连续铸钢的本质是高温液态钢水凝固传热过程,钢水的凝固速度是决定铸坯表面及内部质量的最重要因素,而铸坯表面温度则是凝固传热状态的重要表征。铸坯表面回温过快会导致铸坯内部应力集中,诱发铸坯内部质量问题,矫直区域铸坯表面温度过高或过低也均会导致铸坯矫直裂纹的产生。因此通过对铸坯表面温度实时在线检测,实现合适的液态钢水凝固速度是稳定和提高铸坯产品质量的重要手段。然而,由于受铸坯表面随机分布氧化铁皮的干扰、不同钢种发射率不一致以及现场水汽、灰尘等恶劣环境的干扰,铸坯表面温度场在线稳定测量至今仍是冶金检测领域未能得到解决的一项难题。本文针对这一问题,提出了一种基于高分辨率面阵CCD的连铸坯表面温度场在线测量方法,主要研究工作包括：面阵CCD窄波段光谱辐射测温模型的建立、铸坯表面温度场视觉测量的畸变校正研究、基于多信息融合的铸坯表面温度场测量稳定性研究以及测量系统的现场实验研究。具体研究内容与创新工作如下：(1)高温场视觉测温模型及温度标定误差修正模型的建立高温场视觉测温模型的建立是基于CCD传感器对铸坯表面温度场进行在线测量的前提。本文在详述CCD传感器的基本工作原理基础上,结合辐射测温理论和几何应用光学理论,建立了基于CCD窄波段光谱辐射测温数学模型,系统分析了光学系统参数对温度灵敏度及测温范围的影响,并最终据此确定了铸坯表面CCD测温系统中的光学系统参数。此外,建立了温度标定误差修正模型,降低了由测量距离与标定距离不一致引起的测温误差,实验结果表明在大于标定距离(2m)进行温度测量时,经该模型修正后可将温度测量误差从4℃降至为1℃以内。(2)基于CCD传感器铸坯表面温度场视觉测量畸变校正研究温度场测量精度是铸坯表面测温系统的一个重要指标,然而CCD传感器光敏单元响应的非一致性以及光学系统渐晕均会导致直接测量得到的温度场发生严重畸变,温度场测量误差高达70℃。对于光敏单元响应非一致性本文借助于传统的多点分段非均匀性校正算法,校正后灰度非均匀性可降至为1.4‰；而对于渐晕引起的温度场测量畸变这一问题,本文详述了产生这一畸变的原因并建立了温度畸变数学模型,系统地分析了光学参数对温度场畸变的影响,在此基础上提出了一种新的基于场景的渐晕系数估计方法,该方法引入多项式模型来表征渐晕分布函数,并通过最大化图像邻域灰度梯度的稀疏特性来获取模型参数。与标准的积分球标定方法相比,该方法渐晕系数估计最大绝对误差和相对误差分别为0.052和10%,对应的温度测量误差小于1℃。(3)基于多信息融合的铸坯表面温度场测量稳定性研究铸坯表面温度测量结果的稳定性是决定测量系统是否长期可靠在线运行的关键,而铸坯表面随机分布的氧化铁皮会引起温度测量结果波动达+50℃及以上,给温度测量结果的稳定性带来极大的挑战。为解决这一问题,本文基于铸坯凝固传热模型对铸坯表面温度场分布的固有特征进行分析和提取,并将该分布特征信息与高分辨率CCD探测器直接测得的温度信息相融合,提出了一种温度场在线重构算法。现场运行结果表明该算法可成功重构出受氧化铁皮污染的铸坯表面真实亮度温度信息,可将温度波动降至±5℃以内。同时为解决单一灰度CCD传感器无法对铸坯表面发射率进行在线补偿以及测量易受工业灰尘、水汽干扰等问题,本文基于窄带光谱辐射测温原理及异尺度数据配准提出了单点比色及面阵耦合测温方法,该方法可有效降低由于不同钢种绝对发射率不确定所引起的温度测量误差,且延长了系统的维护周期,可使维护周期≥3个月。(4)铸坯表面测温精度影响因素分析及工业现场实验研究本文最后对影响该套系统测温精度的CCD暗电流和铸坯表面发射率这两大因素进行了理论分析和实验研究。理论和实验结果表明在低温段暗电流会引起较大温度测量误差,且误差会随CCD传感器环境温度的升高而增大。对于本套系统在冷干机和半导体制冷芯片两级制冷的保障下,暗电流引起的最大绝对温度测量误差为2℃,最大相对温度测量误差为2.7‰,全量程内(800～1200℃)其平均温度测量误差和相对误差分别仅为0.6℃和0.7‰；而发射率引起的温度测量误差,本文以GGr15钢种为例,基于Tohru Iuchi发射率计算模型和在实验室条件下利用热电偶对铸坯表面温度测量实验表明在目标温度为1200℃下,用于校正该套系统的比色温度与热电偶直接测得的温度相比,最大温度测量偏差为9℃。最后,本文利用该套系统在连铸二冷末端针对小方坯及板坯进行了大量现场试验研究,通过具体实例论证了本套测温系统温度测量的稳定性。截止目前,以本文工作为基础的铸坯表面测温装置已在现场运行了近一年,运行结果表明该方法可实现铸坯表面温度的在线稳定测量,为二冷配水的闭环控制提供了可实用化的温度测量判据,具有很好的应用前景,目前已与国内4家钢厂签订了技术合作协议。同时本文的高温场视觉测量方法可推广到其他类似的高温场测量场合,具备一定的通用性。