基于光譜識別的多光譜測溫技術(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)過程檢測與控制水平的不斷提高，對溫度的測量手段和測量精度提出了更高、更迫切的要求。多光譜測溫方法通過測量目標(biāo)在某一時刻多個光譜的輻射亮度求解目標(biāo)真溫，具有快速、非接觸和測溫上限高的優(yōu)點，對推動航空、航天、國防和工業(yè)等領(lǐng)域的發(fā)展具有重要的經(jīng)濟(jì)和社會意義。
　　現(xiàn)有多光譜測溫方法波長數(shù)量少，對目標(biāo)的發(fā)射率特性描述不夠全面，不識別發(fā)射率模型

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

3、多光譜測溫技術(shù)研究”針對多光譜測溫技術(shù)中發(fā)射率模型建立與識別、特殊目標(biāo)的溫度測量和多光譜測溫裝置等關(guān)鍵問題開展研究工作，主要研究內(nèi)容如下：
　?。?）提出基于光譜識別的多光譜測溫方法。針對基于學(xué)習(xí)的多光譜測溫方法不識別發(fā)射率模型、對未訓(xùn)練樣本的溫度計算誤差較大的問題，實際測試多種目標(biāo)在寬光譜、多波長下的光譜輻射特性，將基于五類發(fā)射率模型的光譜輻射亮度作為研究對象。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的識別方法實現(xiàn)目標(biāo)發(fā)射率模型的識別。建立基于波長優(yōu)化的多光譜測溫模型，采用自適應(yīng)模擬退火算法求解目標(biāo)真溫。實驗表明，該方法的溫度計算誤差為0.69％，提高了多光譜測溫方法的通用性。
　?。?）提出基于光譜識別的特殊目標(biāo)測溫方法。針對現(xiàn)有多光譜測溫方法缺乏對具有復(fù)雜發(fā)射率特性的特殊目標(biāo)測溫方法研究的問題，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并剔除光譜中的吸收帶和脈沖干擾，

5、檢測光譜奇異點，對目標(biāo)光譜進(jìn)行預(yù)分類和分段，對每段光譜采用基于最小二乘支持向量機的識別方法，識別分段光譜的發(fā)射率模型。建立分段函數(shù)多光譜測溫模型，采用自適應(yīng)模擬退火算法求解目標(biāo)真溫。實驗表明，基于光譜識別的特殊目標(biāo)測溫方法的溫度計算誤差為0.68%，解決了特殊目標(biāo)的溫度測量問題。
　?。?）研制中紅外多光譜測溫系統(tǒng)。針對現(xiàn)有多光譜測溫裝置波長數(shù)量較少、測溫下限較高和實用性受限的問題，采用光柵分光結(jié)構(gòu)，將波長數(shù)量擴(kuò)展至256個。采用