一種建筑物外墻保溫性能評估系統(tǒng)及方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種測溫評估系統(tǒng)及方法，特別涉及一種基于紅外測溫技術的非接觸 式建筑物外墻保溫性能評估系統(tǒng)及方法。
【背景技術】
[0002] 現(xiàn)有基于測溫技術的建筑物外墻保溫性能評估系統(tǒng)（以下簡稱評估系統(tǒng)）大體上 分為兩類：一類是采用若干熱電偶等測溫傳感器，對選定的多個抽樣點進行測溫評估。該 類設備雖然能夠準確的測量出選定點的表面溫度，卻不能呈現(xiàn)整個建筑物外墻的熱力場分 布，對于系統(tǒng)的個別熱橋缺陷往往難以發(fā)現(xiàn)和排查。另一類評估系統(tǒng)則是采用測溫型紅外 熱像儀進行建筑物的整體熱力場評估，但是該類產(chǎn)品大多是面向常見通用對象，對建筑物 測溫的針對性不強，因缺乏對各類建筑材料紅外發(fā)射率的統(tǒng)計數(shù)據(jù)以及窗體、門體等部位 的區(qū)分測量，往往難以實現(xiàn)熱橋缺陷的準確定量分析。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明要解決現(xiàn)有測溫型建筑物保溫性能評估系統(tǒng)難以對建筑物外墻熱力場分 布準確定量分析以及熱橋缺陷排查的技術問題，提出了一種結(jié)合紅外測溫技術、可見光圖 像分割技術以及代表點紅外發(fā)射率標定技術的針對建筑物外墻保溫性能的測溫評估系統(tǒng) 及方法。
[0004] 為了解決上述技術問題，本發(fā)明的技術方案具體如下：
[0005] 基于紅外測溫技術的建筑物外墻保溫性能評估系統(tǒng)，其包括：
[0006] 同光軸對準的可見光鏡頭及可見光圖像探測器。通過所述的可見光鏡頭的濾波成 像作用，在所述的可見光圖像探測器靶面上對待測建筑物可見光波段成像。
[0007] 同光軸對準的紅外鏡頭及紅外圖像探測器。通過所述的紅外鏡頭的濾波成像作 用，在所述的紅外圖像探測器靶面上對待測建筑物紅外波段成像。
[0008] 圖像采集與處理模塊，通過輸出的同步信號，實現(xiàn)所述可見光、紅外圖像探測器光 電轉(zhuǎn)換幀頻的同步觸發(fā)及圖像數(shù)據(jù)采集。
[0009] 所述的圖像采集與處理模塊，通過圖像分割算法，將采集到的建筑物可見光圖像 的不同材料部位（如窗體、門體等）進行區(qū)域劃分，為不同材料區(qū)域紅外溫度反演計算所需 的紅外發(fā)射率選取提供位置信息。
[0010] 所述的圖像采集與處理模塊，根據(jù)可見光波段圖像分割得到的區(qū)域劃分結(jié)果及相 應區(qū)域的建筑材料特性，對相應區(qū)域的材料紅外發(fā)射率以查表或現(xiàn)場標定的方式進行設 定，為所述紅外圖像探測器采集到的紅外圖像數(shù)據(jù)提供相應位置的紅外發(fā)射率參數(shù)信息， 實現(xiàn)待測建筑物外墻不同部位的溫度計算，被測表面真實溫度計算公式為：
[0012] 其中，ε為物體表面紅外發(fā)射率，為大氣光譜透射率，?\為紅外發(fā)射率為黑體 發(fā)射率情況下利用所述紅外圖像探測器測得的上述指定位置表面溫度，Tu為環(huán)境溫度，ε a為大氣輻射率，Ta為大氣溫度，η與所選紅外探測器工作波段有關，可通過查表方式獲得。
[0013] 所述的查表方式，是通過將常見建筑材料不同物理狀態(tài)的紅外發(fā)射率數(shù)據(jù)組建成 一個數(shù)據(jù)庫。實際使用過程中，根據(jù)實際測量材料進行紅外發(fā)射率查詢。
[0014] 所述的現(xiàn)場標定方式，是利用表貼式溫度傳感器通過實測指定位置表面溫度Τ。， 紅外發(fā)射率為黑體發(fā)射率情況下利用所述紅外圖像探測器測得的上述指定位置表面溫度 ?；，以及環(huán)境溫度Tu，對上述指定位置處材料的紅外發(fā)射率進行計算標定。紅外發(fā)射率計算 公式為：
[0016] 圖像顯示與控制模塊，可以實現(xiàn)整個系統(tǒng)的圖像、界面顯示以及所有的人機交互 控制功能。
[0017] 本發(fā)明所述系統(tǒng)還可以包括若干表貼式溫度傳感器和溫度數(shù)據(jù)接收模塊，可根據(jù) 實測需要，將溫度傳感器貼附到待測建筑物外墻表面指定位置表面，并將各點實測溫度數(shù) 據(jù)以有線或無線方式傳輸給溫度數(shù)據(jù)接收模塊。溫度數(shù)據(jù)接收模塊將接收到的溫度數(shù)據(jù)整 合后發(fā)送給圖像采集與處理模塊，以實現(xiàn)建筑物外墻熱力場的準確計算。
[0018] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的有益效果是：
[0019] (1)本發(fā)明提供的建筑物外墻保溫性能評估系統(tǒng)相較于其他點式測溫系統(tǒng)，能夠 更為全面準確的對建筑物外墻整體熱力場分布以及熱橋缺陷進行全面直觀的勘測和分析 統(tǒng)計。
[0020] (2)本發(fā)明提供的建筑物外墻保溫性能評估系統(tǒng)相較于其他通用紅外熱像儀測溫 系統(tǒng)，特別引入了建筑物材料紅外發(fā)射率數(shù)據(jù)庫，表貼式溫度傳感器采集、收發(fā)裝置，以及 可見光分割定位功能。因此，具有更強的測量針對性和更高的定量評估精度。
【附圖說明】
[0021] 圖1為本發(fā)明的建筑物外墻保溫性能評估系統(tǒng)示意圖；
[0022] 圖2為本發(fā)明的建筑物外墻保溫性能評估系統(tǒng)結(jié)構框圖；
[0023] 圖3為本發(fā)明實施例1建筑物外墻保溫性能評估系統(tǒng)結(jié)構框圖；
[0024] 1-可見光鏡頭，2-紅外光鏡頭，3-可見光圖像探測器，4-紅外圖像探測器，5-圖像 顯示與控制模塊，6-第一表貼式溫度傳感器，7-第二表貼式溫度傳感器，8-第N表貼式溫度 傳感器（其中，N值為根據(jù)現(xiàn)場測量需要所采用的表貼式溫度傳感器數(shù)量），9-圖像采集與 處理模塊，10-表貼式溫度傳感器溫度數(shù)據(jù)接收模塊。
【具體實施方式】
[0025] 下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0026] 如圖1和圖2所示，本發(fā)明提供的基于紅外測溫技術的建筑物外墻保溫性能評估 系統(tǒng)，包括同光軸對準可見光鏡頭1與可見光圖像探測器3,同光軸對準紅外鏡頭2與紅外 圖像探測器4,圖像顯示與控制模塊5,圖像采集與處理模塊9。還可以包括若干表貼式溫度 傳感器（如：第一表貼式溫度傳感器6,第二表貼式溫度傳感器7,……，第N表貼式溫度傳 感器8)以及相應的表貼式溫度傳感器溫度數(shù)據(jù)接收模塊10。
[0027] 可見光圖像探測器3將通過可見光鏡頭1濾波成像得到的建筑物可見光圖像轉(zhuǎn)換 為圖像數(shù)據(jù)后，傳輸給圖像采集與處理模塊9。圖像采集與處理模塊9通過指定的圖像分割 算法，對可見光圖像中建筑物的不同表面組成材質(zhì)進行區(qū)域劃分（如窗體、門體等），并將 區(qū)域信息進行存儲。
[0028] 通過圖像顯示與控制模塊5控制顯示界面，對不同類區(qū)域紅外發(fā)射率進行數(shù)據(jù)庫 查表設定，或者利用若干表貼式溫度傳感器（如第一表貼式溫度傳感器6,第二表貼式溫 度傳感器7,……，第N表貼式溫度傳感器8)以及相應的表貼式溫度傳感器溫度數(shù)據(jù)接收 模塊10進行現(xiàn)場標定。標定公式為：
[0030] 其中，ε為物體表面紅外發(fā)射率?；為紅外發(fā)射率為黑體發(fā)射率情況下利用所述紅 外圖像探測器測得的上述指定位置表面溫度，Tu為環(huán)境溫度，Τ0為利用表貼式溫度傳感器 通過實測指定位置表面溫度，η與所選紅外探測器工作波段有關，可通過查表方式獲得。
[0031] 紅外光圖像探測器4將通過紅外鏡頭2濾波成像得到的建筑物紅外圖像轉(zhuǎn)換為 圖像數(shù)據(jù)后，傳輸給圖像采集與處理模塊9。圖像采集與處理模塊9將采集到的紅外圖像 數(shù)據(jù)，按照被測表面真實溫度計算公式以及每個像素點所處區(qū)域?qū)谋砻婕t外發(fā)射率系 數(shù)，對紅外圖像對應各點的表面溫度進行計算。計算式如下：
[0033] 其中，ε為物體表面紅外發(fā)射率，為大氣光譜透射率，為紅外發(fā)射率為黑體 發(fā)射率情況下利用所述紅外圖像探測器測得的上述指定位置表面溫度（該溫度由黑體標 定獲得），Tu為環(huán)境溫度，ε a為大氣輻射率，T a為大氣溫度，η與所選紅外探測器工作波段 有關，可通過查表方式獲得。
[0034] 圖像顯示與控制模塊5將系統(tǒng)采集到的可見光、紅外圖像進行相應顯示，并將計 算得到的熱力場溫度數(shù)據(jù)進行存儲和部分顯示。根據(jù)計算結(jié)果，實現(xiàn)建筑物外墻保溫性能 的整體評估。整體評估過程為：通過對建筑物的紅外成像得到的熱力場分布，可以直觀的顯 現(xiàn)出建筑物外墻溫度明顯過高或過低區(qū)域，并通過紅外測溫算法，對建筑物外墻溫度過高 或過低區(qū)域與周圍建筑區(qū)域的溫度差進行定量顯示，進而為建筑物外墻的保溫性能的評估 提供定量依據(jù)。
[0035] 實施例1
[0036] 結(jié)合附圖3所示，本發(fā)明提供的基于紅外測溫技術的建筑物外墻保溫性能評估系 統(tǒng)包括：同光軸對準可見光鏡頭與可見光圖像探測器，同光軸對準紅外鏡頭與紅外圖像探 測器，圖像采集與處理卡，用于圖像顯示與控制的工控計算機，若干表貼式溫度傳感器，以 及相應的表貼式溫度傳感器溫度數(shù)據(jù)接收模塊。
[0037] 可見光鏡頭為可透過波長范圍400nm-