基于红外辐射理论的智能手机红外测温系统研究

胡智强 ,郑民 ,李瑶玲 ,陈坚 ,孙一豪

摘要：手机红外热成像是检测电力设施表面温度的一种红外热成像技术工具，原理是利用红外热成像装置吸收电力设施表面发出的红外辐射（俗称红外线） 转换为可视化图像（热力图） ，通过对热力图像的数据多维分析，有效且快速地检测到电力设施的异常超温现象。

智能手机在热成像领域的相关应用系统主要包含热成像模块以及相关操作软件的应用，因此首先研究了一种基于手机的低成本热成像系统架构及其组成要素：热成像模块、手机与专属操作软件等。在相关软件的操作中将场景变化的相关侦测进行融入，显著改善了非均匀修正算法的应用效率。

关键词：智能手机；红外测温；红外热像仪

引言

红外热成像系统也被称为红外测温系统，是一种温度测量方式，主要优点来自于其的非接触式，热成像系统的工作运行主要来自于其设置的热点或热阻系统产生的焦面阵列，从而将待测物的温度分布以电压信号的方式进行转化，从而在系统终端产生与之对应的图像，因此使用者通过系统展示的温度图像能够显著提升待测物的温度变化。红外测温系统因此能够承担各种复杂温度测量环境下的检测任务，手机红外热成像采用高灵敏度红外热成像芯片，创新突破红外热成像高端技术在消费级领域的应用。

1.系统设计

1.1整体架构

现阶段智能手机配备的红外测温系统主要来源于如图1所示的手机红外热成像使用效果图，相关研究在基于智能手机的无线网络技术下，对于一个热像系统进行搭建，该系统具备远程监控能力，因此可以借助智能手机的相关软件客户端将其内部的热成像模块进行控制，并且将手机采集到的热像数据通过无线网络的方式传输至智能手机终端，此时手机相关软件对于数据进行相关运算处理，最终在屏幕上对于画面进行呈现。该红外测温系统能够维持连续性的热像检测任务，具有较强的应用性。

图1手机红外热成像使用效果图

1.2组成元件

在该红外测温系统中，由于智能手机为用户自我携带，因此不计算在成本之内，该系统的主要构成成本来源于其内部搭载的热成像模块，现阶段较为常用的热成像模块通常由传感器，光学结构，读取电路等系统组成，为了保证该种红外测温技术的经济性以及测量的精确性，因此使用热电堆阵列作为传感器的组成，该元件的特点是价格低廉，但传感效能较好。

2. 手机端软件实现

2.1人机接口设计

在智能手机端的相关测温主页面中，使用者通过智能手机的触控屏幕可以对于待测温度区域进行选择，由于该红外测温系统具有实时性，因此对于画面中待测物的位置以及温度数值能做到随时刷新。测温软件遵循用户的不同测量需求将热像图像相关数据存储至手机中。

2.2整体算法流程

在测温软件的相关计算中，当其接受到原始影像时，首先进行平均算法的处理，随后使用非均匀影响修正方式进行校准，从而得到最终的热像图像数据。红外测温软件系统算法所需的原始影像数据数量受制于软件设定的积分时间，遵循LIFO的计算方式，保证温度影像的更新频率保持在每帧一次。从而显著提升温度影像播放的流畅程度。

为了显著减少手机测温软件在非均匀影响修正算法中的计算量，因此在后续研究中为测温系统设置了场景变化的侦测机制，对于待测物体的静态以及动态测量时，要使用不同的修正算法模式，从而有效节约手机的计算量。当温度测量场景有效变化时，测温系统的处理自动变换为粗略算法，只采用线性修正的计算模式，当场景停止变化时，测温软件会采用精细算法，基于神经网络的变换进行校准。

2.3神经网络修正算法

热像传感器在工作时具有一定的不稳定性，如果受到外界较大干扰时可能会产生响应功能的改变，从而影响到原有的修正公式，使其产生不同程度的偏差。因此该红外测温系统需要配置修正算法来缓解算法偏差。因此现阶段大多数红外测温系统的修正算法采用NUC模式，其自适应能力强，能够随时更新修正系统。该算法的实现方式位，首先设置出一个理想图像，其具有较好的均匀性，此时基于递归运算的方式将新图像数据与旧数据进行组合操作，从而使新图像的相似度向理想图像进行靠近，从而改变其修正系数。

NUC算法运用了神经网络算法的相关概念，因此也被称作神经网络修正算法。该算法的稳定运行需要依赖较大计算量的支撑，因此很容易导致智能手机造成非必要性的能耗。当测温场景发生不同程度的变化时，此时需要重新将理想图像进行设定，从而在收敛特性上改变该算法的递归关系式。

3. 系统效能评估与实际应用

线路排查

电力设备测温

4. 结束语

本文对于一种基于红外辐射理论的智能手机红外测温系统进行了设计与分析，基于智能手机配置的热像仪对于热像采集领域进行了应用，更好地方便于移动方式下的温度测量需求，节约了相关领域的工作成本，在电力以及工业；领域都得到了较好的采用。该系统具有与温度实时采集以及信息存贮功能，拥有其可靠性。

参考文献

[1]王怡,王浩,卫子毓,等.基于光谱辐射计的航空发动机红外辐射特性测试方法[J].红外技术,2023,45(3):7.