第36卷，第4期 2016年4月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
基于中波红外光谱遥测的温度估计算法方正，欧阳琪楠，曾富荣，陈思媛，马盛林
厦门大学机电工程系，福建厦门361005
Vol. 36 ,No., 4 -pp960-966
April,2016
摘要高于绝对零度的物体满足Plank定律，因此红外辐射在一定程度上反映温度。红外辐射测温具有响应速度快，分辨率高，能较好的实现对微小、高速移动等不可接触测量目标的温度测量。用一种先进的双波段红外遥感光谱系统采集不同温度金属的红外发射光谱，分析和研究这些不同温度的光谱数据所具有的不同特征，在此基础上，对样本提取重心位置、波峰位置、波长的值、波长的值四种光谱特征，寻找温度与其之间的函数关系；并建立多元线性回归模型，通过光谱反推温度值。实验结果表明，该方法可以有效的分辨有明显温差的高温物体，在实验所测温度范围内的测温绝对误差小于30℃，在测量误差小于20℃的置信区间内有98%正确率，优于一般系统需要保证目标发射率、大气透射率、环境等效辐射温度等复杂参数高精度的情况下2%的测温精度。该方法可以简单有效的对远距离目标测温，从而进一步拓展红外光谱遥测温度的应用领域
关键调红外成像光谱；中波红外；温度检测模型
中图分类号：0433.4
引言
文献标识码：A
D0I : 10, 3964/j. issn, 1000-0593(2016 )04-0960-07
展较成熟的分类算法有决策树分类、关联规则分类、神经网络、贝叶斯算法和遗传算法等，新兴的算法也有支持向量机(SVM)等。分类算法对最终的目标物体温度识别的准确度起
基于中波红外光谱分析技术和长波红外成像双波段结合的红外光谱仪，通过图像处理追踪可疑目标，并通过探测器采集中波红外光谱。随着地质期探，环境灾害监测，军事侦查等领域对温度非接触检测要求越来越严格，温度测量起各方面的普遍重视。目前该光谱仪已经采集了多种发热物体在不同温度下的上百个红外光谱图。利用采集到的中波红外光谱可以实现对不同物体的识别以及对同一目标物体的不同温度的识别。对不同温度下的光谱数据进行光谱预处理、特征提取和光谱分类三个方面光谱分析处理。光谱预处理和波长选择，对建立具有优秀预测能力的测温模型有至关重要的作用。目前常用的光谱预处理方法主要有均值中心化、归 +化、平滑处理、导数校正、标准正态变量校正（SNV）、正交信号校正（OSC)、多元散射校正（MSC)等[2-3}。常用的特征提取方法有覆盖算法和线性判别法（LDA)4-5}，均值漂移(mcanshift)6-7]，监督相关向量机（RVM)[*]，主成分分析(PCA)和小波变换（wavelet），其中小波变换可以做到有选择性的突出目标特征并抑制非相关特征和噪声的影响1]，发
收稿日期：2014-12-29，修订日期：2015-03-21
者非常重要的决定作用，因此，选择合适的光谱分类算法就显得尤为重要。
双波段红外遥感光谱采集系统
双波段红外遥感光谱采集系统，包含一个双波段红外光学镜头，一个中波红外光谱仪，一个长波红外焦平面阵列(FPA探测器和处理中心“""。FPA用来创建热图像并且找到一个视野内的高温物体。中波红外光谱仪是用来检测成像区域中心目标的光谱。光谱检测带宽可以覆盖2～5.4um的中波红外线，波长范围在8～14m的长波红外线被选为成像检测带宽。因此，在成像和光谱检测之间能量分布没有重叠。双波段红外遥感光谱采集系统原理如图1所示。中波红外和长波红外都要通过宽带红外窗口传输。分光镜反射了波长范围在2～5.4um的红外波段进人中波红外镜头。波长范围在8～14um的红外波段通过分光镜传输到长波红外镜头。通过用分光镜分离成像波段和光谱分析波段，该仪器能
基金项目：中央高校基本科研业务专项资金项目（XMU2013121018），国家自然科学基金项目（61404112，61571381），福建省自科学基金
项目(2012J01413）资助
作者简介：方正，1976年生，厦门大学机电工程系副教投
*通讯联系人e-mail;mashenglin@xmu edu.cn
e-mail : fangzheng(@ x mu, edu, cn