CN103292780B - 一种用于红外热像仪温度校正的距离信息获取方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于红外热像仪温度校正的距离信息获取方法，其包括以下步骤：步骤S1：将红外热像仪安装在转台上，所述转台可以在方位和俯仰两个方向转动；步骤S2：利用数字高程图，根据红外热像仪在空间的位置信息，利用几何关系对数字高程图进行处理，得到红外热像仪在各种方位角、俯仰角条件下沿光轴方向到地表物体的距离。本发明可以根据红外热像仪在空间的位置信息和红外热像仪工作区域的数字高程图，利用地表物体距离计算方法计算得到红外热像仪在各种方位角、俯仰角条件下沿光轴方向到地表物体的距离。

Description

一种用于红外热像仪温度校正的距离信息获取方法

技术领域

本发明涉及一种距离信息获取方法，特别涉及一种用于红外热像仪温度校正的距离信息获取方法。

背景技术

森林火灾是森林最危险的敌人，也是林业最可怕的灾害，它会给森林带来最有害、最具有毁灭性的后果。森林火灾不但烧毁成片的森林，伤害林内的动物，而且还降低森林的更新能力，引起土壤的贫瘠和破坏森林涵养水源的作用，甚至导致生态环境失去平衡。尽管当今世界的科学在日新月异地向前发展，但是，人类在制服森林火灾上，却依然尚未取得长久的进展。

目前大多数森林防火监控***采用可见光摄像机进行森林火灾的监控，利用火焰的颜色、纹理等特征进行火点识别。由于环境条件的复杂性，火焰的颜色、纹理等特征并不稳定，所以采用可见光摄像机森林防火监控***的虚警和漏警率较高。

采用可见光摄像机的森林防火监控***没有利用火点温度一般超过摄氏400度这个火点最稳定最关键的特征，所以这种检测方法有一定的局限性，影响检测的正确概率。

红外摄像机具有昼夜都能工作的特点，随着技术的不断进步，其性能不断提高，价格不断下降，近几年在森林防火监控***中得到越来越广泛的应用。

要利用火点温度一般超过摄氏400度这个最稳定最关键的特征，需要采用能测温度的红外热像仪。

红外线在大气中传输主要受距离、湿度、风速影响，其中距离影响为最主要因素。在距离为1千米，3级风速，70%湿度条件下，红外线大约要衰减掉70%；在距离为3千米，3级风速，70%湿度条件下，红外线大约要衰减掉90%。因此，要采用红外热像仪进行火点检测，必须对红外热像仪测得的地表物体温度进行校正，以获得相对准确的物体温度，提高火点检测的正确概率。而获得被测地表物体的距离信息是进行温度校正的最关键环节，重要性不言而喻。

在现有测量离地高度的技术中，最常见的方法就是采用激光测距仪。激光测距仪具有测量精度高、体积小等优点。但在森林防火监控***中不宜采用激光测距仪来测量红外热像仪和被摄地物之间的距离，原因如下：一是激光测距仪成本高，能测5km距离的价格一般在2万元以上，另外森林防火监控***需要24小时都要工作，而激光测距仪里的激光器等是易损件，所以维护成本也较高；二是激光测距仪每次测量只能得到一个距离值，而红外热像仪温度图像的修正需要知道各点对应的离地面物体距离值，所以采用激光测距仪方案会影响温度图像修正的准确性。

因此，如何设计一种用于红外热像仪温度校正的距离信息获取方法，即为本领域技术人员所研究的方向所在。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种用于红外热像仪温度校正的距离信息获取方法，以获得红外热像仪在各种方位角、俯仰角条件下沿光轴方向到地表物体的距离。

为了达到上述目的，本发明提供一种用于红外热像仪温度校正的距离信息获取方法，其特征在于，其包括以下步骤：

步骤S1：将红外热像仪安装在转台上，所述转台可以在方位和俯仰两个方向转动；

步骤S2：利用数字高程图，根据红外热像仪在空间的位置信息，利用几何关系对数字高程图进行处理，得到红外热像仪在各种方位角、俯仰角条件下沿光轴方向到地表物体的距离。

其中，在步骤S2中，到地表物体距离的计算方法包括如下步骤:

步骤S21：在某种(α,β)组合情况下,按红外热像仪工作区域大小,将沿红外热像仪光轴方向的射线按步长d/2分为N段;

步骤S22:将这些光轴上的点由近到远记为n(1)、n(2)、n(i)、……、n(N),1≤i≤N,那么光轴上的点n(i)的高程值h(i)可以表示为：

h(i)=H-cos(β)×i×d/2            当0≤β≤90度时

h(i)=H+sin(β-90)×i×d/2     当90度≤β≤180度时；

步骤S23：计算对应该点的由数字高程图插值得到的高程值s(i)；

步骤S24：若h(i)≤s(i)，则停止计算，i×d/2即为红外热像仪光轴沿该(α,β)方向到地表物体的距离，否则继续计算，直到找到满足h(i)≤s(i)的点,如果计算到光轴上最后的点N，也未能找到满足h(i)≤s(i)的点，那么红外热像仪光轴沿该(α,β)方向到地表物体的距离为无穷远；

步骤S25：将所有需要的(α,β)组合都计算一次，即得到红外热像仪方位角、俯仰角组合与地表物体距离对照表，其中：

α为方位角，红外热像仪光轴指向正南时为0度，俯视情况下沿顺时针方向逐步增大，单位为度；

β为俯仰角，红外热像仪光轴和地垂线之间的夹角，单位为度；

H为红外热像仪安装位置高程值，单位为米；

d为数字高程图网格分辨率，单位为米。

其中，在步骤S23中，所述的s(i)的计算方法为：光轴上的点n(i)正投影到数字高程图上，得到正投影点t(i),如t(i)正好落在数字高程图网格点上，那么s(i)等于该网格点对应的高程值；否则s(i)=（h1+h2+h3+h4）/4，其中h1、h2、h3、h4分别是与t(i)相邻的4个网格点对应的高程值。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

（1）设计思想新颖,巧妙地利用红外热像仪工作区域的数字高程图,通过计算得到红外热像仪在各种方位角、俯仰角条件下沿光轴方向到地表物体的距离；

（2）地表物体距离计算方法：根据红外热像仪在空间的位置信息和红外热像仪工作区域的数字高程图，利用地表物体距离计算方法计算得到红外热像仪在各种方位角、俯仰角条件下沿光轴方向到地表物体的距离。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种用于红外热像仪温度校正的距离信息获取方法流程图。

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付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。

如图1所示，其为本发明一种用于红外热像仪温度校正的距离信息获取方法流程图，本发明的用于红外热像仪温度校正的距离信息获取方法包括以下步骤：

步骤S1：将红外热像仪安装在转台上，所述转台可以在方位和俯仰两个方向转动，转台的方位和俯仰是相互独立的，可以输出转台的方位角和俯仰角。

工作时，转台以设定的规律转动，确保红外热像仪每隔固定时间将距离5km范围内的区域温度全部测量一次。转台转动时，红外热像仪将测得的温度图像送给火点检测软件，火点检测软件根据与红外热像仪温度图像对应的距离图像和其它信息，对红外热像仪测得的温度图像进行修正，以减少各种因素对红外线衰减的影响，得到相对准确的地表物体温度，然后再进行火点检测，提高火点检测的正确概率。

步骤S2：利用数字高程图，根据红外热像仪在空间的位置信息，利用几何关系对数字高程图进行处理，得到红外热像仪在各种方位角、俯仰角条件下沿光轴方向到地表物体的距离。

所述步骤S2包括如下子步骤：

步骤S21：在某种(α,β)组合情况下,按红外热像仪工作区域大小,将沿红外热像仪光轴方向的射线按步长d/2分为N段;

步骤S22:将这些光轴上的点由近到远记为n(1)、n(2)、n(i)、……、n(N),1≤i≤N,那么光轴上的点n(i)的高程值h(i)可以表示为：

h(i)=H-cos(β)×i×d/2            当0≤β≤90度时

h(i)=H+sin(β-90)×i×d/2        当90度≤β≤180度时；

步骤S23：计算对应该点的由数字高程图插值得到的高程值s(i)；

所述的s(i)的计算方法为：光轴上的点n(i)正投影到数字高程图上，得到正投影点t(i),如t(i)正好落在数字高程图网格点上，那么s(i)等于该网格点对应的高程值；否则s(i)=（h1+h2+h3+h4）/4，其中h1、h2、h3、h4分别是与t(i)相邻的4个网格点对应的高程值；

步骤S24：若h(i)≤s(i)，则停止计算，i×d/2即为红外热像仪光轴沿该(α,β)方向到地表物体的距离，否则继续计算，直到找到满足h(i)≤s(i)的点,如果计算到光轴上最后的点N，也未能找到满足h(i)≤s(i)的点，那么红外热像仪光轴沿该(α,β)方向到地表物体的距离为无穷远；

步骤S25：将所有需要的(α,β)组合都计算一次，即得到红外热像仪方位角、俯仰角组合与地表物体距离对照表，其中：

α为方位角，红外热像仪光轴指向正南时为0度，俯视情况下沿顺时针方向逐步增大，单位为度；

β为俯仰角，红外热像仪光轴和地垂线之间的夹角，单位为度；

H为红外热像仪安装位置高程值，单位为米；

d为数字高程图网格分辨率，单位为米。

本发明是利用数字高程图（数字高程图可直接购买，或者购买卫星立体图对进行制作得到），根据红外热像仪在空间的位置信息，利用空间几何关系对数字高程图进行处理，得到红外热像仪在各种方位角、俯仰角条件下沿光轴方向到地表物体的距离，即得到红外热像仪方位角、俯仰角组合与地表物体距离对照表。该表需装载到森林防火监控***的存储器中。实际使用时，火点检测软件读取转台的方位角和俯仰角，并将其修正转换为红外热像仪方位角、俯仰角，从而可以根据红外热像仪方位角、俯仰角组合与地表距离对照表查表得到此时红外热像仪沿光轴方向到地表物体的距离。对于其它各点，可根据红外热像仪横向、纵向视场角及成像点阵值，计算得到各点的方位角、俯仰角，通过查表得到各点离地表物体的距离。

本发明的测试结果如下：

由于激光测距仪测量精度很高，可精确到1米，可将激光测距仪测得的距离值作为比较的基准。

测试条件：用分辨率为5米的卫星立体图对制作数字高程图，数字高程图网格分辨率为20米。测试结果如表1和表2。

表1

表2

由表1、表2可知，利用本发明的方法获得的距离信息误差能达到技术指标要求。

综上所述，本发明的一种用于红外热像仪温度校正的距离信息获取方法具有成本低、免维护等优点，其技术进步点体现在以下两点：

（1）设计思想新颖,巧妙地利用红外热像仪工作区域的数字高程图,通过计算得到红外热像仪在各种方位角、俯仰角条件下沿光轴方向到地表物体的距离；

（2）地表物体距离计算方法：根据红外热像仪在空间的位置信息和红外热像仪工作区域的数字高程图，利用地表物体距离计算方法计算得到红外热像仪在各种方位角、俯仰角条件下沿光轴方向到地表物体的距离。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (2)

1.一种用于红外热像仪温度校正的距离信息获取方法，其特征在于，其包括以下步骤：

步骤S1：将红外热像仪安装在转台上，所述转台可以在方位和俯仰两个方向转动；

步骤S2：利用数字高程图，根据红外热像仪在空间的位置信息，利用几何关系对数字高程图进行处理，得到红外热像仪在各种方位角、俯仰角条件下沿光轴方向到地表物体的距离；

在步骤S2中，到地表物体距离的计算方法包括如下步骤:

步骤S21：在方位角为α、俯仰角为β的(α,β)组合情况下,按红外热像仪工作区域大小,将沿红外热像仪光轴方向的射线按步长d/2分为N段；

步骤S22:将光轴上的点由近到远记为n(1)、n(2)、n(i)、……、n(N),1≤i≤N,那么光轴上的点n(i)的高程值h(i)表示为：

h(i)＝H-cos(β)×i×d/2    当0≤β≤90度时

h(i)＝H+sin(β-90)×i×d/2    当90度≤β≤180度时；

步骤S23：计算对应该点的由数字高程图插值得到的高程值s(i)；

步骤S24：若h(i)≤s(i)，则停止计算，i×d/2即为红外热像仪光轴沿该(α,β)方向到地表物体的距离，否则继续计算，直到找到满足h(i)≤s(i)的点，如果计算到光轴上最后的点N，也未能找到满足h(i)≤s(i)的点，那么红外热像仪光轴沿该(α,β)方向到地表物体的距离为无穷远；

步骤S25：将所有需要的(α,β)组合都计算一次，即得到红外热像仪方位角、俯仰角组合与地表物体距离对照表，其中：

α为方位角，红外热像仪光轴指向正南时为0度，俯视情况下沿顺时针方向逐步增大，单位为度；

β为俯仰角，红外热像仪光轴和地垂线之间的夹角，单位为度；

H为红外热像仪安装位置高程值，单位为米；

d为数字高程图网格分辨率，单位为米。

2.根据权利要求1所述的一种用于红外热像仪温度校正的距离信息获取方法，其特征在于，在步骤S23中，所述的s(i)的计算方法为：光轴上的点n(i)正投影到数字高程图上，得到正投影点t(i),如t(i)正好落在数字高程图网格点上，那么s(i)等于该网格点对应的高程值；否则s(i)＝(h1+h2+h3+h4)/4，其中h1、h2、h3、h4分别是与t(i)相邻的4个网格点对应的高程值。