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      工業(yè)機(jī)器人紅外視覺(jué)系統(tǒng)快門補(bǔ)償效果的實(shí)驗(yàn)研究

      2018-08-27 10:24:06陳淑玲林利芬
      機(jī)電信息 2018年24期
      關(guān)鍵詞:輻射率黑體紅外

      陳淑玲 趙 鑫 林利芬

      (武漢軟件工程職業(yè)學(xué)院,湖北武漢430205)

      0 引言

      通常,輻射率越高則補(bǔ)償效果越好,所以現(xiàn)有的快門顏色大多為黑色,表面處理多采用氧黑、噴砂氧黑、噴塑、涂黑漆等工藝。從理論上分析,快門放置在光路中的位置不同,其補(bǔ)償效果也不一樣。

      本文試圖驗(yàn)證輻射率與快門補(bǔ)償效果之間的關(guān)系,并尋找到一種輻射率高的材料或表面處理工藝,用這種材料或表面處理工藝來(lái)制作快門,從而全面提高工業(yè)機(jī)器人紅外視覺(jué)系統(tǒng)的補(bǔ)償效果,一定程度上提高成像質(zhì)量。

      1 輻射率的定義及計(jì)算、測(cè)量方法

      同一物體的輻射率等于吸收率,通俗地講就是“好的吸收體也是好的輻射體”,但根據(jù)其定義無(wú)法進(jìn)行輻射率計(jì)算、測(cè)量的實(shí)際操作,因此本文提出了一種更具有操作性的近似的輻射率計(jì)算、測(cè)量方法。

      先定義下列變量:

      Wtot——探測(cè)器接受的總輻射能;

      Wobj——目標(biāo)的總輻射能;

      Watm——大氣的總輻射能;

      Wamb——周圍環(huán)境的總反射輻射能。

      由式(1)整理得:

      在室內(nèi)條件下τ=1,可得:

      由參考文獻(xiàn)知,表面溫度為T,光譜范圍為[λ1,λ2],當(dāng)λ1=0,λ2=∞時(shí):

      其中,б=5.67×10-8W/(m2·K4)。

      可先用傳統(tǒng)的測(cè)溫裝置測(cè)得Tamb和Tobj,然后通過(guò)式(4)計(jì)算出Wamb和Wobj。Wtot可利用紅外熱像儀間接測(cè)得,方法是將熱像儀的拍攝輻射率設(shè)置為1,即ξ′=1,則式(1)可寫為:

      2 輻射率的測(cè)量實(shí)驗(yàn)

      本文測(cè)量輻射率的方法就是根據(jù)上述輻射率的推導(dǎo)原理制定的。工業(yè)機(jī)器人紅外視覺(jué)系統(tǒng)有一可設(shè)置的參數(shù)ξ,ξ表示的是被測(cè)物體的輻射率,以黑體為參照物,近似認(rèn)為黑體的輻射率為1,將快門片緊貼在黑體的正中心,等快門片溫度穩(wěn)定后,使用工業(yè)機(jī)器人紅外視覺(jué)系統(tǒng)測(cè)量黑體和快門片的實(shí)際溫度,假設(shè)為T1、T2,通過(guò)調(diào)節(jié)ξ,使得T1=T2時(shí),近似地認(rèn)為這時(shí)的ξ為快門的輻射率。

      實(shí)驗(yàn)步驟:

      (1)將一號(hào)快門片(本地氧黑處理,如圖1所示)緊緊貼在黑體的正中間位置,黑體溫度設(shè)定到60℃,等到黑體溫度穩(wěn)定后再保溫0.5 h。

      圖1 本地氧黑處理快門

      (2)把工業(yè)機(jī)器人紅外視覺(jué)系統(tǒng)的參數(shù)ξ設(shè)置為1,測(cè)量黑體的溫度,記為T1。

      (3)用某熱成像儀測(cè)量快門片溫度的時(shí)候,通過(guò)改變?chǔ)蔚闹?,使得T2=T1,記錄此時(shí)ξ1的值,這個(gè)值就是一號(hào)快門的輻射率。

      (4)更換快門片,重復(fù)以上步驟,分別測(cè)量不同材料和表面處理工藝的快門的輻射率。

      實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù):測(cè)得表面處理為本地氧黑、北京雙面氧黑、表面貼青殼紙、表面貼砂紙的快門輻射率ξ分別0.92、0.94、0.945、0.86。

      3 不同輻射率的快門補(bǔ)償效果實(shí)驗(yàn)

      通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)想來(lái)驗(yàn)證輻射率與快門補(bǔ)償效果之間的關(guān)系,驗(yàn)證是否輻射率越高的快門補(bǔ)償效果就越好。那么怎樣判斷補(bǔ)償效果的好壞呢?可以通過(guò)讀取測(cè)試程序里的非均勻性數(shù)值NUC來(lái)衡量,先計(jì)算一片成像區(qū)域所有像元的平均AD值X(AD值能表示像元的亮度),然后再求得每個(gè)像元的AD值Xi與均值X之間的差的平方和。即如表1數(shù)據(jù)顯示,各個(gè)像元之間AD值的差異越小,則N值也越小。

      表1 不同輻射率的快門非均勻性計(jì)算

      不同輻射率的快門補(bǔ)償效果曲線如圖2所示。

      圖2 不同輻射率的快門補(bǔ)償效果曲線

      4 結(jié)語(yǔ)

      本文利用控制變量法,即在兩次或多次對(duì)比實(shí)驗(yàn)中,保證只有快門的一個(gè)實(shí)驗(yàn)條件不同,其他實(shí)驗(yàn)條件保持一致,保證快門測(cè)試的準(zhǔn)確性。由不同輻射率的快門補(bǔ)償效果實(shí)驗(yàn)可知,貼青殼紙快門在不同非均勻區(qū)域的對(duì)比非均勻性數(shù)值最小,補(bǔ)償效果最好,其次是北京氧黑快門。在不同非均勻區(qū)域的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與事先的推論基本一致,這也就驗(yàn)證了快門輻射率越高,補(bǔ)償效果越好。采用貼青殼紙快門對(duì)提高工業(yè)機(jī)器人紅外視覺(jué)系統(tǒng)補(bǔ)償效果、提升成像質(zhì)量有一定的作用。

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