為了改變以上現狀，北京理工大學光電學院光電創新教育實驗基地針對光電信息工程專業本科四年級畢業實習課程進行了改革提升，在原有非成像光電測溫系統的校內實習內容基礎上，增加“光電成像測溫系統”的實踐教學內容，建成以“非接觸式光電測量”為核心內容的實踐教學內容體系，推出了“理論知識+專業實踐”的教學體系，彌補了學生“光學不練”的教學缺憾，，有力的提高了本科教學體系對于工程實踐能力的培養水平。

最新提出的實踐教學內容體系主要分為三個環節，分別是：

1.紅外熱像儀的概述和FLIR C2 Education kits操作方法；

2.研究測量距離和被測物體輻射率對測溫結果影響；

3.應用黑體模擬器的紅外熱像儀傳遞函數實驗與研究。
 
表1. 不同距離下的溫度值
 
表2. 不同輻射率下各材料的溫度值表格
 
在FLIR Tools+軟件中改變輻射率數值，使得所測材料顯示的溫度與數字溫度計上相同，記錄此時的輻射率，分別測得鋁和黑紙的輻射率。

FLIR紅外熱像儀走進學校實驗室，從根本上解決了學校目前“光學不練”教學尷尬問題，通過“理論知識+專業實踐”的教學體系，三個環節由簡入繁，層層遞進，不僅有效地提高了學生動手實操的能力，也為培養光電技術人才做出了應有的貢獻。

一、入門學習：如何使用紅外熱像儀

首先，學生使用紅外熱像儀拍攝單片機電路板上電時的紅外圖像，實驗場景如圖1所示，然后將拍攝的圖像導入到FLIR紅外圖像分析軟件FLIR Tools+中。

圖1. 使用紅外熱像儀拍攝單片機系統電路板

圖2. 單片機系統電路板工作時的紅外圖像

如圖2所示可以清晰看到電路板最熱區域Ar1為電路板的散熱片，將該區域最熱點溫度記錄下來。

二、初步應用：驗證測量距離和輻射率對測溫結果的影響

1、如何正確的調整測量距離測量溫度？

首先將平行線紅外目標板接上電源，選取一塊便于觀察的區域，使用FLIR熱像儀在距平行線目標板大約30cm、50cm、100cm的地方分別采集紅外圖像。

圖3. 表面平行分布四條電熱絲的平行線紅外目標板

圖4. 使用紅外熱像儀拍攝目標板

圖5. 平行線紅外目標板的紅外圖像

然后將不同距離下拍攝的紅外圖像導入到FLIR Tools+ 軟件中（如圖5），測量同一區域Ar1內最高溫度點的溫度。并且將溫度和拍攝距離一一對應填入下面表1。通過熱電偶接觸式測溫測得Ar1區域內最熱點溫度在38℃左右，通過對比可知紅外熱像儀在距離30cm時，測量的溫度最接近真實溫度。

在對比過程中，學生們可以清晰的看到紅外熱像儀中間有一個圓形測溫點，只有當被測目標覆蓋測溫點大小（大約7 個像素）時，測量溫度才是準確的。當被測目標不能覆蓋測溫圓環時需要拉近測量距離或者更換像素更高的紅外熱像儀，如果更遠距離就需要借助長焦鏡頭來提高測量距離。

如圖6所示圓環所覆蓋區域包含了被測對象和背景，那么31.8℃的測量溫度是不準確的，正確的做法是圖(b)所示。

圖6. 借助紅外熱像儀中心圈來判斷距離遠近的圖示

（其中(a)為錯誤示范，(b)為正確示范）

2、如何通過FLIR紅外熱像儀測試輻射率對測溫結果的影響

如圖7向貼有黑色電工膠帶和鋁箔膠帶金屬杯中倒入適量的熱水，保證水位超過了膠帶最上沿。將紅外熱像儀的輻射率調為0.95，記錄此時三種材料的測量溫度。以溫度最高的材料為基準，改變輻射率，使另外兩種材料的測量溫度等于基準材料，記錄此時另外兩種材料的輻射率。

圖7. 使用FLIR C2 拍攝外表面貼有電工膠帶和鋁箔紙的熱水杯

下圖8是所示是電工膠帶、鋁箔紙、金屬水杯在同一畫面下的紅外圖像。

圖8. 貼有黑色電工膠帶和鋁箔膠帶金屬熱水杯的紅外圖像調整輻射率可以得到不同溫度(見表2)：

通過對比分析結果，學生們可以清楚的了解到輻射率對于測溫結果的影響：被測物體輻射率影響測溫準確度，非金屬輻射率大于金屬輻射率，高輻射率的非金屬更接近真實溫度。

三、深入應用：對傳遞函數進行研究

圖9. 使用FLIR C2 拍攝黑體模擬器內部的刀口紅外圖像圖

圖 10. 黑體模擬器刀口俯視圖

如圖9接通黑體模擬器電源，蓋上其上方的圓孔。將熱電偶插入到黑體模擬器內部測溫，當熱電偶測溫表上顯示的溫度穩定時，也就是黑體輻射處于穩定狀態時，將FLIR C2紅外熱像儀鏡頭貼近黑體模擬器開孔，采集此時的圖像。圖10是黑體模擬器刀口俯視圖，刀口結構是在鋁板的右側貼有黑紙。如圖11是刀口的紅外圖像。

圖11. FLIR C2 拍攝的刀口紅外圖像

然后在FLIR Tools+軟件中導出帶有全輻射溫度信息的CSV文件，即可將每個像素點的溫度值導出。將圖像的溫度原始數據導入至MATLAB中，編程繪制出MTF曲線。如下圖12、13、14所示分別是刀口邊緣擴散函數、線擴散函數和調制函數MTF曲線。

圖12. 灰度曲線    

圖13. 點擴散函數  

圖14. MTF曲線