双目面阵CCD高温比色测温算法研究与系统实现

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一些要求苛刻的高温测量场合,一方面,要求测温精度不受被测物表面发射率未知和测量路径中复杂介质的影响;另一方面,要求能获得被测物的整个温场,以避免被测物局部氧化引起粗大误差。单点比色测温仪和单目面阵式辐射测温仪因其不能同时满足以上两点要求,导致其应用有很大局限性。为了同时满足以上两点要求,本文提出了一种双目面阵CCD高温比色测温算法及其实现系统。本论文基于比色测温理论,在分析面阵CCD光电响应特性的基础上,建立双目面阵CCD比色测温模型,得到表征两CCD像素点的灰度比值和被测物对应面元温度关系的比色测温公式。为验证该公式,本文设计了基于DM643的测温系统,具体有以下内容:1)CCD图像采集电路设计和双波长选取。采用ICX424AL为图像传感器,AD9995作为时序驱动和模拟前端,输出RAW图像;综合考虑CCD响应区间、铸坯辐射范围以及大气窗口,本文选取的双色波长为0.82μm和0.93μm。2)DM643核心板硬件设计。DM643核心板设计了外部扩展存储器(SDRAM、 FLASH)、EMAC收发控制器电路以及DM643的内核和I/O供电电源。3)DM643核心板控制软件设计。系统的控制软件设计主要分为三大功能模块:CCD图像采集模块、DM643核心板模块和Windows应用程序模块。其中CCD图像采集模块的核心是AD9995的时序配置;DM643核心板模块实现了双路12位RAW图像采集以及以太网传输;Windows应用程序模块可显示和处理系统采集的图像。4)比色测温模型的DSP算法实现。图像进行去冗余化处理,对得到有效的灰度图像进行去噪,最终经过数据转换将比色测温公式利用DM643实现。为了提高系统运行效率,本文对DM643控制算法进行了优化。系统双镜头的一致性调节完成后,利用黑体炉对系统进行了标定,得到仪表系数。最后对设计的比色测温算法和测温系统进行了验证和总结,得出了详细的验证数据并总结了本系统的优缺点。
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