專利名稱：成象測量方法,成象測量設(shè)備和測量信息在過程控制中的使用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及依據(jù)用于移動或流動目標(biāo)圖象測量的權(quán)利要求1a的導(dǎo)言的方法。本發(fā)明也涉及一種在權(quán)利要求15的導(dǎo)言中陳述的圖象測量設(shè)備。而且，本發(fā)明涉及將藉助于圖象測量測得的信息使用在依據(jù)權(quán)利要求23的導(dǎo)言的過程的控制和/或調(diào)節(jié)中。
藉助于各種準(zhǔn)則可把光學(xué)測量方法劃分成不同的種類。如果通過光學(xué)測量方法獲得的瞬時空間分辨率被用作比較準(zhǔn)則，根據(jù)這個準(zhǔn)則可以把方法劃分成非成象和成象的方法。在這些方法之間的基本區(qū)別被簡短地描述在下面。
在成象的方法中，所用的檢測器是一種適當(dāng)?shù)膬删S的，空間上分辨的檢測器(在此以下簡稱為陣列檢測器)，其中藉助于適當(dāng)?shù)那岸说墓鈱W(xué)儀器從目標(biāo)獲得的電磁輻射被收集和聚焦在前面提到的檢測器的光敏屏上。在可見光的波長范圍內(nèi)，陣列檢測器可以是，例如，一種所謂的CCD或CMOS攝象機(jī)。上面提到的檢測器的屏幕是由分離的，小的光敏檢測器單元(在此以下稱為象素)組成，其中每個象素依據(jù)前端的光學(xué)儀器的成象性質(zhì)收集由目標(biāo)的固定部分發(fā)送的輻射。當(dāng)在預(yù)先確定的積累時間期間由前面提到的象素收集/檢測到的輻射信號被以這樣一種方式，即包含在不同象素中的信息片斷保持相互分離地改變成電的形式，從目標(biāo)區(qū)域獲得以上面提到的方式成象的空間上分辨的信息，取決于所用的檢測器的結(jié)構(gòu)和操作方式，從整個區(qū)域或者精確地或者基本上同時地收集所述的信息。
在非成象的方法中，典型情況下只藉助于一個如光電二極管或光電倍增管那樣的檢測器檢測輻射，在其中進(jìn)入到檢測器的光敏或?qū)椛涿舾械谋砻嫔系妮椛洚a(chǎn)生電信號，它不可能作為檢測器中屏幕的空間位置的函數(shù)，因而，更具體而言，作為由所述的檢測器從目標(biāo)收集到的輻射信號的位置的函數(shù)進(jìn)行追蹤。這樣，典型情況下，前端的光學(xué)儀器的性質(zhì)或者以這樣的一種方式被選擇，即輻射信號被同時地在目標(biāo)的感興趣的整個區(qū)域上收集，或者以另一種方式被選擇，即在目標(biāo)中被檢測器檢測到的較小的測量點被暫時地掃描到目標(biāo)的不同部分，以便獲得空間上分辨的測量信息。然而，在后一種情況下，從目標(biāo)的不同部分獲得的信息基本上是在不同的時間瞬間被測得的，在空間上參差的快速變化的過程被采用的情況下，這是一個重大的限制。
檢測器技術(shù)的快速發(fā)展，特別是陣列檢測器的發(fā)展，無論在可見光的范圍內(nèi)(波長范圍大約300到800nm)，還是在紫外線的范圍(＜300nm)和紅外線的范圍(＞800nm)內(nèi)已經(jīng)使成象測量方法在工業(yè)中所應(yīng)用的不同過程操作的研究，監(jiān)測和控制中的使用能夠有強(qiáng)勁的增加。與計算機(jī)和能夠更有效處理圖象信息的圖象處理技術(shù)的發(fā)展一道，當(dāng)今以上提到的陣列檢測器使得發(fā)展基本上實時起作用的成象測量方法成為可能。
成象的光學(xué)測量方法可被進(jìn)一步劃分成非光譜的和光譜的方法。在非光譜成象方法中，典型情況下包括大多數(shù)常規(guī)的機(jī)器視覺方法(要測量的參數(shù)，例如，目標(biāo)的大小，定位或位置)，從目標(biāo)獲得的電磁輻射并未被專門按輻射的波長劃分，而是典型情況下只在一個波長段內(nèi)檢測輻射。例如，可以依據(jù)對目標(biāo)照明所用的輻射，和/或依據(jù)測量中所用的陣列檢測器的自然光譜工作范圍確定這個波長段。必須指出，在本文中術(shù)語光學(xué)的并不只是指可見光的波長(大約300到800nm)，而具有比可見波長更短(紫外線范圍)或更長波長(紅外線范圍)也是可能的。
然而，在光譜的方法中，也就是，在基于光譜分辨的方法中，從目標(biāo)獲得的輻射被劃分成相互不同的兩個或多個光譜段，在其中通過比較和/或組合在不同波長段上測得的信號/圖象，可以確定在目標(biāo)中感興趣的參數(shù)，如一個特定的感興趣的組分的局部溫度，或局部濃度。基本原理已知的比較通常使用的光譜方法是，例如，雙色或多色高溫測定法，藉助于這種方法根據(jù)由目標(biāo)自發(fā)地發(fā)射的電磁輻射，可以確定目標(biāo)的溫度，藉助于一種適當(dāng)?shù)耐獠看碳?例如激光或所謂的光譜燈)，也可以根據(jù)光的吸收或?qū)椛涞膹椥?例如，所謂的來自質(zhì)點/微滴的Mie散射)或非彈性(例如，所謂的熒光或Raman散射)的散射，進(jìn)行測量，如濃度測量。以上提到的光譜方法的原理，高溫測定法也包括在其中，是一般的廣泛了解的，因此在此將不對它們作更詳細(xì)的討論，因為它們并不構(gòu)成實際發(fā)明的一個部分。
為了實施以上提到的光譜方法，常常必須使用在至少兩個波長段上測量到的光譜分辨信息，以便確定目標(biāo)中感興趣的參數(shù)。在成象的方法中，這通常意味著藉助于一個射束分離器/多個射束分離器和不同的光學(xué)過濾器被相互分辨的光譜段每個被引導(dǎo)到一個分離的陣列檢測器，或者另一種方案，所有的光譜段被引導(dǎo)到相同的陣列檢測器，使得由它們產(chǎn)生的信號可被相互區(qū)分。
自然，在打算用于工業(yè)條件和應(yīng)用的光譜分辨的成象測量中，以上所描述的使用幾個分離的陣列檢測器在這方面是有問題的，所述的測量設(shè)備具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，并且它們是昂貴的。因此，在工業(yè)應(yīng)用方面一種比較感興趣的解決方案是使用一個單一的陣列檢測器，用于檢測要測量的所有光譜段，和同時試圖減少在分辨所述的光譜段中所需的光的組分的數(shù)目并將它們聚焦到檢測器的光敏屏上，以便使得在對這些組分的定位中所需的調(diào)節(jié)為最小，也就是，簡化測量設(shè)備的結(jié)構(gòu)，實施和使用。在工業(yè)條件下，另一個重要的因素也是用上述的方式完成的和良好地承受外部條件的測量設(shè)備的緊湊的機(jī)械結(jié)構(gòu)。
以下是一些已知解決方案的描述，它們可隨同光譜測量方法使用，并使成象的光譜分辨成為可能。
專利出版物US4,413,324公開了藉助于陣列檢測器的三種不同的實現(xiàn)光譜分辨的成象測量方法。更精確地說，所談到的測量是一種藉助于兩個相互不同的測量波長段進(jìn)行的，對一個目標(biāo)的成象的高溫測定的雙色溫度測量。在以上提到的出版物中所描述的第一方法是基于使用放在一個陣列檢測器(攝象機(jī))的屏幕前的，兩種不同類型的光學(xué)濾光器，濾光器的光譜段是相互不同的。以上提到的濾光器，它們每一個的尺寸精確地對應(yīng)于檢測器中單個象素的尺寸，它們一起組成一個連續(xù)的鑲拼的濾光器，完全地覆蓋陣列檢測器的光敏屏。在相同的出版物中公開的第二方法是基于利用一個在一個陣列檢測器前面旋轉(zhuǎn)的盤，在不同的時刻上對光譜段進(jìn)行時間上的測量，所述的盤由兩個不同的光學(xué)濾光器組成，以達(dá)到光譜的分辨率。在所述的專利出版物中公開的第三方法是基于將從目標(biāo)獲得的輻射劃分成相互不同的兩個光譜段，每段被引導(dǎo)到它們自己的分離的陣列檢測器，在專利出版物US4,413,324中公開的所有方法的特征在于它們使用兩個分離的光譜段，檢測器/多個檢測器只對于一種測量方法使用整個的成象區(qū)域。
專利出版物US5,963,311公開了另一種類型的設(shè)備，適用于成象的雙色高溫測定法，在其中從目標(biāo)接收到的輻射被劃分成兩部分，這些部分被以這樣一種方式通過不同的光學(xué)濾光器進(jìn)一步引導(dǎo)到一個陣列檢測器，使得與不同的濾光器對應(yīng)的和表示不同波長段的圖象相互相鄰地形成在陣列檢測器的屏幕上，它們都對應(yīng)于從目標(biāo)成象的相同區(qū)域。在所述的出版物中公開的方法中，從目標(biāo)接收到的輻射首先被用于在光學(xué)儀器的所謂的中間焦距中形成一個圖象，由此在實際的檢測器屏幕上成象。中間焦距的使用能夠調(diào)節(jié)在屏幕上形成的兩個相鄰圖象的放大率，使得在兩個圖象中的放大率是相等的，以及能較好地控制所述的圖象之間的散射光。
專利出版物US5,225,883公開了一種方案，適合于靜止的或移動的/流動的目標(biāo)的成象的雙色高溫測定法。與以上在專利出版物US5,963,311中公開的方法類似，在這種情況下從目標(biāo)接收到的輻射被劃分成兩部分，這些部分被以這樣一種方式通過不同的光學(xué)濾光器進(jìn)一步引導(dǎo)到一個陣列檢測器，使得與不同的濾光器對應(yīng)并表示不同的波長段的圖象被以相互鄰近的方式產(chǎn)生在陣列檢測器的屏幕上，它們都對應(yīng)于從目標(biāo)成象的相同區(qū)域。與出版物US5,963,311中所公開的解決方案相比較，在出版物US5,225,883中提出的解決方案在放大率的調(diào)節(jié)中并不采用中間焦距，但在其他的光學(xué)支路中利用一個具有適當(dāng)?shù)恼凵渲笖?shù)的光學(xué)部件，用以補(bǔ)償在與圖象對應(yīng)的光學(xué)支路之間路徑長度的差別，這樣藉助于在兩圖象中準(zhǔn)確地相等的放大率，能夠?qū)⑺龅膬蓤D象聚焦在檢測器的屏幕上。
所有以上提出的成象解決方案的特征在于能夠在幾個光譜段上基本上同時地進(jìn)行光譜分辨的測量，以這樣一種方式進(jìn)行將從目標(biāo)獲得的輻射劃分成和/或濾光成相互不同的光譜段，使得對于從整個目標(biāo)成象的區(qū)域以相同的方法進(jìn)行所述的過程，因此，陣列檢測器/多個陣列檢測器的整個成象區(qū)域被用于相同的光譜測量，如雙色的高溫測定法。因而，在基于光譜分辨的成象測量中，以上提到的方法的缺陷和相當(dāng)大的限制在于它們只可能方便地用于一次一種類型的光譜測量而不改變或調(diào)節(jié)光學(xué)部件。而且，對于一種特定的光譜測量選取的濾光器并不是最佳地適用于純粹的目標(biāo)顯現(xiàn)，或其他非光譜的測量。
而且，在以上提出的已知的解決方案中，必須使用幾個光學(xué)部件，以便將從目標(biāo)獲得的光線劃分和/或濾光成不同的光譜段，并將它們聚焦到陣列檢測器，所述的部件，在大多數(shù)的情況下，相互之間和/或相對于陣列檢測器必須以高的精度進(jìn)行調(diào)節(jié)和聚焦，這是一個問題。尤其是在那些已知的解決方案中，在不同光譜段上測得的圖象對應(yīng)于目標(biāo)中的相同位置，它們被分離地(US5,963,3115，US5,225,883)相互緊靠在屏幕上，與在陣列檢測器中不同波長段上目標(biāo)的一個特定的部分對應(yīng)的象素被相互遠(yuǎn)離地放置。這就使所述的象素可靠地相互識別復(fù)雜化，并且在對所述的光學(xué)部件聚焦和調(diào)節(jié)方面提出專門的要求，以致在不同波長上測得的圖象的放大率在量值上變得相當(dāng)大。相應(yīng)地，在專利出版物US4,413,324中公開的鑲拼的濾光器的一種優(yōu)選實施方案要求每個單一的濾光器被精確地定位，以便與檢測器的一個或幾個象素相對應(yīng)。這在技術(shù)上是有挑戰(zhàn)性的，因而是昂貴的，特別是在較小的生產(chǎn)批量的情況下。
依本發(fā)明看來，在專利出版物US5,225,883中公開的解決方案可被考慮為以上提出的先前技術(shù)解決方案中最近的科技發(fā)展水平的解決方案，在所述的出版物中，對于測量移動的或流動的目標(biāo)的解決方案的適應(yīng)性也得到強(qiáng)調(diào)。然而，所述的出版物無論如何沒有提到利用目標(biāo)的移動記錄光譜分辨的信息并進(jìn)一步按在目前的應(yīng)用中公開的由本發(fā)明規(guī)定的方式進(jìn)行光譜測量的可能性。
為了達(dá)到這個目的，依據(jù)本發(fā)明的成象方法的主要特征將在獨(dú)立的權(quán)利要求1的特征部分中提出。
依據(jù)本發(fā)明的成象設(shè)備的主要特征將在獨(dú)立的權(quán)利要求15的特征部分中提出。
而且，在過程控制和/或調(diào)節(jié)中使用由成象測量測得的信息的主要特征將在獨(dú)立的權(quán)利要求23的特征部分中提出。
其他的從屬的權(quán)利要求提出本發(fā)明的某些優(yōu)選的實施方案。
本發(fā)明由新的，發(fā)明的特點來表征，它們大大地簡化和便于實施光譜分辨的光譜成象測量和其中必要的測量設(shè)備，以及所述的測量設(shè)備的使用。依據(jù)本發(fā)明，待測目標(biāo)的移動本身被用于記錄在相互不同的波長段上待測的光譜分辨的信號。這是通過記錄一個圖象點在目標(biāo)經(jīng)發(fā)送輻射的濾光器區(qū)域以相互不同的方式移動的影響下行進(jìn)時產(chǎn)生的信號而獲得的，該圖象點被聚焦在陣列檢測器的屏幕上并沒有射束的分離，這個圖象點對應(yīng)于要測量的目標(biāo)的一個固定的部分。換句話說，利用成象與按上面提到的方式對從不同的濾光器區(qū)域接收到的信息比較和/或組合一道確定目標(biāo)的一個特定部分用光譜方法測得的參數(shù)。在這樣的沒有射束分離發(fā)生的成象中，目標(biāo)的圖象并沒有被復(fù)制在檢測器的屏幕上，因此，在一個固定的時刻上只有一個圖象點對應(yīng)于目標(biāo)的一個單一的小部分。
所述的濾光器區(qū)域是藉助于帶有簡單結(jié)構(gòu)的濾光器得到的，這些濾光器基本上被放置在緊靠著檢測器的前面，或者被放置在所應(yīng)用的前端光學(xué)儀器的中間焦距中。因為依據(jù)本發(fā)明所述的濾光器區(qū)域與陣列檢測器的單個象素的尺寸相比，可以具有較大的區(qū)域，因此每個濾光器區(qū)域方便地覆蓋成千上萬個單個象素，以簡單的方式將它們調(diào)齊和相互調(diào)節(jié)及相對于檢測器進(jìn)行調(diào)節(jié)是可能的，不必要專門調(diào)節(jié)濾光器區(qū)域，使它對應(yīng)于檢測器某些單獨(dú)的象素。以上提到的性質(zhì)使得在對于不同的使用目的為最佳的小的產(chǎn)品批量中制造依據(jù)本發(fā)明的測量設(shè)備成為可能。
本發(fā)明的特征在于所述的對于光譜測量必要的濾光器區(qū)域只部分地覆蓋陣列檢測器的屏幕，其中檢測器成象區(qū)域的其余部分可被用于其他的非光譜測量和/或目標(biāo)的顯現(xiàn)。在工業(yè)過程的監(jiān)測中，進(jìn)行純粹的目標(biāo)顯現(xiàn)常常是有利的，換句話說，發(fā)送未被處理的或只稍微處理過的實時圖象給監(jiān)測/調(diào)節(jié)此過程的操作者。在依據(jù)本發(fā)明的方法/設(shè)備中，這可很容易通過以對顯現(xiàn)特別適合的方式利用或者已濾光或者未濾光的陣列檢測器的成象區(qū)域來實現(xiàn)。通過利用顯現(xiàn)的可能性，操作者可很容易限定目標(biāo)被監(jiān)測/被測量的成象區(qū)域，換句話說，成象設(shè)備可被容易地和精確地聚焦到所希望的目標(biāo)區(qū)域。
與先前技術(shù)相比較，在依據(jù)本發(fā)明的解決方案中，如果必要的話，使用兩個以上的濾光器，用不同的方式對輻射濾光也是容易和簡單的。相應(yīng)地，這樣能夠基本上同時使用多于一種光譜測量方法而不需要改變和/或調(diào)節(jié)光學(xué)部件，但仍然保持所用的光譜段對于給定的目的和光譜測量始終是最佳的選擇。
在

圖1和2中所示的移動或流動的目標(biāo)T(與圖3到4中的相對應(yīng))可以是一個具有基本上均勻的固體結(jié)構(gòu)，基本上均勻的液體結(jié)構(gòu)或基本上均勻的氣體結(jié)構(gòu)的目標(biāo)，例如，一個在經(jīng)受軋鋼機(jī)操作的熱的，發(fā)光的金屬物體，或者由熔化的金屬產(chǎn)生的流體或火焰。目標(biāo)也可以具有不均勻的結(jié)構(gòu)，如含有固體或液體微粒的氣體流，或相應(yīng)地，含有氣泡或固體微粒的液體流。目標(biāo)的溫度可以是對于觀察下的過程典型的任何溫度。
在圖1和2中，成象的光學(xué)儀器L1，L2，L3每個可由一個或幾個分離的鏡片組成，或者每個光學(xué)儀器L1，L2，L3可以是一種包含幾個鏡片的所謂的攝象機(jī)物鏡，它可以進(jìn)一步包含用于將圖象聚焦在陣列檢測器D上的裝置，如果必要的話，還包含用于限制所述的光學(xué)儀器的孔徑的裝置，以便控制焦距的深度和成象的亮度等級。如果圖象被通過一個以上的中間焦距在陣列檢測器上中繼，可以有幾個成象的光學(xué)儀器在使用，如果有必要，它們可被包含在，例如，一個內(nèi)視鏡或用作前端光學(xué)儀器的另一個相應(yīng)的專門的光學(xué)儀器中。如有必要，成象光學(xué)儀器也可以包含所謂的視域透鏡，放置在聚焦平面的緊鄰，以便改進(jìn)圖象的質(zhì)量。
成象的光學(xué)儀器L1，L2，L3和濾光器F1，F(xiàn)2不必要放置在相同的直的光學(xué)軸上，如果必要的話，也可以使用鏡子反射光學(xué)軸的方向，或者光學(xué)儀器L1，L2，L3本身也可以利用凹面球鏡來實現(xiàn)，而且，如有必要，濾光器(放置在中間焦距中時)同樣可以作為反射部件來實施。
在依據(jù)本發(fā)明并從成象的光學(xué)儀器(圖1中的L1和圖2中的L3)和與陣列檢測器的屏幕D垂直的方向觀看的情況下，圖3示出藉助于濾光器F1，F(xiàn)2在所述的屏幕的光敏區(qū)域DA上形成的濾光器區(qū)域FR1和FR2。在圖3中，虛線也在原理上示出在依據(jù)圖1或2的情況下移動的或流動的目標(biāo)T是如何被成象在屏幕D上的。
圖4以與圖3對應(yīng)的方式示出依據(jù)本發(fā)明在陣列檢測器的成象區(qū)域上安排濾光器區(qū)域的某些替代的方法。圖4a示出兩個濾光器區(qū)域FR1和FR2的一種方案，它們在尺寸上相對于檢測器的光敏區(qū)域DA的表面積是小的，濾光器區(qū)域是相互接觸的。圖4b示出相互不接觸的濾光器區(qū)域FR1和FR2以及位于成象區(qū)域另一邊的濾光器區(qū)域FR3和FR4，其中濾光器FR3的性質(zhì)對應(yīng)于濾光器FR1的性質(zhì)，濾光器FR4的性質(zhì)對應(yīng)于濾光器FR2的性質(zhì)。而且，圖4 c示出尺寸不同的兩個非矩形的濾光器區(qū)域。圖4d進(jìn)一步示出三個濾光器區(qū)域FR1，F(xiàn)R2，F(xiàn)R3的一種方案，它們以不同的方式發(fā)送輻射。
本發(fā)明并不限于以上描述的在檢測器的成象區(qū)域上安排濾光器區(qū)域的方法，而是濾光器區(qū)域的尺寸，形狀和數(shù)目可以依據(jù)所談到的實施方案按這樣一種方式改變，即在目標(biāo)移動的影響下，與目標(biāo)的某個部分對應(yīng)的檢測器屏幕上的一個圖象點基本上通過在所談到的光譜測量中必要的濾光器區(qū)域行進(jìn)。
為了產(chǎn)生在檢測器屏幕D上的濾光器區(qū)域，濾光器F1，F(xiàn)2可以由在檢測器的工作波長區(qū)域中基本上透明的，均勻的襯底材料組成，它們的前和/或后表面/若干表面位于所希望的位置上，提供有以所希望的方式反射，吸收或衰減目標(biāo)的輻射的涂層，例如，一種所謂的二色性的多層涂層。另一種方案是，濾光器F1，F(xiàn)2可以通過利用一種以所希望的方式吸收或衰減輻射的材料，例如，利用有色玻璃來替代以上提到的，基本上透明的襯底材料中所希望的區(qū)域來做成。而且，包含濾光器F1，F(xiàn)2的組合件可按這樣一種方式構(gòu)成，即為了不影響輻射在其中行進(jìn)的性質(zhì)，在這些部分中根本不包含任何實際的襯底材料，但是，與用以上描述過的任何方法構(gòu)成的實際的濾光器區(qū)域FR1，F(xiàn)R2對應(yīng)的濾光器結(jié)構(gòu)F1，F(xiàn)2被分離地直接貼附在檢測器D的屏幕上(在圖1中所示的情況)，或者以上提到的濾光器結(jié)構(gòu)F1，F(xiàn)2藉助于一種適當(dāng)?shù)臋C(jī)械構(gòu)件，如連線，(圖2中所示的情況)被相互貼附和定位，所述的構(gòu)件本身具有盡可能細(xì)的結(jié)構(gòu)，使得它對于輻射傳輸?shù)母蓴_盡可能少。濾光器F1，F(xiàn)2可以包含/具有一種所謂的繞射部件的結(jié)構(gòu)，在其中與檢測器的光敏區(qū)域DA的不同部分對應(yīng)的區(qū)域被按所希望的形狀制造，并按所希望的方式在檢測器D的屏幕上形成依據(jù)本發(fā)明的濾光器區(qū)域。濾光器也可通過將上面提到的不同的結(jié)構(gòu)解決方案組合來構(gòu)成，而且，與不同的濾光器區(qū)域?qū)?yīng)的濾光器可被安放在不同的位置上，例如，以這樣一種方式第一濾光器F1被安放在檢測器D的前面(依據(jù)圖1)，和第二濾光器F2被安放在前端的光學(xué)儀器的中間焦距中(依據(jù)圖2)。而在檢測器的光敏區(qū)域DA上形成的濾光器區(qū)域FR1，F(xiàn)R2可以藉助于這樣的濾光器部件來產(chǎn)生，這些部件的傳輸/反射是作為位置的函數(shù)以這樣一種方式變化的，即在濾光器部件的一個特定的點上，該點的傳輸/反射對應(yīng)于濾光器F1，在另一個點上對應(yīng)于濾光器F2。所述的包含變化的/可調(diào)整的光譜響應(yīng)類的濾光器部件可被利用以上提到的結(jié)構(gòu)解決方案制造，例如藉助于二色性的涂層。
位于攝象機(jī)C中的兩維陣列檢測器D可以是，例如，一種所謂的CCD檢測器，是一種硅-基的檢測器，在200到1100nm的波長范圍內(nèi)工作，它可以包含一種所謂的電快門的功能，以便控制象素的曝光。在這種類型的CCD檢測器中，象素的數(shù)目，例如，在一個2/3英寸的檢測器中可以是水平方向中1280個象素，在垂直方向中1024個象素，其中單個象素的尺寸，例如，是6.7微米乘6.7微米。然而，取決于實施方案，檢測器可以是另一種類型的陣列檢測器，其中檢測器的光敏成象區(qū)域的尺寸和象素的數(shù)目可以改變，檢測器的快門時間可以通過利用一種分離的外部的機(jī)械的或電-/磁-光的快門進(jìn)行調(diào)節(jié)。在900到1700nm的波長范圍內(nèi)，檢測器可以是，例如，一種由銦鎵砷半導(dǎo)體制成的1英寸的陣列檢測器，320象素×240象素。檢測器也可以是一種所謂的CMOS檢測器。而且，陣列檢測器的所有象素可以包含一種相同的光譜波長響應(yīng)，或者不同的象素可以包含不同的光譜波長響應(yīng)。換句話說，檢測器也可以是，例如，一個彩色攝象機(jī)。檢測器的不同象素的曝光時間可以藉助于一種內(nèi)部的電快門功能，以不同的方式在不同的象素之間進(jìn)行調(diào)節(jié)。同樣，在攝象機(jī)中，要從檢測器的不同象素讀出的電信號的增益可用不同的方式在不同的象素之間進(jìn)行調(diào)節(jié)，并且在通過所謂的binning功能讀出以前可將幾個相鄰象素的信號加在一起。
放置陣列檢測器D的攝象機(jī)C照管著由檢測器收集到的光學(xué)信號變化為電的格式，也控制檢測器的電功能。以上提到的控制命令可以用電的格式直接從計算機(jī)或者通過攝象機(jī)中由用戶設(shè)置的開關(guān)用人工方式得到。攝象機(jī)C可以是一種所謂的數(shù)字?jǐn)z象機(jī)，在其中被檢測器捕獲到的圖象已經(jīng)在攝象機(jī)本身變化為由二進(jìn)制碼表達(dá)的數(shù)字格式，二進(jìn)制信息被進(jìn)一步發(fā)送到用于圖象處理和在以后階段要進(jìn)行的計算的實際的測量計算機(jī)。另一種方案是，攝象機(jī)C也可以是一種所謂的模擬攝象機(jī)，被檢測器捕獲的圖象首先作為模擬視頻信號發(fā)送到計算機(jī)，在其中例如，藉助于一種適當(dāng)?shù)乃^圖象捕獲卡把模擬信號變成數(shù)字格式。攝象機(jī)C可以包含一個它自己擁有的或相應(yīng)的電路/若干電路的微處理器，使得信息被向前發(fā)送以前，圖象處理可全部地或部分地已經(jīng)在攝象機(jī)中進(jìn)行。這樣做也是可能的。
以下，本發(fā)明將利用本發(fā)明在一種熱噴鍍過程控制中的應(yīng)用作為一個例子更詳細(xì)地作進(jìn)一步的描述。
圖5示出一種熱噴鍍過程的原理，鍍層材料被以粉末形式從一個輸送口1送到從噴射設(shè)備G流出的熱氣體火焰P。所述的氣體火焰可以是一種藉助于電弧產(chǎn)生的所謂等離子體火焰，或者由活性氣體成分的燃燒產(chǎn)生的氣體火焰。在火焰P中，涂層微粒熔化，在它們碰撞到要鍍的目標(biāo)S以前，它們被加速到某個速度。當(dāng)熔化的或部分熔化的涂層微粒碰撞到要鍍的目標(biāo)時，它們被拉平和冷卻成為薄層。以上提到的薄層在目標(biāo)S的表面上成為一層構(gòu)成所希望的涂層。已知的工業(yè)上廣泛使用的熱噴涂過程包括，例如，等離子體噴涂，HVOF噴涂，爆炸噴涂和火焰噴涂。藉助于這些噴涂方法可以制造，例如，用于多種多樣目的的金屬的，陶瓷的或塑料的涂層。
在熱噴涂中，從要生產(chǎn)的涂層的性質(zhì)和質(zhì)量看來，剛好在涂層微粒碰撞在要鍍的目標(biāo)上以前，涂層微粒的飛行中的性質(zhì)是至關(guān)重要的。在這方面，涂層微粒最重要的參數(shù)是微粒的溫度，速度，數(shù)量和大小，以及這些參數(shù)在火焰中的局部分布。
依據(jù)本發(fā)明的方法使得藉助于相同的測量設(shè)備能夠既進(jìn)行成象的光譜測量又進(jìn)行成象的非光譜測量，也能夠在微粒/微粒噴射流碰撞到要鍍的目標(biāo)S以前飛行中顯現(xiàn)涂層微粒/微粒噴射流。在圖5中虛線示出適合于這樣的過程監(jiān)測的成象區(qū)域ROI。在本例中，依據(jù)在此往下要描述的本例的光譜方式測得的參數(shù)是涂層微粒的高溫的雙色溫度，非光譜方式確定的參數(shù)包括例如，涂層微粒的速度和瞬時數(shù)量。作為成象方法的結(jié)果，可以獲得以上提到的參數(shù)的空間分辨的信息，也就是，來自成象區(qū)域ROI的所述參數(shù)的局部分布。
圖6示出在檢測器中所用的曝光時間相對于涂層微粒的速度是短促的情況下。在陣列檢測器上由熱的涂層微粒產(chǎn)生的圖象。因此，單獨(dú)的涂層微粒藉助于涂層微粒本身發(fā)射的熱輻射被成象為檢測器光敏區(qū)域DA上分離的條紋，條紋的長度取決于所用的曝光時間和微粒的速度。在圖6中由一個涂層微粒產(chǎn)生的一個這樣的條紋被標(biāo)記為T1。當(dāng)依據(jù)圖6濾光器區(qū)域FR1和FR2被安排在檢測器的成象區(qū)域上時，在與所述的濾光器區(qū)域?qū)?yīng)的兩個波長段上，從在曝光時間期間單獨(dú)的微粒通過所述的濾光器之間的邊界的發(fā)射獲得光譜分辨的信息。測量以這樣一種方式進(jìn)行，在所述的兩個波長段上對于單獨(dú)的微粒的測量之間的時間差短于在成象中所用的曝光時間。當(dāng)以適當(dāng)?shù)姆绞竭x擇所述的兩波長段時，假定在成象中所用的曝光時間范圍內(nèi)微粒的溫度沒有太大的變化，則可以使用藉助于相同的設(shè)備測得的輻射確定單獨(dú)的涂層微粒的雙色的高溫溫度。典型情況下，例如在等離子體噴涂中，涂層微粒的速度常常是每秒幾百米，實際上，依據(jù)圖6的狀況是使用微秒量級的曝光時間獲得的。藉助于圖象處理技術(shù)，與目標(biāo)的相同區(qū)域，例如一個微粒對應(yīng)的圖象在不同的波長上測量的，和位于檢測器的光敏區(qū)域DA上相互遠(yuǎn)離處的方法(例如US5,963,311和US5,225,883)相比較，識別示于圖6中的，在不同波長上測得的，位于相互緊靠處的條紋(例如T1)的不同部分是容易的。
圖7以相應(yīng)的方式示出在檢測器中所用的曝光時間相對于涂層微粒的速度是長的情況下由熱的涂層微粒在陣列檢測上產(chǎn)生的圖象。這樣，從濾光器區(qū)域FR1和FR2獲得的測量結(jié)果包含測得的輻射值，它們被相加/積累作為微粒噴射流TX相對于位置和時間的運(yùn)動的結(jié)果，利用這些值，也可以計算關(guān)于微粒噴射流的雙色高溫溫度和局部的分布。當(dāng)然，利用長的曝光時間，不可能確定單獨(dú)的涂層微粒的溫度。
依據(jù)圖7中所示的原理，在信號受限的情況下，例如，當(dāng)所用的光譜方法或目標(biāo)的輻射性質(zhì)使得必須選擇與濾光器區(qū)域?qū)?yīng)的光譜段，以致它們在光譜上是非常窄的，也就是，它們滲透輻射的一小部分時，必須使用相對于目標(biāo)的速度是長的曝光時間。當(dāng)目的在于只測量固定的窄的光譜線的輻射時，或者當(dāng)目的在于防止某些靠近測量的波長，并可能干擾測量的光譜線進(jìn)入相同的測量結(jié)果時，就是這種類型的情況。在以上提到的情況下，當(dāng)使用短的曝光時間和目的在于區(qū)分，例如單獨(dú)的微粒時，積累到相應(yīng)的象素上的信號根本沒有超過檢測限值，或者它的信號/噪聲比仍然太低。如果，例如，本方法是基于利用目標(biāo)本身的自發(fā)的輻射，藉助于短的曝光時間，不可能檢測具有太低溫度的目標(biāo)。
本發(fā)明一個相當(dāng)大的優(yōu)點是在以上類型的信號受限制的情況下，例如，高溫的雙色溫度測量可以用積累的方式和利用平均值進(jìn)行，這是通過利用長的曝光時間和選取對于所述的高溫測量最佳的光譜段/濾光器區(qū)域?qū)崿F(xiàn)的?，F(xiàn)在藉助于相同的設(shè)備，通過利用不同的曝光時間，如果必要的話，利用檢測器未濾光的成象區(qū)域的其余部分，和/或?qū)τ谒劦降钠渌麥y量或顯現(xiàn)最佳的其他光譜段/濾光器區(qū)域可以進(jìn)行其他的測量或顯現(xiàn)。
由本發(fā)明提供的，以最佳方式使用各種不同的測量或顯現(xiàn)的可能性，利用熱噴涂過程作為一個例子說明如下依據(jù)以上提出的事實，在圖6和7中光譜段/濾光器區(qū)域FR1和FR2被造成適合于雙色高溫溫度測量，取決于目標(biāo)的性質(zhì)(例如，溫度和/或微粒密度)，可以對于單獨(dú)的涂層微粒(圖6)，或藉助于平均值以積累的方式對微粒噴射流(圖7)進(jìn)行測量。基本的事實在于通過改變陣列檢測器的曝光時間，可以容易和快速地從依據(jù)圖6的狀況轉(zhuǎn)移到依據(jù)圖7的狀況。
在圖6的情況下，成象中所用的曝光時間和成象的光學(xué)儀器的放大率已知時，藉助于已知的所謂飛行時間原理可以確定單獨(dú)的微粒的速度。原則上，微粒速度的測量可以在成象區(qū)域的任何點上實施，因為速度的測量并不取決于由單獨(dú)的微粒產(chǎn)生的圖象的亮度，而只取決于在圖象中由所述的微粒拉長的條紋長度。微粒速度的測量也可以通過采用雙倍或多次曝光，和通過識別與每個單獨(dú)的微粒對應(yīng)的圖象的位置，以及目前與不同的曝光對應(yīng)的所述的圖象之間的距離來實現(xiàn)。如果單獨(dú)的微粒的圖象/條紋在速度測量中所用的曝光時間上是信號受限制的，按作為本發(fā)明特征的方式進(jìn)行檢測器的光譜未濾光的成象區(qū)域中以上提到的圖象/條紋的識別是有利的，作為它的光譜段盡可能寬，也就是未受濾光器限制的結(jié)果，它將具有最大的靈敏度。
當(dāng)然，用與以上測量微粒對應(yīng)的方式和在圖6的情況下已知的方式，可以在順序取得的圖象中，以及成象區(qū)域的不同部分中確定圖象中檢測到的微粒的數(shù)目，如果微粒的檢測是信號受限制的，也可以用具有本發(fā)明特征的方式在陣列檢測器的光譜上未被濾光的成象區(qū)域中方便地進(jìn)行，或者另一方案是通過利用依據(jù)圖7的長曝光時間來進(jìn)行，其中在成象域不同部分中微粒的數(shù)目，特別是與運(yùn)動方向橫截的分布可以根據(jù)圖象的局部亮度，和考慮在較早的階段用雙色高溫測定法測得的與運(yùn)動方向橫截的溫度分布(圖7)相對地檢測出。
當(dāng)涂層微粒雙色高溫測定的溫度已知時，可以依據(jù)高溫測定法已知的原理確定溫度而不需要微粒大小方面的信息，通過利用在對于該用途合適的已知波長段上由所述的微粒發(fā)射的輻射強(qiáng)度，依據(jù)已知的先前技術(shù)可以獲得微粒大小方面的進(jìn)一步信息。換句話說，在固定溫度中由一個微粒發(fā)射的輻射取決于微粒的大小，如果溫度是已知的，根據(jù)雙色高溫測量，可以根據(jù)微粒的輻射強(qiáng)度計算微粒的大小。依據(jù)本發(fā)明，通過補(bǔ)充在依據(jù)圖6的情況下的系統(tǒng)可容易地進(jìn)行這種測量，如果有必要，利用尤其對于這種用途是最佳的第三濾波器區(qū)域。
當(dāng)依據(jù)圖5的熱噴涂過程被成象時，由在成象區(qū)域內(nèi)發(fā)生的亮度很大的變化引起一個重大的實際問題，對于使用中的陣列檢測器的動態(tài)范圍提出高的要求。換句話說，對于它的測量/檢測不同尺度量值的輻射的能力提出高的要求。如果圖5中所示的成象區(qū)域ROI的左邊放置得太靠近噴涂設(shè)備G，通過使陣列檢測器屏幕上與成象區(qū)域ROI的左邊對應(yīng)的象素的過曝光，火焰P的亮度可以干擾涂層微粒的實際檢測。依據(jù)本發(fā)明通過在成象區(qū)域的所述點中增加一個分離的濾光器區(qū)域可以避免這一點，濾光器區(qū)域以適當(dāng)?shù)姆绞剿p來自目標(biāo)到所述的成象區(qū)域的輻射，這樣就降低了對于檢測器動態(tài)范圍提出的要求。當(dāng)另一種過程，例如一種活性流被成象時，目標(biāo)的溫度，觀測中的濃度，或其他相應(yīng)的因素，作為過程中發(fā)生的反作用的結(jié)果以另一種方式增加或變化，在成象區(qū)域不同點上目標(biāo)運(yùn)動方向中也可發(fā)生對輻射衰減的需要。
正如以上已經(jīng)提到過的那樣，在熱噴涂過程中從控制和調(diào)節(jié)過程看來火焰中涂層微粒參數(shù)的局部分布也是重要的。例如，在圖5所示的情況下，當(dāng)涂層微粒以粉末形式從口1沿著所謂的載體氣傳送時，如果所述的載體氣的流速被調(diào)節(jié)得太低，涂層微粒沒有按規(guī)定方式滲入火焰P的熱的內(nèi)部。當(dāng)以相應(yīng)的方式使用高流速的載體氣時，涂層微粒直接滲入整個火焰，在兩種情況下打在目標(biāo)S上的涂層微粒參數(shù)，如溫度和速度都偏離最佳值。
圖8到10用舉例的方式示出可能由依據(jù)本發(fā)明的成象方法完成的，確定熱噴涂過程中涂層微粒某些參數(shù)的局部分布的方法。當(dāng)然，很明顯，在其他種類的過程中以相應(yīng)的方式可以確定在權(quán)利要求中提出的發(fā)明特點的范圍內(nèi)，在給定時間上測得的參數(shù)的局部分布。
圖8原則上示出確定涂層微粒雙色溫度的局部分布DT的做法，從相對于微粒運(yùn)動的橫斷面上取得。在圖8中用陰影作標(biāo)記的并使用在確定微粒溫度的過程中的兩個濾光器區(qū)域被進(jìn)一步劃分成較小的觀測區(qū)域R1到RN，在每個觀測區(qū)域R1到RN內(nèi)確定的單獨(dú)的微粒溫度在相同的區(qū)域內(nèi)作為瞬時平均值或者對于時間積累的平均值進(jìn)行計算，所述的平均值被用于構(gòu)成分布DT。因此，根據(jù)藉助于測量設(shè)備取得的一個圖象構(gòu)成瞬時的時間分布，或者根據(jù)幾個順序的圖象構(gòu)成積累的分布是可能的。
圖9原則上示出關(guān)于微粒的運(yùn)動將陣列檢測器的整個成象區(qū)域用于確定橫截微粒運(yùn)動的分布DV，例如，用于確定微粒的數(shù)目分布或速度分布。而且，圖10以相應(yīng)的方式原則上示出確定運(yùn)動方向中微粒的分布，例如數(shù)目分布或速度分布。
在圖8到10中，形成分布中所用的觀測區(qū)域R1到RN的大小可以依據(jù)需要改變，它們可以只包含在檢測器中形成的濾光器區(qū)域，或位于濾光器區(qū)域外部的成象區(qū)域，這取決于所談到的參數(shù)。除了以上提到的分布外，當(dāng)然，如果必要的話，也可以藉助于成象從目標(biāo)/若干目標(biāo)確定的參數(shù)/若干參數(shù)確定其他的統(tǒng)計值。
通過監(jiān)測在以上所描述的方法中形成的基本測量參數(shù)的局部分布可以控制熱噴涂過程的狀態(tài)和噴涂設(shè)備的功能，并示出涂層微粒的狀態(tài)，從而示出過程的狀態(tài)，和/或其他的統(tǒng)計值以及在這些分布或統(tǒng)計量中發(fā)生的變化。如果必要的話，通過以獲得最佳工作條件的方式使用所述的測量結(jié)果可以進(jìn)一步人工地或自動地調(diào)節(jié)噴涂過程。通過使用本發(fā)明成為可能的目標(biāo)顯現(xiàn)，也就是從目標(biāo)發(fā)送到操作者的實時圖象也便于控制和調(diào)節(jié)過程。顯現(xiàn)功能尤其便于和加快，例如，在過程中需要的初步檢查和調(diào)整，如噴涂設(shè)備G的磨損部分(噴嘴等)和/或涂層材料和/或涂層材料的批量。藉助于顯現(xiàn)，成象測量設(shè)備也可被精確地指向所希望的位置。
當(dāng)然，很明顯，本發(fā)明的使用并不僅僅限于研究，監(jiān)測和調(diào)節(jié)以上作為例子描述的熱噴涂過程，而是在權(quán)利要求中提出的本發(fā)明的特點的范圍內(nèi)也可以應(yīng)用在包含一個移動或流動目標(biāo)/若干個移動或流動目標(biāo)的其他過程中。
而且，在光譜方法的領(lǐng)域內(nèi)，本發(fā)明的使用并不限于只使用高溫測定法，藉助于本發(fā)明可以方便地實施其他的成象測量方法，除了光譜的分辨力外，在檢測器的成象區(qū)域上形成的不同的濾光器區(qū)域也可以包含相互依賴于用不同方法測得的輻射的極化的性質(zhì)。從本發(fā)明看來，照亮觀察下的目標(biāo)的方法并不重要，要觀察的目標(biāo)/若干目標(biāo)可以本身發(fā)射輻射和/或散射從其他源獲得的輻射。
當(dāng)然，很明顯，在根據(jù)被目標(biāo)散射的輻射檢測目標(biāo)/若干目標(biāo)的情況下，通過使用一種基本連續(xù)的工作光源以及同時在檢測器中使用足夠短的快門時間，可以停止圖象中目標(biāo)/若干目標(biāo)的運(yùn)動。另一種方案是，通過使用一種短的光脈沖/若干脈沖，換句話說，使用頻閃照明，可以使用相對于目標(biāo)/若干目標(biāo)的速度是長的快門時間。在這兩種方法中，可以獲得對于檢測目標(biāo)同樣有效的曝光時間，通過使用術(shù)語有效曝光時間代替術(shù)語曝光時間，也在權(quán)利要求中闡述這個事實。
當(dāng)包含可以在成象區(qū)域DA上分別區(qū)分的較小目標(biāo)的這樣一個目標(biāo)被成象時，在藉助于由所述的目標(biāo)自發(fā)地發(fā)射的輻射檢測目標(biāo)中，也可以使用兩次或多次相繼的曝光替代單次曝光。例如，在圖6的情況中，在檢測器的成象區(qū)域DA上用條紋形狀表示的目標(biāo)(如圖6中的T1)每個可被表示為兩個或幾個相繼的點。依據(jù)本發(fā)明可以使用由一個這樣的目標(biāo)產(chǎn)生的，在不同的濾光器區(qū)域中發(fā)生的點代替以上提到的條紋實現(xiàn)光譜測量。
當(dāng)由三個或多個單次相繼的有效曝光(由光脈沖和/或檢測器的快門時間確定)組成的曝光序列被使用并且在序列之間一個或多個間隔被在所述的序列之間進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得與其他間隔相比較在大小上是不同的情況下，可以確定目標(biāo)/若干目標(biāo)的運(yùn)動/流動方向。通過使用由四個或幾個單次相繼的有效曝光組成的曝光序列，也可以確定目標(biāo)/若干目標(biāo)的運(yùn)動/流動的速度中變化的速度，換句話說，加速度或減速度。
通過利用目前在市場上已經(jīng)可得到的陣列檢測器/攝象機(jī)設(shè)備和計算機(jī)設(shè)備可以基本上實時地實現(xiàn)過程中不同參數(shù)的成象測量。例如，通過藉助于有效的計算機(jī)和圖象處理法將在每秒25個圖象速率上取得的圖象作為連續(xù)過程處理，可以在實時監(jiān)測和控制觀察下的過程中使用以這種方式確定的參數(shù)。在如熱噴涂結(jié)構(gòu)內(nèi)某些目標(biāo)的處理中，在過程的實際操作期間這樣的測量是困難的或不可能的，過程設(shè)備的操作，特別是，例如熱噴涂設(shè)備的操作，藉助于緊接著實際過程操作前后的成象測量可快速地得到保證。如果藉助于測得的參數(shù)檢測到在噴涂設(shè)備的功能中已經(jīng)發(fā)生變化，如果必要的話，可以中斷過程的實際功能，以便調(diào)整和/或修理噴涂設(shè)備。
當(dāng)然，很明顯，通過藉助于一種適當(dāng)?shù)耐獠糠椒ㄔ谝獪y量的目標(biāo)和依據(jù)本發(fā)明的測量設(shè)備之間產(chǎn)生運(yùn)動，對于那樣一些本來不包含移動或流動目標(biāo)的目標(biāo)進(jìn)行依據(jù)本發(fā)明的測量也是可能的。這樣一些方法可以是，例如，使成象測量設(shè)備本身移動或旋轉(zhuǎn)，或者相應(yīng)地，通過旋轉(zhuǎn)的或振動的反射光學(xué)儀器發(fā)送目標(biāo)的圖象。
在某些情況下，也可能只使用添加到檢測器成象區(qū)域的一個單一的濾光器區(qū)域?qū)τ谶M(jìn)行某種光譜測量是足夠的。因此，所謂的檢測器未濾光的成象區(qū)域和它的光譜響應(yīng)被用作一個寬的測量波長段，在所述的添加的濾光器區(qū)域內(nèi)有另一個較窄的測量波長段可用，它是比交精確地受到限制，但在光譜上仍然在前面的波長段內(nèi)。然而，從依據(jù)本發(fā)明的解決方案看來，作為選擇所述的光譜段方面明顯的和受限制的可能性的結(jié)果，這種解決方案是不大有利的。
權(quán)利要求
1.一種用于對移動或流動目標(biāo)(T)的進(jìn)行成象，并對它的光譜測量進(jìn)行光譜分析的方法，藉助于成象光學(xué)儀器(L1；L2；L3)將從所述的目標(biāo)獲得的電磁輻射聚焦，至少通過以相互不同的方式發(fā)送電磁輻射的第一和第二濾光器(F1，F(xiàn)2)在兩維的陣列檢測器的屏幕(D)上產(chǎn)生圖象，其特征在于所述的至少第一和第二濾光器(F1，F(xiàn)2)在檢測器的屏幕(D)上形成至少一個第一和一個第二濾光器區(qū)域(FR1，F(xiàn)R2)，它們部分地覆蓋檢測器的光敏區(qū)域(DA)，通過比較和/或組合光譜分辨的信息用光譜方法確定目標(biāo)(T)的性質(zhì)，這些信息是當(dāng)與目標(biāo)的一個固定部分對應(yīng)的，并被沒有射束分離地聚焦在檢測器的屏幕(D；DA)上的一個圖象點行進(jìn)時，作為目標(biāo)(T)基本上通過所述的至少一個第一和至少一個第二濾光器區(qū)域(FR1，F(xiàn)R2)移動的結(jié)果被記錄下來的。
2.依據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述的至少第一和第二濾光器(F1，F(xiàn)2)位于緊靠檢測器屏幕(D)處，在從目標(biāo)(T)獲得的電磁輻射入射角方向的屏幕(D)的前面，互相基本上緊靠在相同的平面上和基本上平行于屏幕D。
3.依據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述的至少第一和第二濾光器(F1，F(xiàn)2)基本上相互緊靠地位于相同的平面上，在用于聚焦從目標(biāo)(T)獲得的電磁輻射的光學(xué)儀器(L2，L3)的中間焦距中。
4.依據(jù)前面權(quán)利要求任一項的方法，其特征在于所述的至少第一和第二濾光器區(qū)域(FR1，F(xiàn)R2)被相互緊靠地位于檢測器的屏幕(D；DA)上，不是在互相的頂部而是互相的側(cè)面相接觸，或者不在互相的頂部相鄰而互相分離。
5.依據(jù)前面權(quán)利要求任一項的方法，其特征在于所述的至少第一和第二濾光器區(qū)域(FR1，F(xiàn)R2)每個覆蓋一個區(qū)域，相對于檢測器(D)的單個象素它是肉眼可見的。
6.依據(jù)前面權(quán)利要求任一項的方法，其特征在于仍然在所述的至少第一和第二濾光區(qū)域(FR1，F(xiàn)R2)外面的檢測器的屏幕區(qū)域(D；DA)被用于至少一種其他的成象的非光譜測量和/或目標(biāo)的顯現(xiàn)。
7.依據(jù)權(quán)利要求6的方法，其特征在于所述的至少第一和第二濾光器區(qū)域(FR1，F(xiàn)R2)也被用于所述的成象的非光譜測量和/或目標(biāo)的顯現(xiàn)。
8.依據(jù)前面權(quán)利要求任一項的方法，其特征在于用于檢測要成象的目標(biāo)(T)的有效曝光時間相對于所述的目標(biāo)的速度是短的，其中作為測量結(jié)果獲得描述所述的目標(biāo)的局部的和瞬時的狀態(tài)的測量值。
9.依據(jù)前面權(quán)利要求1到7的任一項的方法，其特征在于用于檢測要成象的目標(biāo)(T)的有效曝光時間相對于所述的目標(biāo)的速度是長的，其中測得的關(guān)于所述的目標(biāo)的位置和時間相加/積累的值被作為測量結(jié)果獲得。
10.依據(jù)權(quán)利要求8的方法，其特征在于以這樣一種方式調(diào)節(jié)所述的有效曝光時間，當(dāng)目標(biāo)(T)是由相對于它們的背景是可分辨的并發(fā)射和/或散射輻射的單獨(dú)目標(biāo)組成時，由所述的單獨(dú)的目標(biāo)在屏幕(D；DA)上產(chǎn)生的圖象/圖象條紋在所述的屏幕上基本上是互相可區(qū)分的。
11.依據(jù)權(quán)利要求10的方法，其特征在于在測量中所用的光譜的和/或非光譜的方法被分別應(yīng)用于每個被分離的單獨(dú)目標(biāo)。
12.依據(jù)前面權(quán)利要求任一項的方法，其特征在于從要成象的目標(biāo)(T)用光譜方式確定的參數(shù)是所述的目標(biāo)或所述的目標(biāo)內(nèi)可單獨(dú)區(qū)分的較小的目標(biāo)的高溫測定的溫度。
13.依據(jù)前面權(quán)利要求任一項的方法，其特征在于通過成象也確定由目標(biāo)規(guī)定的瞬時的或積累的局部分布和/或參數(shù)/若干參數(shù)的統(tǒng)計值。
14.一種成象測量設(shè)備，用于對移動或流動目標(biāo)(T)的光譜測量進(jìn)行光譜分析，該測量設(shè)備包含一個成象的兩維的陣列檢測器(D)和成象的光學(xué)儀器(L1；L2；L 3)，用于將從要成象的目標(biāo)(T)獲得的電磁輻射通過以相互不同的方式發(fā)送電磁輻射的至少一個第一和一個第二濾光器(F1，F(xiàn)2)聚焦在所述的檢測器的屏幕(D)上，其特征在于所述的至少第一和第二濾光器(F1，F(xiàn)2)被安排成在檢測器的屏幕(D)上形成至少一個第一和一個第二濾光器區(qū)域(FR1，F(xiàn)R2)，它們以這樣一種方式部分地覆蓋檢測器的光敏區(qū)域(DA)，使得在目標(biāo)(T)移動的影響下，與所述的目標(biāo)的一個固定部分對應(yīng)的并以無射束分離方式聚焦在檢測器的屏幕(D；DA)上的圖象點被安排成基本上通過所述的至少第一和第二濾光器區(qū)域(FR1，F(xiàn)R2)行進(jìn)。
15.依據(jù)權(quán)利要求14的成象測量設(shè)備，其特征在于所述的至少第一和第二濾光器(F1，F(xiàn)2)被安放在緊靠檢測器的屏幕(D)，在從目標(biāo)(T)獲得的電磁輻射入射角方向中屏幕(D)的前面，互相基本上緊靠在相同的平面上和基本上平行于屏幕(D)。
16.依據(jù)權(quán)利要求14的成象測量設(shè)備，其特征在于所述的至少第一和第二濾光器(F1，F(xiàn)2)基本上相互緊靠在相同的平面上，在用于聚焦從目標(biāo)(T)獲得的電磁輻射的光學(xué)儀器(L2，L3)的中間焦距中。
17.依據(jù)前面權(quán)利要求14到16的任一項的成象測量設(shè)備，其特征在于所述的至少第一和第二濾光器區(qū)域(FR1，F(xiàn)R2)相互緊靠地放置在檢測器的屏幕上(D；DA)，并不重迭但相互側(cè)邊接觸，或相鄰而不重迭但相互分離。
18.依據(jù)前面權(quán)利要求14到17的任一項的成象測量設(shè)備，其特征在于所述的至少第一和第二濾光器區(qū)域(FR1，F(xiàn)R2)每個覆蓋相對于檢測器(D)的單個象素來說是肉眼可見的區(qū)域。
19.依據(jù)前面權(quán)利要求14到18的任一項的成象測量設(shè)備，其特征在于所述的至少第一和第二濾光器(FR1，F(xiàn)R2)被制造在基本透明的平面襯底材料的前和/或后表面上，這是通過將一層或多層反射和/或吸收/衰減輻射的涂料涂到檢測器(D)的工作波長區(qū)域中實現(xiàn)的。
20.依據(jù)前面權(quán)利要求14到18的任一項的成象測量設(shè)備，其特征在于所述的至少第一和第二濾光器(F1，F(xiàn)2)是由彩色玻璃制成的。
21.依據(jù)前面權(quán)利要求14到20的任一項的成象測量設(shè)備，其特征在于陣列檢測器(D，C)是CCD陣列攝象機(jī)，GaAs陣列攝象機(jī)或CMOS攝象機(jī)。
22.一種在監(jiān)測或控制過程中信息的使用，通過從移動或流動目標(biāo)(T)經(jīng)成象光學(xué)儀器(L1；L2；L3)和以相互不同的方式發(fā)送電磁輻射的至少一個第一和一個第二濾光器(F1，F(xiàn)2)到一個兩維的陣列檢測器(D)由光譜分析成象方法測得該信息，其特征在于通過成象和光譜上比較和/或組合信號確定目標(biāo)(T)或在所述的目標(biāo)內(nèi)部可被單獨(dú)地區(qū)分的較小的目標(biāo)/若干目標(biāo)的性質(zhì)，這些信號是當(dāng)與目標(biāo)/若干目標(biāo)(T)的一個固定部分對應(yīng)的并被無射束分離地聚焦在檢測器的屏幕(D)上的圖象點行進(jìn)時被記錄的，作為目標(biāo)/若干目標(biāo)基本上通過由濾光器(F1，F(xiàn)2)在檢測器屏幕D上形成的并部分地覆蓋所述的屏幕的光敏區(qū)域(DA)的至少一個第一和一個第二濾光器區(qū)域(FR1，F(xiàn)R2)移動的結(jié)果。
23.依據(jù)權(quán)利要求22的使用，其特征在于仍然在所述的至少第一和第二濾光器區(qū)域(FR1，F(xiàn)R2)外部的檢測器屏幕區(qū)域(DA)被用于至少一種其他的成象的非光譜測量和/或目標(biāo)的顯現(xiàn)。
24.依據(jù)權(quán)利要求23的使用，其特征在于所述的至少第一和第二濾光器區(qū)域(FR1，F(xiàn)R2)也被用于所述的成象的非光譜測量和/或目標(biāo)的顯現(xiàn)。
25.依據(jù)前面權(quán)利要求22到24的任一項的使用，其特征在于在成象中所用的有效曝光時間被調(diào)節(jié)得相對于目標(biāo)(T)的速度是短的，使得所述的目標(biāo)的瞬時或局部地測得的值在測量中被記錄和/或在成象區(qū)域(ROI)內(nèi)的目標(biāo)中被單獨(dú)地放置的較小目標(biāo)被相互分離地區(qū)分開。
26.依據(jù)前面權(quán)利要求22到24的任一項的使用，其特征在于在成象中所用的有效曝光時間被調(diào)節(jié)得相對于目標(biāo)(T)的速度是長的，使得關(guān)于所述的目標(biāo)的位置相加/積累的測量值被記錄。
27.依據(jù)權(quán)利要求22到26的任一項的使用，其特征在于藉助于光譜分辨的成象信息用光譜方法確定目標(biāo)/若干目標(biāo)的高溫溫度。
28.依據(jù)前面權(quán)利要求22到27的任一項的使用，其特征在于藉助于依據(jù)飛行時間原理，利用或者單個短的有效曝光時間或者幾個相繼的短的有效曝光時間成象來確定目標(biāo)/若干目標(biāo)的速度。
29.依據(jù)前面權(quán)利要求22到28的任一項的使用，其特征在于利用短的有效曝光時間確定藉助于成象在圖象中檢測到的單獨(dú)目標(biāo)的數(shù)目。
30.依據(jù)前面權(quán)利要求22到29的任一項的使用，其特征在于藉助于成象也確定從目標(biāo)/若干目標(biāo)確定的瞬時或積累的局部分布和/或參數(shù)/若干參數(shù)的統(tǒng)計值。
31.依據(jù)前面權(quán)利要求22到30的任一項的使用，其特征在于過程是一種熱噴涂過程。
全文摘要
本發(fā)明涉及移動或流動目標(biāo)成象測量的方法，和涉及實現(xiàn)上述方法的成象測量設(shè)備。而且，本發(fā)明涉及在過程的控制和/或調(diào)節(jié)中使用由成象測量測得的信息。依據(jù)本發(fā)明，由產(chǎn)生圖象的成象光學(xué)儀器將從移動的或流動的目標(biāo)(T)獲得的電磁輻射至少通過以相互不同方式發(fā)送電磁輻射的第一和第二濾光器(F1，F(xiàn)2)聚焦到兩維的陣列檢測器屏幕上。所述的至少第一和第二濾光器在檢測器屏幕上形成部分地覆蓋檢測器光敏區(qū)域(DA)的至少一個第一和一個第二濾光器區(qū)域(FR1，F(xiàn)R2)。通過比較和/或組合光譜分辨的信息用光譜方法確定目標(biāo)(T)的性質(zhì)，這些信息是當(dāng)與要測量的目標(biāo)的一個確定部分對應(yīng)的并無射束分離地聚焦到陣列檢測器屏幕(DA)上的象素在目標(biāo)(T)通過所述的至少第一和第二濾光器區(qū)域(FR1，F(xiàn)R2)移動的影響下行進(jìn)時被記錄的。仍然在所述的濾光器區(qū)域(FR1，F(xiàn)R2)外部的檢測器屏幕區(qū)域(DA)被用于其他種類的成象非光譜測量和/或目標(biāo)的顯現(xiàn)。
文檔編號G01J5/60GK1432126SQ01810571
公開日2003年7月23日 申請日期2001年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月31日
發(fā)明者E·海梅萊寧, J·瓦圖萊寧 申請人:奧謝爾有限公司