一种粉尘干扰下的非接触式红外测温方法及设备

本技术涉及红外测温，特别是涉及一种粉尘干扰下的非接触式红外测温方法及设备。

背景技术：

1、红外测温因具备非接触、实时性强、适用高温场景等优势，已成为钢铁冶炼、有色冶金、水泥制造、火电生产等工业领域高温物料温度检测的核心手段，其检测精度直接关系生产安全、工艺稳定与产品质量。在高炉出铁、回转窑煅烧、烧结矿卸料、燃料燃烧等典型工况中，会持续产生大量动态悬浮粉尘，部分粉尘附着于被测物体表面或污染红外热像仪镜头，通过散射与吸收作用衰减红外辐射，导致红外测温出现显著误差，偏差可达10~30℃，严重时造成温度场剧烈波动，无法为工艺调控提供可靠数据支撑。

2、当前针对粉尘干扰下红外测温补偿的研究仍存在明显局限。部分方法依托特定工况标注数据构建补偿模型，泛化能力弱，难以适配粉尘浓度与分布形态的动态变化；部分方法采用无监督特征提取反演粉尘透射率，但对粉尘团聚密度差异、空间轮廓不均等局部异质性特征建模不足，在动态粉尘场景下稳定性差；还有方法需额外部署参考校准装置，在高炉出铁口等高温高危现场难以部署，且未考虑粉尘空间非均匀分布特性，参数反演精度受限。

3、相关粉尘干扰补偿方法普遍存在物理参数获取困难、模型针对性不足、场景适应性弱等问题，无法同时满足工业现场对测温精度、实时性与鲁棒性的需求。

技术实现思路

1、本技术的目的是提供一种粉尘干扰下的非接触式红外测温方法及设备，提高了粉尘干扰下红外测温准确性。

2、为实现上述目的，本技术提供了如下方案：

3、第一方面，本技术提供了一种粉尘干扰下的非接触式红外测温方法，包括：

4、获取待测物体粉尘干扰下的红外成像温度与可见光图像；

5、将所述可见光图像输入粉尘透射率反演模型，得到粉尘透射率反演值；所述粉尘透射率反演模型为对异质感知u-net网络进行训练得到的，所述异质感知u-net网络用于通过编码器提取所述可见光图像中多尺度粉尘特征，通过嵌入局部异质性感知模块的解码器从所述多尺度粉尘特征中提取粉尘团空间轮廓并量化粉尘团空间轮廓内部密度差异，基于粉尘团空间轮廓和粉尘团空间轮廓内部密度差异生成融合特征，基于所述融合特征生成粉尘透射率反演值；

6、根据所述红外成像温度和所述粉尘透射率反演值，采用粉尘透射率温度补偿模型确定补偿后的温度；所述粉尘透射率温度补偿模型为在模拟粉尘环境中采集多张已知温度标签的红外图像，基于朗伯-比尔定律，根据粉尘干扰下总大气透射率、多张红外图像和与各张红外图像对应的温度标签拟合得到的粉尘透射率与红外测温误差的关联模型。

7、可选地，所述编码器采用densenet-121作为骨干网络，所述编码器包括3个依次连接的编码块，各所述编码块均包括依次连接的1个密集块和1个过渡块。

8、可选地，所述解码器包括5个依次连接的解码块，其中，第1个解码块和第2个解码块之间、第2个解码块和第3个解码块之间、第3个解码块和第4个解码块之间均连接有1个局部异质性感知模块；

9、第1个编码块的输出与第2个局部异质性感知模块的输出之间跳跃连接；

10、第2个编码块的输出与第1个局部异质性感知模块的输出之间跳跃连接；

11、第1个编码块的输出与第3个局部异质性感知模块的输入之间跳跃连接；

12、第2个编码块的输出与第2个局部异质性感知模块的输入之间跳跃连接；

13、第3个编码块的输出与第1个局部异质性感知模块的输入之间跳跃连接。

14、可选地，所述局部异质性感知模块用于：

15、采用sobel水平与垂直卷积核，对输入的多通道特征图进行灰度加权转换为单通道图，计算所述单通道图的边缘响应，根据所述边缘响应生成边缘幅度图与方向图，将所述边缘幅度图与所述方向图拼接为2通道边缘特征图，对所述2通道边缘特征图进行卷积增强后引入标准差池化操作，得到粉尘团空间轮廓内部密度差异，将2通道边缘特征图与粉尘团空间轮廓内部密度差异融合后经过卷积与sigmoid激活输出异质性热力图，根据所述异质性热力图、当前局部异质性感知模块对应编码块的输入和当前局部异质性感知模块对应解码块的输入生成中频特征图；

16、对当前局部异质性感知模块对应编码块的输出采用深度可分离卷积，结合通道注意力机制进行特征重建，生成高频特征图；

17、对当前局部异质性感知模块对应编码块的输出采用卷积核扩大感受野，结合空间注意力机制进行特征重建，生成低频特征图；

18、对所述中频特征图、所述高频特征图和所述低频特征图进行加权求和，输出融合特征。

19、可选地，所述异质感知u-net网络还包括与所述解码器的输出连接的多级金字塔池化模块；所述多级金字塔池化模块用于对所述解码器的输出进行多尺度平均池化操作，将各尺度平均池化操作后的尺度特征均上采样至相同分辨率后与解码器输出特征拼接，各拼接特征经过卷积融合后输出。

20、可选地，所述异质感知u-net网络还包括对所述多级金字塔池化模块的输出进行约束的激活函数，所述激活函数用于将所述多级金字塔池化模块的输出约束在0-1之间。

21、可选地，所述激活函数具体为leakybrelu激活函数，所述leakybrelu激活函数表示为：

22、；

23、其中，为输入变量，和均为斜率系数，和分别为粉尘透射率物理下边界和上边界。

24、可选地，所述粉尘透射率温度补偿模型表示为：

25、；

26、其中，为补偿后的温度，n为拟合系数，为粉尘透射率反演值，为所述红外成像温度。

27、可选地，所述粉尘干扰下的非接触式红外测温方法还包括：构建粉尘透射率温度补偿模型，具体包括：

28、采用粉尘发生装置生成模拟粉尘；

29、在模拟粉尘环境中，将红外热像仪的镜头光轴垂直对准黑体炉辐射面，将黑体炉设定为设定温度；

30、当环境温度稳定在设定温度范围内后，调节红外热像仪发射率参数至0.99；

31、通过红外热像仪分别采集黑体炉设置为多组黑体炉温度预设值时黑体炉辐射面的红外图像，得到多张红外图像和与各张红外图像对应的温度标签；

32、基于红外辐射传输理论，根据模拟粉尘透射率和环境大气透射率确定粉尘干扰下总大气透射率；

33、基于朗伯-比尔定律，根据粉尘干扰下总大气透射率、多张红外图像和与各张红外图像对应的温度标签拟合得到粉尘透射率温度补偿模型。

34、第二方面，本技术提供了一种计算机设备，包括：存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序以实现上述中任一项所述的粉尘干扰下的非接触式红外测温方法的步骤。

35、根据本技术提供的具体实施例，本技术公开了以下技术效果：

36、本技术提供了一种粉尘干扰下的非接触式红外测温方法及设备，通过基于异质感知u-net网络的粉尘透射率反演模型提取可见光图像中粉尘团空间轮廓和粉尘团空间轮廓内部密度差异，得到粉尘透射率反演值，考虑了粉尘空间非均匀分布特征，得到了准确的粉尘透射率反演值，根据粉尘透射率反演值，采用粉尘透射率温度补偿模型对红外成像温度进行温度补偿，降低了红外测温误差，提高了粉尘干扰下红外测温准确性。