测量装置；3、计算装置；301、温度预订模块；302、图像接收模块；303、匹配模块；304、温度计算模块；4、入射窗；5、平板分光镜；6、第二反射镜；7、第一反射镜；81、第三反射镜；82、第四反射镜；9、第二滤光片；10、第一滤光片；11、相机；12、第二目标区域；13、第一目标区域；14、第三目标区域。

具体实施方式

[0096] 现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

[0097] 以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

[0098] 对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

[0099] 在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

[0100] 应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

[0101] 实施例1：

[0102] 本实施例提供了一种基于单相机的温度场测量系统，用于测量待测件表面的温度场，如图1所示为基于单相机的温度场测量系统的结构示意图，包括测量装置2以及计算装置3；

[0103] 测量装置2包括入射窗4、平板分光镜5、第一反射镜组、第二反射镜组、窄带滤光片组以及相机11，并且按照图1所示的位置安装；在测量待测件1表面的温度场时，首先对待测件1进行受热加载，再将待测件1置于正对入射窗4的位置处，由于待测件1本身可以发出红外线，在经过平板分光镜5后分为完全相同的光束一和光束二，光束一和光束二在经过第一反射镜组、第二反射镜组以及窄带滤波片组后进入相机11，因此相机11在拍摄到的一张图片中，会存在两个像，分别为光束一形成的第一目标区域13和光束二形成的第二目标区域12。通过比色测温法，即可根据第一目标区域13和第二目标区域12求出待测件1表面的温度场。

[0104] 具体的，入射窗4为一块透明玻璃片，该玻璃片对两个窄带滤光片所透过波段的光透过率相同，用于接收待测件1发出的光线；通常将入射窗4竖直设置，平板分光镜5倾斜设置，使平板分光镜5与入射窗4之间呈一定夹角，定义该夹角为第一预定角，第一反射镜组包括第一反射镜7和第二反射镜6，并且第一反射镜7和第二反射镜6关于所述平板分光镜面对称。第一反射镜7用于接收并反射光束一，第二反射镜6用于接收并反射光束二，并且平板分光镜5的中心点与第一反射镜7的中心点以及第二反射镜6的中心点的距离相同，使得光线从平板分光镜5到达第一反射镜7和第二反射镜6的时间相等。

[0105] 第二反射镜组包括第三反射镜81和第四反射镜82，分别用于接收并反射第一反射镜组反射出的光束一和光束二；并且第三反射镜81和第四反射镜82之间的呈一定夹角设置，此处定义该夹角为第二预定角，第二预定角的开口朝向平板分光镜5；并且第三反射镜81和所述第四反射镜82关于平板分光镜面对称。第二反射镜组在接收到光束一和光束二之后可以将光束一和光束二反射到相机11镜头处，以完成拍照。

[0106] 窄带滤光片组包括第一滤光片10和第二滤光片9，分别用于接收第二反射镜组反射出的光束一和光束二；第一滤光片10与第二滤光片9位于同一平面且并排设置在第二反射镜组远离平板分光镜5的一侧，也即窄带滤光片组设置在相机11和第二反射镜组之间；并且第一滤光片10和第二滤光片9关于平板分光镜5面对称；对称面与第二反射镜组的对称面相同。

[0107] 需要说明的是，窄带滤光片是指在特定的波段允许光信号通过，而偏离这个波段以外的两侧光信号被阻止的滤光片，通常定义通带为中心波长值的5％以下的滤光片为窄带滤光片。第一滤光片10和第二滤光片9的中心波长不同，且第一滤光片10和第二滤光片9的中心波长之差的绝对值小于150nm；第一滤光片10和第二滤光片9的中心波长均大于760nm；使得光束一和光束二在透过窄带滤光片组后剩余的光线中只有波长在760nm以上的红外线，并且第一滤光片10和第二滤光片9的中心波长不同但是相近，因此通过光束一和光束二拍摄出的图像，可以通过比色测温公式求得该图像的温度场。

[0108] 相机11设置在窄带滤光片组远离平板分光镜5的一侧，并且相机11的镜头正对所述窄带滤光片组的中间位置；光束一和光束二经过第一反射镜组、第二反射镜组以及窄带滤光片组后射入相机11；相机11可以为黑白相机、彩色相机、高速相机等，具体型号可以根据待测件1的大小、测量速度、测量精度以及测量距离灵活选型。在相机11拍摄到的一张图像中，会包括光束一形成的第一目标区域13和光束二形成的第二目标区域12，由于光束一和光束二从第一反射镜组到相机11的镜头所经过的距离相等，所以第一目标区域13和第二目标区域12在同一张图像中的大小完全相等，并且为镜像关系。

[0109] 计算装置3用于根据相机11拍摄到的图像，计算待测件1表面的温度场。

[0110] 与现有技术相比，本实施例具有以下优点：

[0111] 通过平板分光镜将入射光分为两束，并且在经过第一反射镜组和第二反射镜组的反射后同时进入相机的镜头，使得本发明仅需一个相机即可拍摄到具有两个目标图像得图片，避免了现有技术中两个相机不容易同步触发的缺陷，提高了测量精度，同时降低了成本。

[0112] 实施例2：

[0113] 本实施例在实施例1的基础上，提供了一种优选的基于单相机的温度场测量系统，相关之处可以参照实施例1的描述，本实施例仅对测量装置中各个元件之间的位置关系进行说明。

[0114] 请继续参考图1，平板分光镜5与入射窗4之间的夹角优选为45°，使得从待测件1上水平射入平板分光镜5的光线，一部分转化为水平方向的光束一，另一部分为竖直方向的光束二。第一反射镜7和第二反射镜6与平板分光镜5之间的夹角分别为θ，夹角θ的开口方向朝向入射窗一侧，且0°<θ<20°。第三反射镜81和第四反射镜82之间的夹角为锐角，具体可以根据第二反射镜组距离第一反射镜组的距离以及相机11距离第二反射镜组的距离调整，以能够接收到第一反射镜组反射出的光束一和光束二，并将光束一和光束二反射到相机11镜头为准。本实施例中第三反射镜81和第四反射镜82之间的夹角为60°。进一步的，也可以采用等腰三角形结构的三棱镜代替，使第二反射镜组的结构更加稳定。

[0115] 实施例3：

[0116] 本实施例在实施例1和实施例2的基础上，提供了一种基于单相机的温度场测量系统，相关之处可以参考实施例1和实施例2的描述。本实施例中对计算装置做进一步说明。

[0117] 图2为计算装置的模块示意图，结合图1和图2，计算装置3包括：

[0118] 温度预订模块301，用于接收待测件1被加热的目标温度值，根据目标温度值和标定系数曲线确定标定系数K，其中，标定系数曲线为温度与标定系数的相关曲线；K为比色测温公式中的一个标定的系数，K的值随待测件1的温度变化而变化，通过系数K可以修正比色测温法中由于波长带宽因素、系统分光不均匀的因素等引起的误差，提高测量精度。

[0119] 图像接收模块302，用于接收相机11拍摄的目标图像，目标图像上包括第一目标区域13和第二目标区域12；第一目标区域13为光束一对应的虚像；第二目标区域12为光束二对应的虚像；第一目标区域13和所述第二目标区域12呈镜像关系；

[0120] 在对待测件1进行拍照之前，需要工作人员在待测件1上标记N个互相不同的标记点，具体可以采用激光打标机等设备在待测件1表面标刻合适大小的标记点，使得标记点处相比于其他部分更加粗糙，通过该标记点处的粗糙程度，在拍照时用氙灯补光，标记点处对所选的两个窄带滤光片的透过波段的光反射程度与未做标记点的地方具有显著差异，这样才能清晰的利用相机11拍到具有标记点的图像。此外也可以通过油性笔等在待测件1表面涂抹合适大小的标记点，其原理均为改变待测件1表面的粗糙程度。

[0121] 匹配模块303，用以下步骤将第一目标区域13上的每一个像素单元与第三目标区域14上的每一个像素单元一一对应：其中，像素单元为像素点或亚像素点；

[0122] 将第一目标区域13和第三目标区域14分别划分为p*q个子区域，每一个子区域上都包含若干个标记点；子区域为正方形且边长为2M个像素；

[0123] 选取第一目标区域13中的任意一个子区域作为第一目标子区域；

[0124] 依次选取第三目标区域14中的每一个子区域作为第三目标子区域，采用以下公式计算第三目标子区域与第一目标子区域之间的相关性：

[0125]

[0126] 其中，C为相关性的值，C值越小表示相关性越强，f(x,y)和g(x',y')分别表示第一目标子区域和第三目标子区域的坐标，fm和gm分别为第一目标子区域和第三目标子区域的平均灰度值；

[0127] 选取与第一目标子区域的相关性最强的第三目标子区域，与第一目标子区域进行匹配，第一目标子区域中心点与所选取的第三目标子区域中心点即为匹配点；

[0128] 依次选取所有第一目标区域13中的所有子区域作为第一目标子区域，通过公式(2)与第三目标区域14中的第三目标子区域进行匹配，得到第一目标区域13与第三目标区域14中所有像素单元的匹配关系。

[0129] 通过公式(2)可计算出第三目标区域14上的第三目标子区域与第一目标区域13上第一目标子区域之间的相关性的值，通过相关性值得大小可以判断出第三目标子区域与第一目标子区域是否为待测件1上的同一个子区域。在对所第一目标区域13中的所有子区域找到第三目标区域14中与第一目标区域13相对应的每一个子区域后，即可以完成了第一目标区域13与第三目标区域14上所有像素单元的匹配。以便于在计算温度场的比色测温公式中，顺利的得到对应的参数。

[0130] 温度计算模块304，对于第一目标区域13和第三目标区域14上相对应的一个像素单元，采用以下公式计算待测件1上像素单元对应的温度：

[0131]

[0132] 其中，C2表示第二辐射常数，λ1、λ2分别表示第一滤光片10以及所述第二滤光片9的中心波长，η1、η2分别表示相机11在λ1和λ2波长下的光谱响应值，N1和N2分别表示第一目标区域和第三目标区域上相对应的一个像素单元的灰度值；K为标定系数，在确定待测件1加热的目标温度值后，即通过标定系数曲线得到目标温度对应的标定系数K，接下来将详细介绍如何得到标定系数曲线。

[0133] 图3为得到标定系数曲线的方法流程图，图4为标定系数曲线示意图，如图3和图4所示，

[0134] 确定标定系数曲线的方法具体包括以下步骤：

[0135] S101:将黑体炉的炉口正对测量装置的入射窗；

[0136] S102:在预设的温度范围内逐步升高黑体炉的温度，得到a个实验温度T1、T2···Ta，其中，目标温度值位于预设的温度范围内；预设的温度范围通常为测量待测件温度场的温度范围，在本领域中通常将大于600℃的温度定义为高温，待测件受热加载的温度通常不小于600℃。例如预设的温度范围为600℃-1000℃，可以根据精度需求设定相应的a个实验温度，例如在预设温度中每间隔50℃取一个实验温度，即得到的实验温度为600、650、700、750、800、850、900、950、1000，单位为摄氏度，共计9个实验温度。

[0137] S103:对于每一个实验温度，分别对黑体炉的炉壁进行拍照，得到a个参照图像，其中，参照图像包括第一参照目标区域和第二参照目标区域，第一参照目标区域和所述第二参照目标区域呈镜像关系；

[0138] S104:对于每一个参照图像，以任意一条直线为轴对所述第二目标区域做镜像变换，得到第三参照目标区域，将第一参照目标区域和第三参照目标区域上的每一个像素单元一一匹配，将每一个实验温度分别带入公式(1)中，求出每一个实验温度对应的标定系数K，最后可以得到a个标定系数K。

[0139] S105:利用每一个实验温度和各个标定系数K形成标定系数曲线。即，在坐标系中的x轴为温度，y轴为标定系数K，x轴的极大值和极小值在包括预设的温度范围，通过一次实验得到该曲线之后，在随后的通过本测试装置进行的多次测量中，均不需要重复此步骤求标定系数曲线，每一次对待测件的检测，均可以通过已经模拟好的标定系数曲线来获取对应的标定系数K，然后就可以通过公式(2)求得待测件的每一个像素单元的温度，得到待测件表面的温度场。

[0140] 需要说明的是，图4中所画出的曲线，仅为示例性说明，实际的标定系数的曲线可能与图4中的曲线完全不同，但可以确定的是，每一个预设的目标温度值，都可以在标定系数曲线上找到与其对应的系数K的值。本申请仅以示例说明，并不对标定系数曲线进行任何限定。

[0141] 此外，当对测量精度要求较高时，例如在600℃-1000℃的预设温度范围内，理论上可以取多个实验温度进行实验，从而求得更加精确的标定系数曲线。在本领域中通常称600℃以上的温度为高温温度，1500℃以上的温度为超高温温度。

[0142] 与现有技术相比，本实施例具有以下有益效果：

[0143] 一、在通过比色测温公式计算待测件温度场之前，通过实验求得标定系数曲线，并在具体检测时根据待测件的目标温度选择相对应的标定系数K，可以修正比色测温法中由于波长带宽因素、将待测物体近似当做黑体的因素、系统分光不均匀的因素等引起的误差，提高了测量精度；

[0144] 二、通过对目标区域一上的每一个子区域和目标区域三上的每一个子区域通过相关性计算公式计算两者的相关性，可以保证对第一目标区域和第三目标区域上的像素单元进行匹配的结果更加准确；

[0145] 三、本发明利用比色法进行温度测量，测量范围覆盖到高温和超高温领域，克服了现有红外热像仪无法测量超高温温度场的缺陷。

[0146] 实施例4：

[0147] 本实施例在实施例1、实施例2和实施例3的基础上，提供了一种基于单相机的温度场测量系统，相关之处可以参考实施例1、实施例2和实施例3的描述，本实施例主要对于匹配模块中对于第一目标区域和第三目标区域上每一个像素单元的匹配方法，提出了另外一种解决方案，使得匹配过程更快。

[0148] 图5为对第一目标区域和第三目标区域上每一个像素单元的匹配方法原理的示意图，第三目标区域14和第二目标区域12之间的虚线为对称轴。参照图5所示，具体的，采用以下方法对第一目标区域13和第三目标区域14上每一个像素单元进行匹配：

[0149] 将每一个标记点的坐标代入以下方程组，通过该方程组求解出第三目标区域的整体图像相对于第一目标区域的整体图像在X轴方向的第一位移U、Y轴方向上的第二位移V、以及旋转角度θ；

[0150]

[0151]

[0152] 其中，N≥3，xi、yi为第一目标区域的第i个标记点的坐标；

[0153] xi'、yi'为所述第三目标区域的第i个标记点的坐标；相同标记点指的是待测件上得同一个标记点，在目标区域一和目标区域三中分别呈现出的标记点。

[0154] 该方法相当于在第一目标区域13和第二目标区域12的平面上建立了一个平面直角坐标系，并且最少只需要三个标记点，即可以对第一目标区域13和第二目标区域12进行整体转换，可参考三点确定一个平面的原理。通过第三目标区域14上每一个标记点相对于第一目标区域13上对应的标记点在X轴、Y轴上的唯一以及旋转角度，可以根据几何关系求将第三目标区域14整体经过平移和旋转计算与第一目标区域13相对应，得到第三目标区域14上每一个像素单元与第一目标区域13上每一个像素单元得对应关系。

[0155] 相比于实施例3提供的基于单相机的温度场测量系统，本实施例提供的基于单相机的温度场测量系统中，匹配方法由于只需要三个标记点，可以更加快速得对第一目标区域13和第三目标区域14上每一个像素单元进行匹配。

[0156] 实施例5：

[0157] 本实施例在实施例1、实施例2、实施例3和实施例4的基础上，提供了一种基于单相机的温度场测量方法，该方法能够对待测件进行实际测量并计算待测件温度场，其中，在计算温度场时，需要求得标定系数，下面将对各个部分进行详细描述。

[0158] (一)、通过实验求得标定系数曲线的方法，可以参考图3所示得到标定系数曲线的方法流程图，包括以下步骤：

[0159] S101:将黑体炉的炉口正对所述测量装置的入射窗；

[0160] S102:在预设的温度范围内逐步升高所述黑体炉的温度，得到a个实验温度T1、T2···Ta，其中，所述目标温度值位于所述预设的温度范围内；

[0161] S103:对于每一个实验温度，分别对所述黑体炉的炉壁进行拍照，得到a个参照图像，其中，所述参照图像包括第一参照目标区域和第二参照目标区域，所述第一参照目标区域和所述第二参照目标区域呈镜像关系；

[0162] S104:对于每一个所述参照图像，以任意一条直线为轴对所述第二目标区域做镜像变换，得到第三参照目标区域，将所述第一参照目标区域和所述第三参照目标区域上的每一个像素单元一一匹配，将每一个所述实验温度分别带入所述公式(1)中，求出每一个所述实验温度对应的标定系数K；

[0163] S105:利用每一个所述实验温度和各个所述标定系数K形成所述标定系数曲线。

[0164] 在该实施例提供的基于单相机的温度场测量方法中，计算标定系数曲线时，用黑体炉进行实验，在已知黑体炉温度的情况下，用测量装置对黑体炉炉壁进行拍照，同样利用比色测温法，对于一个已知实验温度，将黑体炉温度代入公式(1)种的T，即可得到该实验温度所对应的标定系数K，由于该方法在预设的温度范围内选取多个实验温度，因此可以得到多个实验温度对应的标定系数K，从而得到标定系数曲线。用户在对待测件进行实际测量时，首先根据预设的温度在标定系数曲线上得到对应的标定系数K，再利用比色测温公式计算待测件的温度场。

[0165] (二)、对待测件进行实际测量并计算待测件温度场的方法，可以参考图6所示对待测件进行实际测量并计算待测件温度场的方法流程图。

[0166] 主要包括以下步骤：

[0167] S201:接收所述待测件被加热的目标温度值，根据所述目标温度值和标定系数曲线确定标定系数K；

[0168] S202:接收测量装置拍摄到的所述待测件的图像，其中，所述待测件的图像包括互为镜像关系的第一目标区域和第二目标区域；所述待测件上预设有N个标记点，所述标记点为在对所述待测件进行拍摄之前，对所述待测件表面制作的与未标记区域粗糙程度不同的标记；

[0169] 更具体地，在对带有标记点的待测件进行拍照时，采用氙灯进行补光。标记点处对所选的两个窄带滤光片的透过波段的光反射程度与未做标记点的地方具有显著差异，这样才能清晰的利用相机拍到具有标记点的图像。

[0170] S203:以任意一条直线为轴对所述第二目标区域做镜像变换，得到第三目标区域；由于第一目标区域和第二目标区域为镜像关系，在对第二目标区域镜像变换得到第三目标区域后，第三目标区域与第一目标区域可以完全对应。

[0171] S204:将所述第一目标区域上的每一个像素单元与所述第三目标区域上的每一个像素单元进行一一匹配，得到所述第一目标区域的所有像素单元与所述第三目标区域的所有像素单元之间的对应关系；

[0172] S205:对于一个所述第一目标区域上的像素单元和与所述第一目标区域上的像素单元相对应的所述第三目标区域上的像素单元，采用以下公式计算所述像素单元的温度T，[0173]

[0174] 其中，C2表示第二辐射常数，λ1、λ2分别表示所述第一滤光片以及所述第二滤光片的中心波长，η1、η2分别表示相机在λ1和λ2波长下的光谱响应值，N1和N2分别表示第一目标区域和所述第三目标区域上相对应的一个所述像素单元的灰度值，K为标定系数，具体在标定系数曲线中根据待测件的目标温度值求得对应的标定系数K。

[0175] S206:通过所述公式(1)分别计算所述第一目标区域上的每一个像素单元的温度值，得到待测件的温度场信息。

[0176] 以上是对待测件进行实际测量并计算待测件温度场的方法的主要步骤，在“将所述第一目标区域上的每一个像素单元与所述第三目标区域上的每一个像素单元进行一一匹配”的步骤中，本实施例提供了两种具体的匹配方法。

[0177] 第一种匹配方法，包括以下步骤：

[0178] 将第一目标区域和第三目标区域分别划分为p*q个子区域，每一个子区域上都包含若干个标记点；子区域为正方形且边长为2M个像素，M为正整数；

[0179] 选取第一目标区域中的任意一个子区域作为第一目标子区域；

[0180] 依次选取第三目标区域中的每一个子区域作为第三目标子区域，采用以下公式计算第三目标子区域与第一目标子区域之间的相关性：

[0181]

[0182] 其中，C为相关性的值，C值越小表示相关性越强，f(x,y)和g(x',y')分别表示第一目标子区域和第三目标子区域的坐标，fm和gm分别为第一目标子区域和第三目标子区域的平均灰度值；

[0183] 选取与第一目标子区域的相关性最强的第三目标子区域，与第一目标子区域进行匹配，第一目标子区域中心点与所选取的第三目标子区域中心点即为匹配点；

[0184] 依次选取所有第一目标区域中的所有子区域作为第一目标子区域，通过公式(2)与第三目标区域中的第三目标子区域进行匹配，得到第一目标区域与第三目标区域中所有像素单元的匹配关系。

[0185] 通过该方法对第一目标区域中的每一个像素和第二目标区域中的每一个像素进行匹配，需采用较多的标记点，因此准确性也更高。

[0186] 第二种匹配方法，包括以下步骤：

[0187] 将每一个标记点的坐标代入以下方程组，通过该方程组求解出第三目标区域的整体图像相对于第一目标区域的整体图像在X轴方向的第一位移U、Y轴方向上的第二位移V、以及旋转角度θ；

[0188]

[0189]

[0190] 其中，N≥3，xi、yi为第一目标区域的第i个标记点的坐标；

[0191] xi'、yi'为所述第三目标区域的第i个标记点的坐标；相同标记点指的是待测件上得同一个标记点，在目标区域一和目标区域三中分别呈现出的标记点。

[0192] 根据U、V和θ的值，可以根据几何关系求将第三目标区域整体经过平移和旋转计算与第一目标区域相对应，得到第三目标区域上每一个像素单元与第一目标区域上每一个像素单元得对应关系。通过该方法对第一目标区域和第二目标区域上的像素单元进行匹配，可以更加快速的完成匹配，相比于上一个匹配方法，可以节省时间成本，减少工作量。

[0193] 虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。