基于光譜識(shí)別的多光譜測(cè)溫技術(shù)研究.pdf

1、溫度是熱力學(xué)、物理、材料、冶金等學(xué)科中重要的技術(shù)參數(shù)。隨著航空和航天等尖端技術(shù)的不斷發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程檢測(cè)與控制水平的不斷提高，對(duì)溫度的測(cè)量手段和測(cè)量精度提出了更高、更迫切的要求。多光譜測(cè)溫方法通過(guò)測(cè)量目標(biāo)在某一時(shí)刻多個(gè)光譜的輻射亮度求解目標(biāo)真溫，具有快速、非接觸和測(cè)溫上限高的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)推動(dòng)航空、航天、國(guó)防和工業(yè)等領(lǐng)域的發(fā)展具有重要的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義。
　　現(xiàn)有多光譜測(cè)溫方法波長(zhǎng)數(shù)量少，對(duì)目標(biāo)的發(fā)射率特性描述不夠全面，不識(shí)別發(fā)射率模型

2、，導(dǎo)致對(duì)未訓(xùn)練樣本的溫度計(jì)算誤差較大，通用性受到限制。研究一種識(shí)別發(fā)射率模型的測(cè)溫方法，提高溫度測(cè)量精度，擴(kuò)展多光譜測(cè)溫方法應(yīng)用范圍是亟需解決的重要科學(xué)問(wèn)題?，F(xiàn)有多光譜測(cè)溫方法缺乏對(duì)具有復(fù)雜發(fā)射率特性的特殊目標(biāo)的溫度測(cè)量，是一個(gè)亟需解決的重要科學(xué)問(wèn)題。針對(duì)現(xiàn)有多光譜測(cè)溫裝置存在測(cè)溫下限高、波長(zhǎng)數(shù)量較少、通用性受限的問(wèn)題，研制中紅外波段、波長(zhǎng)數(shù)量多和適用于多種目標(biāo)的多光譜測(cè)溫系統(tǒng)是另一個(gè)亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。
　　課題“基于光譜識(shí)別的

3、多光譜測(cè)溫技術(shù)研究”針對(duì)多光譜測(cè)溫技術(shù)中發(fā)射率模型建立與識(shí)別、特殊目標(biāo)的溫度測(cè)量和多光譜測(cè)溫裝置等關(guān)鍵問(wèn)題開(kāi)展研究工作，主要研究?jī)?nèi)容如下：
　?。?）提出基于光譜識(shí)別的多光譜測(cè)溫方法。針對(duì)基于學(xué)習(xí)的多光譜測(cè)溫方法不識(shí)別發(fā)射率模型、對(duì)未訓(xùn)練樣本的溫度計(jì)算誤差較大的問(wèn)題，實(shí)際測(cè)試多種目標(biāo)在寬光譜、多波長(zhǎng)下的光譜輻射特性，將基于五類(lèi)發(fā)射率模型的光譜輻射亮度作為研究對(duì)象。利用主成分分析方法提取光譜幅度特征和形狀特征，構(gòu)建訓(xùn)練樣本，采用基于

4、最小二乘支持向量機(jī)的識(shí)別方法實(shí)現(xiàn)目標(biāo)發(fā)射率模型的識(shí)別。建立基于波長(zhǎng)優(yōu)化的多光譜測(cè)溫模型，采用自適應(yīng)模擬退火算法求解目標(biāo)真溫。實(shí)驗(yàn)表明，該方法的溫度計(jì)算誤差為0.69％，提高了多光譜測(cè)溫方法的通用性。
　?。?）提出基于光譜識(shí)別的特殊目標(biāo)測(cè)溫方法。針對(duì)現(xiàn)有多光譜測(cè)溫方法缺乏對(duì)具有復(fù)雜發(fā)射率特性的特殊目標(biāo)測(cè)溫方法研究的問(wèn)題，在分析特殊目標(biāo)光譜輻射特性的基礎(chǔ)上建立了分段函數(shù)發(fā)射率模型。采用小波分析方法檢測(cè)并剔除光譜中的吸收帶和脈沖干擾，

5、檢測(cè)光譜奇異點(diǎn)，對(duì)目標(biāo)光譜進(jìn)行預(yù)分類(lèi)和分段，對(duì)每段光譜采用基于最小二乘支持向量機(jī)的識(shí)別方法，識(shí)別分段光譜的發(fā)射率模型。建立分段函數(shù)多光譜測(cè)溫模型，采用自適應(yīng)模擬退火算法求解目標(biāo)真溫。實(shí)驗(yàn)表明，基于光譜識(shí)別的特殊目標(biāo)測(cè)溫方法的溫度計(jì)算誤差為0.68%，解決了特殊目標(biāo)的溫度測(cè)量問(wèn)題。
　?。?）研制中紅外多光譜測(cè)溫系統(tǒng)。針對(duì)現(xiàn)有多光譜測(cè)溫裝置波長(zhǎng)數(shù)量較少、測(cè)溫下限較高和實(shí)用性受限的問(wèn)題，采用光柵分光結(jié)構(gòu)，將波長(zhǎng)數(shù)量擴(kuò)展至256個(gè)。采用