用于非接觸的溫度測量的裝置和溫度測量方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種用于非接觸地測量溫度的裝置，所述裝置具有用于檢測測量 目標的紅外輻射的檢測器。
[0002] 本實用新型還涉及一種溫度測量方法，其中，利用用于非接觸地測量溫度的裝置 的檢測器檢測測量目標的紅外輻射。
【背景技術】
[0003] 所述裝置例如作為高溫計或熱成像照相機已知，利用所述高溫計或熱成像照相機 可以執行所述的溫度測量方法。
[0004] 非接觸的溫度測量需要廣泛的經驗，因為作為可能的誤差源存在大量影響量，這 些影響量不能直接利用人類感官檢測或控制。
[0005] 由US 2010/0131225 Al已知一種用于識別熱圖像異常的系統和方法，其中對以后 時刻拍攝的圖像進行運動補償，以便與之前拍攝的圖像進行對比。
[0006] 由 EP 1 033 556 A1、EP 1 582 845 A2、US 5 003 166 A、US 6 115 128 A 和 DE 10 2004 027 341 Al已知不同的間距和/或角度測量裝置。 【實用新型內容】
[0007] 本實用新型的目的在于，在溫度測量方法中簡化用于非接觸地測量溫度的裝置的 操作。
[0008] 為了實現所述目的，根據本實用新型，一種用于非接觸地測量溫度的裝置具有用 于檢測測量目標的紅外輻射的檢測器，其特征在于，設有角度測量裝置，利用所述角度測量 裝置能夠測量測量目標（3)的測量區域上的所檢測到的IR輻射的發射角，發射角通過測量 目標上的測量區域的表面法線與所述裝置的拍攝方向或IR光軸之間的角度給定，設有分 析評估單元，所述分析評估單元設置成用于以至少一個所測得的發射角導致的透視的和/ 或輻射物理的減弱修正所述裝置檢測到的IR測量值。特別是由此根據本實用新型提出，構 成角度測量裝置，利用所述角度測量裝置能夠在測量目標的測量區域上測量所檢測的紅外 輻射的發射角。這里有利的是，可以簡單地顧及以下事實，即，除了目標物的溫度和其他參 數，目標物的所測量的輻射功率還與發射角、即對目標物視角相關。因此，賦予使用者一種 簡單的輔助措施，所述輔助措施能夠記錄、監控、修正和/或補償實際存在的測量狀態。特 別有利的是，角度測量裝置具有輸出單元，特別是用于輸出和/或提供（用于繼續處理）所 算出的發射角。
[0009] 例如可以設定，發射角通過測量目標上的測量區域的表面法線與所述裝置的拍攝 裝置或IR光軸之間的角度給定。這里有利的是，發射角構成裝置觀察測量目標的測量區域 的視角。這進一步簡化了對與角度相關的輻射減弱的補償或修正。
[0010] 測量目標的測量區域通常通過這樣的表面區域給定，從該表面區域檢測到IR輻 射，用于溫度測量。 toon] 根據本實用新型的用于非接觸地測量溫度的裝置可以構造成高溫計、特別是構造 成單點高溫計。但根據本實用新型也可以設定，所述裝置設置成用于利用IR值填充通過檢 測器限定的像素結構的像素。因此利用所述裝置可以建立熱圖像，所述熱圖像給出測量目 標上的二維的溫度分布。在對較大的面進行溫度測量時，這是有利的，因為對于這種面存在 這樣的問題，即，所述面具有表觀的溫度分布，盡管該面處于相同的溫度。這是因為，各個測 量區域的發射角隨著相應測量區域關于所述裝置的位置而改變，從而由裝置接收的輻射功 率同樣改變。
[0012] 特別是對于建立二維溫度分布的位置解析（ortsaufldsend )的測量，在本實用 新型的一種實施形式中可以設定，利用角度測量裝置可以對于多組像素或多個像素分別測 量一個在測量目標上的所屬測量區域的表面法線與拍攝方向之間的發射角。這里可以例如 通過熱成像照相機的IR光軸或通過熱成像相機和相應所屬的測量區域之間的連線給定 拍攝方向。這里有利的是，關于發射角的信息同樣可以位置解析地提供和處理。
[0013] 特別有利的是，根據本實用新型的角度測量裝置構造和設置成用于非接觸式的角 度測量。
[0014] 在本實用新型的一個實施形式中例如可以設定，利用角度測量裝置可以測量測量 目標上的至少兩個相互隔開間距的點之間的距離。也可以設定，利用角度測量裝置能夠通 過投影圖案的透視失真或變形測量測量目標的傾斜位置或斜度。由所測得的傾斜位置能夠 利用簡單的幾何公式導出發射角。優選利用角度測量裝置能夠測量所述裝置或裝置的一部 分與相應的測量區域之間的間距或距離。
[0015] 因此由所述間距可以簡單地得出發射角。特別有利的是，利用角度測量裝置能夠 測量測量目標上至少三個相互間隔開的點的間距。在這種情況下，甚至可以作為空間角測 量發射角，就是說通過給出多分量的角度數據來測量。
[0016] 在根據本實用新型的一個實施形式中可以設定，角度測量裝置設置成用于利用至 少一個能偏轉的測量射線進行距離測量。這里有利的是，測量射線能夠對準測量目標上的 不同的點，從而能夠測量到測量目標上的不同的點的距離。接著能夠由這些距離利用已知 的幾何公式確定所尋找的發射角并利用這種方式進行確定。
[0017] 可選地可以設定，角度測量裝置設置成用于利用至少兩個相互間隔開的測量射線 進行距離測量。這里，所述測量射線至少在測量目標上的到達點上是相互隔開距離的。這 里有利的是，由此能夠同時測量到所述測量目標上的相互間距的點的多個距離，從而總體 上能夠更加快速地執行角度測量。特別有利的是，建立至少三個相互隔開間距的測量射線， 以便測量空間角。
[0018] 距離測量這里可以通過行進時間測量、相位測量或以其他方式進行并設置成通過 行進時間測量、相位測量或以其他方式進行。作為測量射線可以采用（可見）光線、UV射 線、IR射線、超聲波、雷達波或其他的波或輻射現象。這里在角度測量裝置上構成相應的 測量射線發生器。
[0019] 在本實用新型的一個實施形式中設定，角度測量裝置具有優選在紅外光譜范圍 內和/或可見光譜范圍內進行拍攝的拍攝裝置，利用所述拍攝裝置，利用所述拍攝裝置 能夠檢測投射到測量目標上的或由測量目標描述的幾何形狀。這里有利的是，總體上可 以在不進行距離測量的情況下獲得關于測量目標的相對于拍攝裝置和/或根據本實用 新型的裝置的位置的信息。這里本實用新型利用了以下事實，即，在所拍攝的圖像中測 量目標的（表觀的）幾何形狀隨著測量目標的位置在透視法上根據本身已知的規律性 (Gesetzm^ssigkeit)改變。對于拍攝裝置也可以使用其他頻譜范圍，也可以使用聲音 的頻率范圍和其他物理的相互作用。例如構成根據本實用新型的裝置的組成部分的熱成像 照相機的使用者可以僅利用圖像拍攝而且在沒有附加的硬件情況下確定表面的觀察角，即 發射角。如果所述發射角對于測量目標的不同的部分區域是與位置或角度相關地單獨確定 的，則可以與位置相關地對輻射測量進行修正。這特別是對于伸長的測量目標、例如太陽能 設備的太陽能板是有利的。角度測量裝置可以具有圖案投影儀，以投射圖案。
[0020] 這里或在本實用新型的一個實施形式中，可以設定，角度測量裝置設置成用于通 過將所拍攝的幾何形狀與所屬的存儲在角度測量裝置中的對比幾何形狀相比較來計算測 量目標在三維空間中相對于裝置的拍攝位置和/或拍攝方向的位置。特別有利的是，對比 幾何形狀在透視上是未變形和/或與確定的拍攝透視圖相關聯地存儲的。這種比較例如可 以通過對描述測量目標在拍攝平面上的投影的方程組的求解來進行的。這種比較對于測量 目標也可以通過對選自包括相對于拍攝裝置的旋轉、平移、拉伸、壓縮的組中的至少一個要 素、優選多個要素或者甚至所有元素的模擬來執行。這里有利的是，可以放棄直接的距離測 量。如果最終感興趣的結果是具有標度不變性的發射角，則這更為有效。特別是在太陽能 設備中，太陽能板的尺寸和形狀是已知的并且可以作為對比幾何形狀存儲。
[0021] 在本實用新型的一個實施形式中設定，角度測量裝置設置成用于在紅外光譜范圍 和/或可見光譜范圍內拍攝測量目標的一系列圖像并且測量分別與這些圖像相配的距離 信息。為此測量射線發生器優選剛性地與角度測量裝置連接。這里有利的是，單一的測量射 線發生器就足夠了，因為測量射線在所述系列的各圖像的拍攝之間能在測量目標上運動。 測量射線發生器可以設置成用于通過運行時間測量和/或相位測量和/或其他距離測量方 法進行距離測量。
[0022] 在本實用新型的一個實施形式中設定，角度測量裝置設置成用于計算至少一個運 動矢量，所述運動矢量描述所拍攝的圖像系列中的兩個圖像的內容上的對應關系。這里有 利的是，能夠檢測剛性地與角度測量裝置連接的測量射線發生器相對于測量目標的運動。 用于計算關于兩個圖像的運動矢量的方法本身是已知的并且可以在這里有利地應用。
[0023] 在本實用新型的一個實施形式中設定，角度測量裝置設置成用于由與所拍攝的圖 像系列中的一個圖像相配的、例如已經提及的距離信息和所計算出的運動矢量來計算與基 準圖像的一個部分區域相配的距離信息，所述運動矢量描述所述圖像與基準圖像之間的內 容上的對應關系。這里有利的是，將所述圖像系列中的各圖像的距離信息位置正確和/或 角度正確地記錄到基準圖像中。
[0024] 由此可以重建測量目標的三維的圖像。這里可以在第一近似階段假定，拍攝裝置 僅繞一個擺動點擺動。在改進的第二近似階段可以對附加的平移進行補償，其方式是，尋找 在前景和背景中不同程度的運動。
[0025] 在本實用新型的一個實施形式中設定，角度測量裝置設置成用于近似或精確地由 與測量目標的各部分區域相配的距離