多光谱辐射测温在高温测量领域应用广泛。 但是, 未知的光谱发射率是多光谱辐射测温反演过程的最大困难。 目前, 解决方法多采用假设发射率模型法, 二次测量法等, 此类方法反演精度取决于假设的发射率模型和实际发射率是否相符, 多数情况下反演结果误差较大。 基于约束优化的多光谱辐射温度数据处理算法解决了未知发射率的难题, 但受迭代算法的复杂性和初值难以确定的影响, 反演精度和效率不高。 为此, 提出广义逆-坐标轮换算法解决约束优化算法中的反演效率问题。 由于广义逆法需对发射率范围进行约束, 坐标轮换法需设定合适的发射率初值, 考虑两种算法各自的优势与不足, 可对两种算法进行结合。 将广义逆法求得的最小范数解作为约束优化算法中迭代搜索的初始点, 进一步提高了算法对不同材料发射率的适应度。 为验证算法是否能在无需考虑发射率模型的前提下寻找符合待测目标的发射率和真温, 选取六种不同发射率类型的目标材料进行仿真实验。 针对六种典型材料的仿真结果表明, 新方法在真温1 800 K的情况下, 绝对误差和相对误差均小于5.0%, 与梯度投影法相比运算效率平均提高了202倍。 表明该算法具有无需考虑发射率模型、 反演精度高, 速度快, 适合于各类材料等优点, 解决了约束优化算法中初值选择不确定的问题, 为在线实时高温测量中的数据处理提供了解决方案。

红外相机的噪声等效温差（NETD）是评价成像质量的一项重要准则。红外相机NETD测试装置中的黑体辐射源、靶标、入瞳（平行光管加待测相机）三者的位置、口径需要满足一定的数学关系，否则会降低测试精度。基于几何光学理论、辐射度学，推导出红外相机测试系统中黑体辐射源、靶标、入瞳三者的空间分布关系，研究靶标孔处的测量温度与后方黑体辐射源温度之间的关系，建立数学模型，指导红外相机测试系统的试验，并结合一套测试系统，验证了测试装置空间分布满足本模型要求时，相对误差小于7.4%，否则测试精度迅速下降。分析了以靶标为目标时，靶标孔处的温度均匀性和稳定度的变化。

辐射测温技术随着辐射测量传感器技术的进步而不断进步, 已经由单波长测温发展到多波长和多波段测温, 由点温测量发展到二维甚至三维温度场测量。 但是在辐射测温更精确反演方面, 却很难克服因发射率未知性而引起的模型构建误差。 发射率行为难以确定并极大地影响了测温精度, 急需发展一种具有通用性, 不受发射率具体行为限制, 具有较高稳定性的辐射测温方法。 双波长测温适用于发射率具有灰体行为的物体温度测量, 一系列的发射率补偿算法和波长选择方法均未能很好地实现通用性测量, 往往直接单色测量可能误差比比色法更小。 多波长测温得到广泛应用, 但并不是波长越多越好, 发射率模型仍然具有较大局限性。 提出了发射率直接限定算法和发射率松驰限定算法来反演温度。 在发射率限定条件相同时, 这两种方法是等价的。 发射率松驰限定算法基于最小二乘算法和松驰因子进行真温求解。 推导了松驰限定法的误差传递公式, 发现在保证测量信号强度的前提下, λT越小温度误差越小; 发射率行为对温度相对误差具有重要影响, 在相同的λT条件下, 发射率随波长变化越大, 在限定区间上覆盖越均匀, 测量误差越小。 但从直接限定算法可以看出所测波长数越多, 测量误差越小。 两种方法均可以看出, 减少限定区间长度也可以显著地提高测量精度。

多光谱辐射测温是通过测量待测物某点的多个光谱辐射强度信息, 通过普朗克公式反演获得真实温度。 但是, 通过普朗克公式获得的多光谱辐射测温方程组, 是欠定方程组, 即N个方程, N+1个未知数(N个未知的光谱发射率ελi和1个待求真温T)。 目前, 多采用事先假设一组发射率模型(发射率-波长或发射率-温度模型), 假设模型与实际情况如果相符, 则反演结果能够满足要求, 如果假设模型与实际情况不符, 则反演结果误差很大。 但是, 发射率模型受温度、 表面状态、 波长等诸多因素影响, 难以事先确定发射率模型。 因此受未知光谱发射率的制约一直是多光谱辐射测温理论面临的主要障碍, 能否在无需任何光谱发射率假设模型的情况下, 实现真温和光谱发射率的直接反演一直是多光谱辐射测温理论研究的热点和难点。 通过对参考温度模型的分析表明, 多光谱辐射测温反演过程的实质是寻找一组光谱发射率, 使得每个通道方程解得的真温都相同, 如不相同则继续寻找合适的光谱发射率, 直到每个通道解得的真温都相等。 为此, 提出将多光谱辐射测温参考温度模型的求解过程转换为约束优化问题, 即在光谱发射率0≤ελi≤1的约束条件下, 通过梯度投影算法不断寻找光谱发射率, 带入多光谱辐射测温参考温度模型方程组后, 计算温度反演值的方差, 直到每个光谱通道方程获得的温度值应该近似相等, 此时各个光谱通道的温度反演值方差最小, 这样就把多光谱辐射真温和发射率的反演问题转换为约束优化问题。 约束优化算法是解决这一类问题的主要方法, 但为了满足Ax≥b的约束条件, 将0≤ελi≤1分解为ελi≥0和-ελi≥-1的两个约束条件, 从而满足了约束优化问题Ax≥b的约束条件。 这样就可以通过约束优化算法在无需任何光谱发射率假设模型的条件下, 直接求解真温和光谱发射率。 实验采用六种不同光谱发射率分布模式(随波长递增、 递减、 凸波动、 凹波动、 “M”型波动、 “W”型波动)的材料为研究对象, 以验证新算法对不同材料光谱发射率分布反演的适应性, 利用Matlab的minRosen函数, 选择光谱发射率的初始值均为0.5(取中间值, 提高计算效率)。 针对六种不同光谱发射率模型的仿真结果表明, 新算法无需任何有关发射率的先验知识, 对不同发射率模型反演结果均表现较好, 在真温1 800 K的情况下, 绝对误差均小于20 K, 相对误差均小于1.2%, 新算法具有无需考虑任何光谱发射率先验知识、 反演精度较高及适合于各种发射率模型等优点, 进一步完善了多光谱辐射测温理论, 在高温测量领域具有良好的应用前景。

基于多光谱辐射测温技术，提出一种无需假设发射率模型的梯度投影算法，并对6 种发射率模型进行了仿真计算。结果表明：梯度投影法反演结果误差小于20K，发射率反演结果的趋势与模型吻合。梯度投影法属约束优化算法，与多光谱辐射测温技术结合可避开发射率无法确定需要假设模型的难题，开辟了多光谱辐射测温新的研究思路。

基于二次测量的多光谱辐射测温反演算法由于无需事先假设发射率模型而受到广泛关注, 但需要较长的迭代时间, 并且需要设定合适初始温度和发射率范围。 为此提出了基于发射率偏差约束的多光谱真温反演算法。 将二次测量法中发射率连续迭代转变为发射率偏差约束后迭代, 拟合了光谱发射率偏差和温度偏差之间的函数关系, 依据此函数关系确定每次迭代所产生的发射率偏差, 从而迅速减小发射率搜索范围, 提高计算效率。 针对四种光谱发射率模型的仿真结果表明, 与二次测量法相比, 新算法无需设定温度初值范围, 在保证反演精度的前提下, 运算效率提高60%以上。

转炉炼钢的终点控制包括钢水出钢时温度及其成分的控制, 炉口火焰能够反映炉内脱碳速率及转炉运行参数等。 工业炉燃烧火焰可见光谱段, 普遍存在着钾(K)和钠(Na)等碱金属元素的原子发射谱线, 利用K的特征谱线相对比值可以计算火焰温度。 基于辐射双色法, 三色法和谱线相对强度法对转炉口火焰温度进行了测量; 数据处理过程中对特征谱线进行了基线拟合提取, 小波脊线拟合提取; 特征谱线进行了Gauss函数和Lorenz函数拟合。 结果表明, 辐射测温法对谱线比较敏感, 选择合理的波段能够有效, 精确地测量火焰温度; 采用谱线相对强度法受制于特征谱线的数学模型、 谱线的跃迁机率、 能级的简并度及火焰的光学厚度, 需要分辨率非常高的光谱仪才能进行高温转炉火焰中电子温度的测量。