本发明涉及红外测温技术领域，特别是涉及一种红外测温方法、装置、设备及存储介质。
背景技术：
红外成像测温技术在红外检测、红外遥感、军事目标测量、工业监控、森林防火等领域拥有的广泛应用。由于红外测温原理较为复杂，存在大量影响测温准确度的因素(包括镜头参数、环境变量、距离系数、目标发射率、红外探测器自身输出漂动等)，导致尤其在远距离测温领域，一直难以有较好的测温应用方案及算法。
目前，对于红外成像系统，一般使用传统的单波段标定测温方案，但只能保证在100m以内的测温性能；而结合普朗克辐射定律，还可以采用双波段测温法，但需要配备双波段镜头，且应用领域集中在10km以上的高空测量，成本较大，在民品中应用较少。另外，使用“标定系数”或单变量经验公式来修正远距离衰减，对于不同环温、不同镜头下的应用适用性较低，且标定复杂，针对森林防火、火灾预警等，广视场/远距离的测温需求，一直没有较好的应用方案。
因此，如何解决测温方案的复杂性和提高对中远距离的测温准确性的问题，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种红外测温方法、装置、设备及存储介质，可以解决传统单波段标定测温方案的复杂性，同时提高对中远距离目标的测温准确性。其具体方案如下：
一种红外测温方法，包括：
获取红外成像系统对目标实际测试出的温度；
根据环境变量和所述红外成像系统的归一化光谱响应函数，对获取的所述温度进行大气衰减修正，得到第一温度数据；
建立所述红外成像系统中心点的输出能量与目标的成像半径之间的函数关系，获取目标占比修正函数；
根据获取的所述目标占比函数和目标的成像半径，对所述第一温度数据进行目标成像占比修正，得到第二温度数据。
优选地，在本发明实施例提供的上述红外测温方法中，根据环境变量和所述红外成像系统的归一化光谱响应函数，对获取的所述温度进行大气衰减修正，得到第一温度数据，具体包括：
获取不同大气成分对红外辐射的光谱透过率和散射函数，得到所述红外成像系统的大气衰减系数；
根据所述红外成像系统的归一化光谱响应函数，对得到的大气衰减系数进行修正；
根据修正后的大气衰减系数，对获取的所述温度进行大气衰减修正，得到第一温度数据。
优选地，在本发明实施例提供的上述红外测温方法中，采用下述公式对得到的大气衰减系数进行修正：
c1＝3.7415×108w·μm4/m2
c2＝1.43879×104μm·k
其中，τre为修正后的大气衰减系数；
优选地，在本发明实施例提供的上述红外测温方法中，采用下述公式得到第一温度数据：
其中，tout1为所述第一温度数据；e为目标发射率；tm为获取的所述温度；tenv为环境温度；n由响应波段的玻尔兹曼定理决定。
优选地，在本发明实施例提供的上述红外测温方法中，建立所述红外成像系统中心点的输出能量与目标的成像半径之间的函数关系，获取目标占比修正函数，具体包括：
将所述红外成像系统的光轴对准相同温度、不同半径的圆形黑体，使所述黑体成像在画面正中心，获取所述红外成像系统中心点的输出能量；
以所述黑体在所述红外成像系统中所占像素的半径作为自变量，建立所述红外成像系统中心点的输出能量与目标的成像半径之间的函数关系；
对建立的所述函数关系进行归一化，获取目标占比修正函数，并将获取的所述目标占比修正函数预存在所述红外成像系统的处理器内。
优选地，在本发明实施例提供的上述红外测温方法中，在根据获取的所述目标占比函数和目标的成像半径，对所述第一温度数据进行目标成像占比修正之前，还包括：
选取目标成像中任意点，沿该点行列方向进行差分运算，获取该点连通域的近似长与宽；
根据获取的所述连通域的近似长与宽，得到所述连通域对应的等面积圆的半径，将所述等面积圆的半径作为目标的成像半径。
优选地，在本发明实施例提供的上述红外测温方法中，采用下述公式得到第二温度数据：
θ(r)＝e(r)/e(rmax)＝a*r^b 1
其中，tout2为所述第二温度数据；height和width分别为获取的所述连通域的近似长与宽；r'为所述等面积圆的半径；θ为所述目标占比修正函数，e(r)为所述黑体在所述红外成像系统中所占像素的半径为r时所述红外成像系统中心点的输出能量；e(rmax)为所述黑体占满全屏幕时的中心点输出；a和b由θ、e(r)和e(rmax)决定。
本发明实施例还提供了一种红外测温装置，包括：
测试温度获取模块，用于获取红外成像系统对目标实际测试出的温度；
大气衰减修正模块，用于根据环境变量和所述红外成像系统的归一化光谱响应函数，对获取的所述温度进行大气衰减修正，得到第一温度数据；
修正函数获取模块，用于建立所述红外成像系统中心点的输出能量与目标的成像半径之间的函数关系，获取目标占比修正函数；
成像占比修正模块，用于根据获取的所述目标占比函数和目标的成像半径，对所述第一温度数据进行目标成像占比修正，得到第二温度数据。
本发明实施例还提供了一种红外测温设备，包括处理器和存储器，其中，所述处理器执行所述存储器中保存的计算机程序时实现如本发明实施例提供的上述红外测温方法。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现如本发明实施例提供的上述红外测温方法。
从上述技术方案可以看出，本发明所提供的一种红外测温方法，包括：获取红外成像系统对目标实际测试出的温度；根据环境变量和红外成像系统的归一化光谱响应函数，对获取的温度进行大气衰减修正，得到第一温度数据；建立红外成像系统中心点的输出能量与目标的成像半径之间的函数关系，获取目标占比修正函数；根据获取的目标占比函数和目标的成像半径，对第一温度数据进行目标成像占比修正，得到第二温度数据。
本发明提供的上述红外测温方法，引入双变量(大气衰减及目标大小)修正方式，结合实际环境对随距衰减情况进行修正，提高了在不同环境下，中远距离目标(如500m～2km )的测温可靠性、准确性和普适性，且使用非标定式方案来校正红外探测器的温漂问题，在满足精度要求的前提下，大幅减小了工作量，解决了传统单波段标定测温方案的复杂性，同时能做到对高温目标的及时监控，实现森林防火、火灾预警等预防性测温检验功能。此外，本发明还针对红外测温方法提供了相应的装置、设备及计算机可读存储介质，进一步使得上述方法更具有实用性，该装置、设备及计算机可读存储介质具有相应的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的红外测温方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的点扩散函数示意图；
图3为本发明实施例提供的获取目标占比修正函数的流程图；
图4为本发明实施例提供的获取目标的成像半径的流程图；
图5为本发明实施例提供的红外测温装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种红外测温方法，如图1所示，包括以下步骤：
s101、获取红外成像系统对目标实际测试出的温度；
在实际应用中，红外成像系统对目标实际测试出的温度是通过基本测温算法实现的；
s102、根据环境变量和红外成像系统的归一化光谱响应函数，对获取的温度进行大气衰减修正，得到第一温度数据；
需要说明的是，传统大气衰减修正方案应用时通常只考虑外部环境的影响，而忽略了成像系统的光谱响应函数对其的影响，因此本发明参考长波红外在低海平面大气窗口的衰减情况，并导入光学系统的光谱响应函数，进一步修正大气衰减系数，使其更接近实际应用；
s103、建立红外成像系统中心点的输出能量与目标的成像半径之间的函数关系，获取目标占比修正函数；
可以理解的是，由于光学镜头对于点光源辐射存在点扩散函数psf，即一点光源产生的辐射经过光学成像系统后输出的广场分布，其演示图如图2所示。由于光学成像系统的线性特性，即某一点的图像可认为是图像内每个点的psf的总和。对于红外成像系统而言，除了输入辐射随目标距离增加而衰减外，成像系统的输出辐射是输入辐射与psf的卷积结果：
获取输入辐射可以进行反卷积运算或构建校正矩阵进行精确修正等。由于点扩散函数获取较为复杂，且若想精确修正所需要的卷积核过大，不利于工程应用。因此，本发明采用目标成像占比修正的方式实现对温度的修正，简单快捷；
s104、根据获取的目标占比函数和目标的成像半径，对第一温度数据进行目标成像占比修正，得到第二温度数据。
在本发明实施例提供的上述红外测温方法中，引入双变量(大气衰减及目标大小)修正方式，结合实际环境对随距衰减情况进行修正，提高了在不同环境下，中远距离目标(如500m～2km )的测温可靠性、准确性和普适性，且使用非标定式方案来校正红外探测器的温漂问题，在满足精度要求的前提下，大幅减小了工作量，解决了传统单波段标定测温方案的复杂性，同时能做到对高温目标的及时监控，实现森林防火、火灾预警等预防性测温检验功能。
进一步地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述红外测温方法中，步骤s102根据环境变量和红外成像系统的归一化光谱响应函数，对获取的温度进行大气衰减修正，得到第一温度数据，具体可以包括以下步骤：
步骤一、获取不同大气成分对红外辐射的光谱透过率和散射函数，得到红外成像系统的大气衰减系数；
在实际应用中，对于海拔高度在水平面附近(小于1km)的远距离长波红外辐射主要考虑co2/h2o对辐射的吸收，以及气溶胶杂质对红外辐射的散射。在实施例中，可以使用查表法获得不同大气成分对红外辐射的光谱透过率以及散射函数，得出成像系统的响应波段[λ1,λ2]的大气衰减系数τ(x)的拟合公式：
其中，
步骤二、根据红外成像系统的归一化光谱响应函数，对得到的大气衰减系数进行修正；
需要说明的是，可以首先通过下述公式确认红外成像系统的响应波段[λ1,λ2]对应的归一化光谱响应函数：
c1＝3.7415×108w·μm4/m2
c2＝1.43879×104μm·k
其中，srfsys为红外成像系统的归一化光谱响应函数；srfdete为探测器的归一化光谱响应函数，该函数反映了红外探测器对不同波段的响应情况，由探测器设计决定，可以通过光谱测试得到；transmittancelens为红外镜头对不同波段红外辐射的归一化透过率函数，由镜头材料及光学设计决定，可以通过测试得到；mbλ为理想黑体的红外光谱辐射出射度；t为对辐射度归一化所用的温度值，使用成像系统测试范围的中值来近似代表测温范围，如目标测温范围在0～150℃，t＝75℃；
然后可以采用下述公式对得到的大气衰减系数进行修正：
其中，τre为修正后的大气衰减系数；
步骤三、根据修正后的大气衰减系数，对获取的温度进行大气衰减修正，得到第一温度数据；
具体地，红外成像系统接受的红外辐射主要包括三部分：目标发射的能量、目标反射的能量、大气环境的能量，根据基础红外物理可以采用下述公式得到第一温度数据：
其中，tout1为第一温度数据；e为目标发射率；tm为获取的温度；tenv为环境温度；n由响应波段的玻尔兹曼定理决定；eaim为目标发射的能量；eref为目标反射的能量；eenv为大气环境的能量。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述红外测温方法中，步骤s103建立红外成像系统中心点的输出能量与目标的成像半径之间的函数关系，获取目标占比修正函数，具体可以包括以下步骤：
首先，将红外成像系统的光轴对准相同温度、不同半径的圆形黑体，使黑体成像在画面正中心，获取红外成像系统中心点的输出能量e；在实际应用中，红外成像系统与黑体需要间隔一定距离l，该距离l为该红外成像系统的最小成像距离，即使黑体边缘清晰的最短距离；
然后，以黑体在红外成像系统中所占像素的半径作为自变量，建立红外成像系统中心点的输出能量e与目标的成像半径之间的函数关系；具体地，该函数关系为e＝f(r)；
最后，对建立的函数关系进行归一化，获取目标占比修正函数，并将获取的目标占比修正函数预存在红外成像系统的处理器内。具体地，黑体对应的目标占比修正函数为θ(r)＝e(r)/e(rmax)＝a*r^b 1(推荐拟合表达式)；e(r)为黑体在红外成像系统中所占像素的半径为r时红外成像系统中心点的输出能量；e(rmax)为黑体占满全屏幕时的中心点输出；a和b由θ、e(r)和e(rmax)决定。当目标的成像半径为r'时，目标占比修正函数为θ(r')＝a*r'^b 1。
具体地，如图3所示，根据不同半径黑体的测温结果，以不同半径黑体在成像系统中所占像素的半径作为自变量([r1,r2,r3,r4])，以红外成像系统对不同半径黑体中心点的测温结果，进行归一化作为因变量([t1,t2,t3,t4]/t5)；得出目标占比修正函数θ(r)＝a*r^b 1，对其进行拟合，最后将目标占比修正函数的拟合公式存储在成像系统处理器中。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述红外测温方法中，在执行步骤s104根据获取的目标占比函数和目标的成像半径，对第一温度数据进行目标成像占比修正之前，还可以包括：首先，选取目标成像中任意点(如森林火点，可选取温度超过350℃的点)，沿该点行列方向进行差分运算，获取该点连通域的近似长与宽；然后，根据获取的连通域的近似长与宽，得到连通域对应的等面积圆的半径，将等面积圆的半径作为目标的成像半径。
具体地，设温度成像矩阵datat，成像像高为h，像宽为w，如图4所示，选取测温目标中任意点在成像中的坐标[i0，j0]；对点[i0，j0]水平与垂直方向(即行列方向)做差分，得到该测温目标的水平与垂直所占像素个数，即得到包含测温目标连通域的近似长与宽：
第一步、对目标点的行方向进行差分运算(matlab代码如下)：
row_dif＝diff(datat(i0,:))；
col_dif＝diff(datat(:,j0))；
其中，row_dif为行差分数据；col_dif为列差分数据；
第二步、获取行/列差分数据中，最大最小值之间的坐标，即为该目标点的行列方向上变化最大的边缘，其坐标差即为该目标点连通域的近似长与宽：
[w1,tmp]＝max(row_dif)
[w2,tmp]＝min(row_dif)
[h1,tmp]＝max(col_dif)
[h2,tmp]＝min(col_dif)
height＝abs(w1-w2)；
width＝abs(h1–h2)；
其中，height和width分别为获取的连通域的近似长与宽。
接下来，根据获取的连通域的height和width，得到连通域对应的等面积圆的半径
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述红外测温方法中，采用下述公式得到第二温度数据：
其中，tout2为第二温度数据。
经实际测试，使用本发明，在1公里范围内，对不同温度、不同大小的目标的测温精度可达到±10℃内，远远优于没有此修正方案的结果。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种红外测温装置，由于该红外测温装置解决问题的原理与前述一种红外测温方法相似，因此该红外测温装置的实施可以参见红外测温方法的实施，重复之处不再赘述。
在具体实施时，本发明实施例提供的红外测温装置，如图5所示，具体包括：
测试温度获取模块11，用于获取红外成像系统对目标实际测试出的温度；
大气衰减修正模块12，用于根据环境变量和红外成像系统的归一化光谱响应函数，对获取的温度进行大气衰减修正，得到第一温度数据；
修正函数获取模块13，用于建立红外成像系统中心点的输出能量与目标的成像半径之间的函数关系，获取目标占比修正函数；
成像占比修正模块14，用于根据获取的目标占比函数和目标的成像半径，对第一温度数据进行目标成像占比修正，得到第二温度数据。
在本发明实施例提供的上述红外测温装置中，可以通过上述四个模块的相互作用，解决传统单波段标定测温方案的复杂性，同时，提高对中远距离目标的测温准确性，能做到对高温目标的及时监控，实现森林防火、火灾预警等预防性测温检验功能。
关于上述各个模块更加具体的工作过程可以参考前述实施例公开的相应内容，在此不再进行赘述。
相应的，本发明实施例还公开了一种红外测温设备，包括处理器和存储器；其中，处理器执行存储器中保存的计算机程序时实现前述实施例公开的红外测温方法。
关于上述方法更加具体的过程可以参考前述实施例中公开的相应内容，在此不再进行赘述。
进一步的，本发明还公开了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机程序；计算机程序被处理器执行时实现前述公开的红外测温方法。
关于上述方法更加具体的过程可以参考前述实施例中公开的相应内容，在此不再进行赘述。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置、设备、存储介质而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(ram)、内存、只读存储器(rom)、电可编程rom、电可擦除可编程rom、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd-rom、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
本发明实施例提供的一种红外测温方法，包括：获取红外成像系统对目标实际测试出的温度；根据环境变量和红外成像系统的归一化光谱响应函数，对获取的温度进行大气衰减修正，得到第一温度数据；建立红外成像系统中心点的输出能量与目标的成像半径之间的函数关系，获取目标占比修正函数；根据获取的目标占比函数和目标的成像半径，对第一温度数据进行目标成像占比修正，得到第二温度数据。上述红外测温方法，引入双变量(大气衰减及目标大小)修正方式，结合实际环境对随距衰减情况进行修正，提高了在不同环境下，中远距离目标(如500m～2km )的测温可靠性、准确性和普适性，且使用非标定式方案来校正红外探测器的温漂问题，在满足精度要求的前提下，大幅减小了工作量，解决了传统单波段标定测温方案的复杂性，同时能做到对高温目标的及时监控，实现森林防火、火灾预警等预防性测温检验功能。此外，本发明还针对红外测温方法提供了相应的装置、设备及计算机可读存储介质，进一步使得上述方法更具有实用性，该装置、设备及计算机可读存储介质具有相应的优点。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明所提供的红外测温方法、装置、设备及存储介质进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，根据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
1.一种红外测温方法，其特征在于，包括：
获取红外成像系统对目标实际测试出的温度；
根据环境变量和所述红外成像系统的归一化光谱响应函数，对获取的所述温度进行大气衰减修正，得到第一温度数据；
建立所述红外成像系统中心点的输出能量与目标的成像半径之间的函数关系，获取目标占比修正函数；
根据获取的所述目标占比函数和目标的成像半径，对所述第一温度数据进行目标成像占比修正，得到第二温度数据。
2.根据权利要求1所述的红外测温方法，其特征在于，根据环境变量和所述红外成像系统的归一化光谱响应函数，对获取的所述温度进行大气衰减修正，得到第一温度数据，具体包括：
获取不同大气成分对红外辐射的光谱透过率和散射函数，得到所述红外成像系统的大气衰减系数；
根据所述红外成像系统的归一化光谱响应函数，对得到的大气衰减系数进行修正；
根据修正后的大气衰减系数，对获取的所述温度进行大气衰减修正，得到第一温度数据。
3.根据权利要求2所述的红外测温方法，其特征在于，采用下述公式对得到的大气衰减系数进行修正：
c1＝3.7415×108w·μm4/m2
c2＝1.43879×104μm·k
其中，τre为修正后的大气衰减系数；
4.根据权利要求3所述的红外测温方法，其特征在于，采用下述公式得到第一温度数据：
其中，tout1为所述第一温度数据；e为目标发射率；tm为获取的所述温度；tenv为环境温度；n由响应波段的玻尔兹曼定理决定。
5.根据权利要求4所述的红外测温方法，其特征在于，建立所述红外成像系统中心点的输出能量与目标的成像半径之间的函数关系，获取目标占比修正函数，具体包括：
将所述红外成像系统的光轴对准相同温度、不同半径的圆形黑体，使所述黑体成像在画面正中心，获取所述红外成像系统中心点的输出能量；
以所述黑体在所述红外成像系统中所占像素的半径作为自变量，建立所述红外成像系统中心点的输出能量与目标的成像半径之间的函数关系；
对建立的所述函数关系进行归一化，获取目标占比修正函数，并将获取的所述目标占比修正函数预存在所述红外成像系统的处理器内。
6.根据权利要求5所述的红外测温方法，其特征在于，在根据获取的所述目标占比函数和目标的成像半径，对所述第一温度数据进行目标成像占比修正之前，还包括：
选取目标成像中任意点，沿该点行列方向进行差分运算，获取该点连通域的近似长与宽；
根据获取的所述连通域的近似长与宽，得到所述连通域对应的等面积圆的半径，将所述等面积圆的半径作为目标的成像半径。
7.根据权利要求6所述的红外测温方法，其特征在于，采用下述公式得到第二温度数据：
θ(r)＝e(r)/e(rmax)＝a*r^b 1
其中，tout2为所述第二温度数据；height和width分别为获取的所述连通域的近似长与宽；r'为所述等面积圆的半径；θ为所述目标占比修正函数，e(r)为所述黑体在所述红外成像系统中所占像素的半径为r时所述红外成像系统中心点的输出能量；e(rmax)为所述黑体占满全屏幕时的中心点输出；a和b由θ、e(r)和e(rmax)决定。
8.一种红外测温装置，其特征在于，包括：
测试温度获取模块，用于获取红外成像系统对目标实际测试出的温度；
大气衰减修正模块，用于根据环境变量和所述红外成像系统的归一化光谱响应函数，对获取的所述温度进行大气衰减修正，得到第一温度数据；
修正函数获取模块，用于建立所述红外成像系统中心点的输出能量与目标的成像半径之间的函数关系，获取目标占比修正函数；
成像占比修正模块，用于根据获取的所述目标占比函数和目标的成像半径，对所述第一温度数据进行目标成像占比修正，得到第二温度数据。
9.一种红外测温设备，其特征在于，包括处理器和存储器，其中，所述处理器执行所述存储器中保存的计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述的红外测温方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，用于存储计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的红外测温方法。
技术总结