热成像摄像头温度校准方法详解（学习心得）

热成像摄像头温度校准方法详解

一、校准核心原理与场景

1.1 校准必要性

热成像摄像头集成到整机后，因热分布变化（如散热结构）、光学结构变化（如加装窗口片），导致测温偏差。通过二次标定修正硬件偏差，结合环境变量修正补偿外部因素，确保测温精度。

1.2 核心方法对比

方法	适用场景	精度	操作复杂度
单点标定	仅热分布变化（如环境温度漂移）	中等	简单（1 台黑体）
两点标定	光学与热分布均变化（如更换镜头）	高	复杂（2 台黑体）

二、测温二次标定全流程

（一）两点标定法（高精度校准）

2.1.1 准备工作

• 黑体配置：

  增益模式	低温黑体（TA）	高温黑体（TB）	距离	均匀区域要求
  工业高增益	-10℃（263K）	120℃（393K）	0.25m	≥9×9 像素
  工业低增益	100℃（373K）	400℃（673K）	0.25m	≥9×9 像素
  人体测温	30℃（303K）	40℃（313K）	0.25m	≥9×9 像素

• 设备要求：黑体发射率需修正（默认 0.95），温度稳定后使用（等待≥15 分钟）。

2.1.2 操作步骤

1. 低温黑体采集

   c

   // 关闭自动快门
   vdcmd_set_prop_auto_shutter_params(SHUTTER_PROP_SWITCH, 0); 
   // 快门校正
   vcmd_fw_isp_ooc_b_update(B_UPDATE(0)); 
   // 发送低温点标定指令
   vcmd_isp_tpd_ktbt_recal_2_point(TPD_KTBT_RECAL_P1, TA); 
   

2. 高温黑体采集

   c

   // 更换黑体后再次快门校正
   vcmd_fw_isp_ooc_b_update(B_UPDATE(0)); 
   // 发送高温点标定指令（等待15-20秒）
   vcmd_isp_tpd_ktbt_recal_2_point(TPD_KTBT_RECAL_P2, TB); 
   

3. 恢复自动快门

   c

   vdcmd_set_prop_auto_shutter_params(SHUTTER_PROP_SWITCH, 1); 
   

（二）单点标定法（快速校准）

2.2.1 适用场景

• 光学结构未变（如同一镜头），仅环境温度变化导致的偏差。
• 人体测温（固定场景，如体温筛查）。

2.2.2 操作要点

• 黑体设置：温度设为应用中值（如人体 34.85℃/308K，工业高增益 35℃/308K）。
• 指令调用：

  c

  // 关闭快门 → 校正 → 采集 → 发送单点指令（等待11秒）
  vdcmd_set_prop_auto_shutter_params(0); 
  vcmd_fw_isp_ooc_b_update(0); 
  vcmd_isp_tpd_ktbt_recal_1_point(T0); 
  

三、环境变量修正细节

3.1 影响测温的关键变量

变量	单位	影响机制	修正方式
环境反射温度（Tu）	K	目标反射周围辐射	通过 LUT 表输入
大气温度（Ta）	K	大气自身辐射与吸收	LUT 表 + 传感器补偿
目标发射率（ε）	-	实际物体辐射能力	用户设定（金属 ε=0.2，人体 ε=0.95）
大气透过率（τ）	-	大气对红外的衰减	根据距离、湿度查询 LUT

3.2 等效大气透过率 LUT 使用

3.2.1 LUT 结构

• 三维数组：Tau[湿度等级][温度点][距离点]
• 温度点：-5℃~55℃（共 14 点，含用户预留点）
• 距离点：0.25m~50m（共 64 点，间隔 0.05m~1m）

3.2.2 查询与量化

1. 插值计算：若当前温度在Ta[i]和Ta[i+1]之间，距离在D[j]和D[j+1]之间，通过双线性插值获取 τ：

   math

   τ = τ[i][j] + (Ta - Ta[i]) * (τ[i+1][j] - τ[i][j]) / (Ta[i+1] - Ta[i])  
   

2. 量化转换：将 τ 转换为 7 位整数（0-128，对应 0~100% 透过率）。

3.3 SDK 实现步骤

c

// 1. 读取模组基础参数（高低增益分别处理）
read_nuc_parameter(high_gain_mode); 
// 2. 获取内置环境系数
calculate_org_env_cali_parameter(); 
// 3. 输入自定义参数（如Ta=300K，Tu=305K，ε=0.95，D=2m）
calculate_new_env_cali_parameter(Ta, Tu, ε, get_tau_from_lut(D, Ta, humidity)); 
// 4. 温度校正
float corrected_temp = temp_calc_with_new_env_calibration(raw_temp); 

四、校准失败原因与对策

4.1 常见失败现象

• 标定后测温偏差大：黑体温度不稳定、均匀区域不足（<9×9 像素）。
• 指令无响应：USB 通信超时、权限不足（Linux 需 root）。

4.2 解决方案

问题	对策
黑体温度波动	使用高精度黑体（精度 ±0.1℃），等待≥30 分钟稳定
均匀区域不足	调整黑体位置，确保中心区域占比≥50%
USB 超时	增加vdcmd_set_polling_wait_time(20000)（20 秒超时）
增益模式错误	高低增益需分别标定，检查gain_switch状态

五、特殊场景校准建议

5.1 人体测温优化

• 标定参数：单点法，T0=308K（34.85℃），关闭自动快门后采集 5 帧平均。
• 环境修正：设ε=0.98（人体皮肤发射率），距离≤1.5m（LUT 查表）。

5.2 工业高温场景

• 两点法参数：高增益 TA=263K（-10℃）、TB=393K（120℃），低增益 TA=373K（100℃）、TB=673K（400℃）。
• 防灼伤保护：设置阈值（高增益 2% 像素 > 150℃时闭合快门）。

六、关键指令速查表

功能	指令名称	参数说明	等待时间
关闭自动快门	VDCMD_PROP_SET_AUTO_SHUTTER_PARAM	SHUTTER_PROP_SWITCH=0	立即
快门校正	VCMD_FW_ISP_OOC_B_UPDATE	B_UPDATE=0	1 秒
两点标定（低温）	VCMD_ISP_TPD_KTBT_RECAL_2_POINT	point=0, temp=TA	11 秒（USB）/20 秒（I2C）
单点标定	VCMD_ISP_TPD_KTBT_RECAL_1_POINT	temp=T0	11 秒（USB）/20 秒（I2C）
环境参数设置	set_prop_tpd_params	TPD_PROP_TA=Ta, TPD_PROP_TU=Tu	立即

七、总结

温度校准是热成像开发的核心环节，需结合硬件标定与软件修正：

1. 两点标定作为高精度校准首选，适用于光学结构变化场景；
2. 单点标定用于快速维护，适合已知稳定环境；
3. 环境变量修正通过 LUT 表和传感器模型，补偿距离、湿度等外部因素。

建议定期校准（普通场景 1 年一次，高精度场景 3-5 年一次），并在模组集成后优先执行锅盖标定，确保后续测温数据可靠。