基于CCD图像传感器的加热炉温度测量的研究

杜旭婧，侯国强，黄海端，徐 莉

（河北联合大学 电气工程学院，河北 唐山 063009）

温度是工业生产过程的重要参数，准确实时地检测温度是减少资源浪费及提高产品质量的有效手段。高温测量常采用热电偶传感器等接触式测温方法，由于其只能测量温度场中单点的温度，不能反映出温度场的场温度，所以非接触式测温越来越受到关注[1]。CCD图像传感器问世以来，由于其具有耐灼伤、耐震动、图像清晰度高、工作稳定可靠等优点，并且能很好地与电子技术、辐射传热学、数学计算方法、图像处理技术、计算机科学与技术等学科相结合，因此成为高温检测领域研究的热点之一[2]。基于CCD的炉内测温系统能实时的获取炉内温度场的分布情况，具有准确度高，在线实时测量等优点。规定后，任何一种物体颜色C都可以用颜色方程来表示：

1 CCD测温原理

1931年国际照明委员会（简称CIE）推荐的“CIE 1931标准色度观察者光谱三刺激值数据”选定三基色λ=700 nm的红基色、λ=546.1 nm 绿基色、λ=435.8 nm 蓝基色[3]，有了这个

图1 CIE-RGB系统光谱三刺激值曲线Fig.1 CIE-RGB tristimulus values system spectral curve

比色测温法是根据热辐射物体在两个或两个以上波长的光谱辐射亮度之比与温度之间的函数关系来测量温度的方法[4]。

彩色CCD的每个像素点输出的三基色信号R、G、B与被测温物体温度之间的关系分别为：

假设CCD光谱响应为理想冲击响应则

其中L（λ，T）为光辐射亮度，当温度低于3 000 K且波长λ＜0.8 μm 时

λ 为辐射电磁波波长（m）；ξ（λ，T）为辐射体的光谱发射率；T 为辐射体温度 （K）；C1=3.741 844×10-16（W·m2）；C2=1.438 833 ×10-2（m·K）。

可推导出比色测温公式，当并带入 R（T）、G（T）得：