前言

在自然界中，任何物理、化学的过程都与温度密切相关，温度是确定物质状态的重要参数之一。因此温度的测量与控制在国防、军事、科学实验及工农业生产中都显得尤为重要。随着科技的迅速发展，高温、超高温、低温、超低温等非常态实验及工程应用越来越多，技术越来越复杂。另外，武器型号、重大装备及精密制造技术的发展也对温度测量的要求越来越高，特别是高温测量在航天、材料、能源、冶金等领域中的应用更加重要。

随着技术发展的日新月异、行业需求的不断提高，辐射测温技术在一定程度上解决了被测物体的真实温度与辐射温度之间的关系问题。本书是在我的博士学位论文《基于红外热像仪的温度测量技术及其应用研究》的基础上，融入了近年来课题组在辐射测温领域的最新研究成果编写而成的。感谢哈尔滨工业大学戴景民教授和孙晓刚教授的支持与帮助。本书取得了国家自然科学基金（60377037）、陕西省科技厅自然科学基础研究重点项目（2022JZ-35）、陕西省教育厅自然科学基础研究专项（10JK571）经费的资助与支持。

本书根据辐射测温及比色测温原理，建立了红外辐射测温及宽波段比色测温的理论模型，消除目标辐射源对真实温度测量的影响。本书针对较低温度的目标辐射源提出采用宽波段比色测量方法，降低发射率的影响，搭建了宽波段比色测温实验平台并进行应用研究。本书所涉及的具体研究工作如下。

（1）研究红外辐射原理及基本辐射定律，包括普朗克定律、维恩位移定律、斯特藩-玻尔兹曼定律；分析辐射测温方法，如全辐射测温法、亮度测温法、比色测温法和多光谱测温法，比较它们的特点和优缺点，为宽波段比色测温的研究提供理论基础。

（2）建立红外辐射测温物理模型。根据热辐射理论和红外辐射的测温原理，系统分析了各种因素对辐射测温的影响，得到被测物体表面发射率、表面吸收率、大气透过率、环境温度和大气温度对测温误差的影响。结合物体表面对红外线的发射和反射作用，以及红外线在大气中传输的物理过程，得到在不同精度及测量条件下的校准曲线，应用了 BP 神经网络法，用于温度标定实验中的灰度与温度的特性曲线拟合，建立了红外辐射测温物理模型，为红外热像仪的精确测温提供了保证。

（3）大气透过率的二次标定。通过研究被测物体表面的发射率、反射率和透射率，并结合红外物理中的三大辐射定律得到被测物体表面的有效辐射。建立了辐射测温方程及目标温度场和等效温度场的转换模型。提出了红外热像仪外场精确测温方法，进行了大气透过率的二次标定，利用二次修正系数对未知辐射源测量值进行修正，准确测量出未知辐射源目标的辐射温度。

（4）建立宽波段比色测温物理模型。宽波段比色测温理论是建立在材料辐射特性、测温系统现有设计及制造水平、各种元器件（包括滤光片的带通透过率、探测器响应率）计量测试水平基础之上的。比色测温物理模型的建立是宽波段比色测温系统研制、系统温度测量范围及测温精度评价的关键。

（5）搭建宽波段比色测温系统平台。综合考虑宽波段比色测温技术研究设计的影响因素，如探测波长、探测器类型、光路带宽等，系统选择合适的器件以确保数据测量的精确度，理论模型实验数据的仿真及分析，为宽波段比色测温系统的成果搭建提供了依据。

（6）宽波段比色测温系统的应用。使用面源黑体对宽波段比色测温系统进行了标定及校准，利用校准后的实验系统进行实物的温度测量。通过该测温系统实测了水、燃烧的蜡烛、可控温电热炉等的温度，验证了宽波段比色测温系统测温的准确性和有效性。

（7）AI疫情防控监测系统。提出利用改进的RBF神经网络算法进行红外温度检测，通过局部接受域来执行函数映射，利用 Arduino Nano开发板驱动MLX90614红外温度传感器，依据测试环境确定RBF神经网络的隐层基函数的个数、中心向量及宽度，同时采用 BP 神经网络法实现温度补偿，提升了模型泛化能力及红外温度传感器的温度检测精度。通过该系统可以快速、准确地实现行人面部口罩识别、红外温度检测、物体追踪检测、人脸识别及身份验证等，同时具有自动语音播报、报警等功能。

本书在写作过程中，朱永灿、乌江参与了校对工作，王瑞华、段姣姣、张蕾涛、李嘉鹏、朱景坤、谢蓉蓉、刘杏瑞、拜晓桦参与了图形绘制及信息收集等工作，在此表示感谢！另外，本书还参考了大量的国内外文献资料，在此对相关作者表示真诚的感谢。本书得到了西安工程大学的大力支持，在此对西安工程大学的相关人员表示衷心的感谢。

由于作者水平有限，书中难免有疏漏和不足之处，恳请读者批评指正。

李云红

2022年6月