CN103188990A - 热检测系统、方法和设备 - Google Patents

Abstract

用于热检测的系统、方法和设备。热检测设备包括视觉相机、热检测器、控制器、用户界面、显示器和可拆卸与可充电式电池组。该热检测设备还包括多个附加的软件和硬件模块，其被配置成执行或实施热检测设备的各种功能和操作。来自视觉相机的输出以及来自热检测器的输出被控制器或多个附加模块所组合，以生成用于在显示器上进行显示的组合后的图像。

Description

热检测系统、方法和设备

相关申请

本申请要求2010年8月27日提交的之前提交的共同待决的美国临时专利申请No.61/377,656和2011年5月1日提交的之前提交的共同待决的美国临时专利申请No.61/484,259的权益，这两个申请的全部内容通过引用合并到本申请中。

背景技术

本发明涉及热检测设备。热检测设备（诸如热成像仪）被各种行业的专业人员用来评估位于热成像仪的视场（“FOV”）内的对象的温度。现场环境的评估包括例如生成现场环境的多色或多级对比的图像、确定现场环境的温度测量以及识别现场环境中的各种警报条件（例如最高温度、最低温度、平均温度等）。

发明内容

虽然热检测设备是众所周知的，但是由于这些热检测设备中使用用于热检测的检测器而使得许多这些设备具有非常昂贵的价格。例如，许多的热成像仪使用高分辨率的微测辐射热议作为检测器。热成像仪中高分辨率的微测辐射热议的使用允许该热成像仪生成现场环境的精确热图像，但是同时显著地增加了热成像仪的成本。

本发明提供一种被配置成生成现场环境的相对或绝对温度的表示的热检测设备。在一个实施方式中，本发明提供一种热检测设备，该热检测设备包括视觉相机（visual camera）、热电堆阵列、控制器、用户界面、显示器以及可拆卸与可充电式电池组。该热检测设备还包括多个附加的软件或硬件模块，其被配置成执行或实施热检测设备的各种功能和操作。来自视觉相机的输出以及来自热电堆阵列的输出被控制器或多个附加模块中的其中一个所组合，以生成用于显示的组合后的图像。

在一个实施方式中，本发明提供一种热成像设备，该热成像设备包括壳体、视觉相机、红外传感器、显示器、可拆卸与可充电式电池组以及控制器。该壳体包括手柄部，以及可拆卸与可充电式电池组被配置成插入到手柄部中以用于向热成像设备供电。视觉相机被配置成生成与视觉图像相关的第一信号，红外传感器被配置成生成与热图像相关的第二信号，以及显示器被配置成显示基于第一信号的视觉图像和基于第二信号的热图像。控制器电连接到视觉相机、红外传感器、显示器和电池组并被配置成控制显示器上视觉图像和热图像的显示。

在另一实施方式中，本发明提供一种用于操作热成像设备的方法。该方法包括将可拆卸与可充电式电池组插入热成像设备的手柄部中、从触发部接收与捕获现场环境的图像相关的信号以及监控与热成像设备相关联的周围温度。该方法还包括在热成像设备的存储器中存储现场环境的与视觉相机相关联的视觉图像、在热成像设备的存储器中存储现场环境的与红外传感器相关联的热图像以及在显示器上选择性地显示视觉图像和热图像中的其中一个。

在另一实施方式中，本发明提供一种热成像设备，该热成像设备包括视觉相机、红外传感器、显示器、可充电式锂基电池组以及控制器。视觉相机被配置成生成与视觉图像相关的第一信号，红外传感器被配置成生成与热图像相关的第二信号，以及显示器被配置成显示基于第一信号的视觉图像和基于第二信号的热图像。可充电式锂基电池组被配置成插入到热成像设备的手柄部中，以用于向热成像设备供电。控制器电连接到视觉相机、红外传感器、显示器和电池组并被配置成控制显示器上视觉图像和热图像的显示。控制器包括被配置成用于存储视觉图像和热图像的存储器。

通过参考详细的说明以及附图，本发明的其它方面将变得显而易见。

附图说明

图1A至1G示出了根据本发明的一个实施方式的热检测设备；

图2是根据本发明的另一个实施方式的热检测设备的透视图；

图3是根据本发明的一个实施方式的电池组的透视图；

图4是图3的电池组的分解视图；

图5是图3的电池组的俯视图；

图6示出了根据本发明的另一个实施方式的热检测设备；

图7示出了根据本发明的一个实施方式的控制器；

图8示出了根据本发明的一个实施方式用于存储捕获的图像和数据的存储器；

图9示出了根据本发明的另一个实施方式用于存储捕获的图像和数据的存储器。

具体实施方式

在详细解释本发明的任何一个实施方式之前，应当理解的是，本发明在其应用方面并不局限于在以下的说明中所阐述的或在以下的附图中所示出的部件的结构和布置细节。本发明能够具有其它的实施方式并且能够以各种方式实践或实现。

这里描述的本发明的实施方式涉及用于检测和显示现场环境的温度特征的热检测设备。该热检测设备包括具有显示部、用户界面部、工作灯（worklight）部和触发部的壳体。此外，该热检测设备还包括光学部、热检测器以及控制器或控制模块，该控制器或控制模块用于从热检测器、触发部以及用户界面部接收信号、调节并处理接收到的信号以及将调节和处理后的信号输出给例如显示部、工作灯部和热检测器。该热检测设备由可拆卸及可充电式电池组供电，该可拆卸与可充电式电池组被插入到壳体的电池组容纳接口中。该热检测器是例如热电堆阵列。

图1A至1G示出了热检测设备或热成像设备100。热检测设备100包括壳体105、透镜盖110和电池组115。壳体105包括手柄120、触发部125、工作灯部130、检测部（未示出）、用户输入部135和显示部140。透镜盖110例如螺纹地耦合到壳体105以保护一个或多个透镜部件以及检测部（例如，热检测器或红外传感器）。该一个或多个透镜是检测部的一部分。在一些实施方式中，热检测设备100还包括激光指示器。该激光指示器被投影到例如检测区域的中心，以帮助用户定位检测区域。

图2示出了另一个热检测设备或热成像设备200。热检测设备200类似于热检测设备100，热检测设备200包括壳体205、透镜盖210和电池组215。壳体205包括手柄220、触发部225、工作灯部230、检测部（未示出）、用户输入和显示部235。这里描述的本发明的实施方式是参照热检测设备100来进行的。

此外，检测部100包括热检测器、用于热检测设备的光学器件、视觉相机和快门机构。在一些实施方式中，用于热检测设备100的光学器件包括单个可选择或可聚焦的透镜配置。在其他实施方式中，用于热检测设备100的光学器件包括双透镜配置。透镜由例如玻璃、石英玻璃、萤石、塑料、丙烯酸塑料、锗等构成。透镜具有大约2-6英尺的焦深。双透镜配置被实施在本发明的实施方式中，其中这些实施方式是需要改善分辨率的。在双透镜实施方式中，内透镜是固定的而辅助透镜是例如非球面透镜。这里描述的本发明的实施方式涉及热检测设备100的单透镜实现方式。

热检测器是例如位于热检测设备100的前端处的32像素乘31像素（即32x31）热电堆阵列（即热引擎）。这样，热电堆阵列生成对应于32像素宽和31像素长的热图像的信号。在其他实施方式中，热检测器是160像素乘120像素（即160x120）的未被冷却的微测辐射热仪并且产生对应于160像素宽和120像素长的热图像的信号。微测辐射热仪的每个像素提供的温度测量的精确度在大约2％之内。在再一实施方式中，使用冷却的微测辐射热仪，或者将微测辐射热仪与热电堆阵列组合使用以实现例如功率补偿。在一些实施方式中，热检测设备100不被配置成提供现场环境的绝对温度。在其他实施方式中，热检测设备100被配置成输出现场环境的绝对温度。根据政府的规定，热检测器的刷新率被设置成例如小于或等于9Hz。如下面参照补偿模块更详细描述的，热检测器对热和温度改变高度敏感。为了恰当地补偿该敏感性，传感器被用于测量由内部和外部热源两者所引起的温度波动。

视觉相机位于热检测设备100的前端处，并且位于热检测器下。视觉相机由透明的塑料罩覆盖以及保护。视觉相机具有例如1与12兆像素之间的分辨率。在一些实施方式中，热检测设备100包括两个或更多的视觉相机。通过激活（例如，按下、释放、握住等）触发部来捕获图像。在一些实施方式中，在触发部被激活时捕获基于热检测器的单个图像以及基于视觉相机的单个图像。例如，在每次触发部被激活时，捕获单个视觉图像并且捕获单个视觉-热混合图像。每个图像被保存为单独的文件，该单独的文件具有例如用于识别的相应时间戳。在一些实施方式中，当触发部被激活时，由显示部显示的图像被捕获。在其他实施方式中，基于触发部被激活的时间量来捕获一系列的图像。视觉相机还被配置成用于手动或自动聚焦，并且至少其中一个视觉相机模块或控制器（将在下面描述）被配置成用于执行一个或多个扩展焦深（“EDOF”）的技术。视觉相机刷新率为例如大约30Hz。对于视觉相机而言，更高的刷新率是可能的，但是刷新率增加的感知效果实质上是不能由人眼区分的。

显示部140和用户界面部135分别包括视觉显示器和一个或多个用户输入设备（例如按钮）。视觉显示器是例如液晶显示器（“LCD”）、发光二极管（“LED”）显示器、有机LED（“OLED”）显示器、场致发光显示器（“ELD”）、表面导电电子发射显示器（“SED”）、场发射显示器（“FED”）等。在一些实施方式中，显示器是3.5"薄膜晶体管（“TFT”）LCD。在其他实施方式中，显示器是超有源矩阵OLED（“AMOLED”）显示器。显示器通常是矩形的，而视觉相机或热检测器的输出通常是方形的。这样，在视觉相机或热检测器的输出向输出显示器映射之后，在显示器的边缘周围存在着未被使用的像素。视觉相机的输出、热检测器的输出或者两者的组合可以被伸展以与屏幕匹配。另外地或者可替换地，未被使用的像素是黑色的，或者在未被使用的像素中显示信息（例如，功能选择单、温度数据等）。显示部的刷新率为例如大约30Hz。

壳体105包括位于热检测设备100的手柄120中的电池组接口，该电池组接口用于容纳电池组115。电池组115包括框300、耦合到框300的外壳305以及位于框300内的多个蓄电池组电池310（请见图4）。框300的形状和大小被设定以容纳在热检测设备手柄120的凹槽中，以将电池组115连接到热检测设备100。框300包括端盖315以基本上将蓄电池组电池310封入框300中。所示出的端盖315包括两个电源端子320，这两个电源端子被配置成与热检测设备100的相应电源端子紧密配合。在其他实施方式中，端盖315可以包括从电池组115延伸并被配置成被容纳在由热检测设备100所支撑的容器中的端子。端盖315还包括感测或通信端子325（请见图5），其被配置成与来自热检测设备100的相应端子紧密配合。端子325耦合到电池电路（未示出）。该电池电路能够被配置成监控电池组115的各种方面，诸如电池组温度、电池组和/或电池充电状态等，而且还能够被配置成发送和/或接收发送到和/或来自热检测设备100的信息和/或命令。在一个实施方式中，电池电路如在2007年1月2日公布的名称为“METHOD AND SYSTEM FORBATTERY PROTECTION EMPLOYING A SELECTIVELY-ACTUATEDSWITCH”的美国专利No.7,157,882中示出和描述的那样进行操作，该专利的全部内容通过引用合并到本申请中。在另一实施方式中，电池电路如在2009年9月15日公布的名称为“METHOD AND SYSTEM FOR BATTERYPROTECTION”的美国专利No.7,589,500中示出和描述的那样进行操作，该专利的全部内容通过引用合并到本申请中。

当电池组115位于手柄120内时，框300和电源端子320基本上围绕并覆盖热检测设备100的端子。也就是说，电池组115作用为手柄120的盖和热检测设备100的端子。一旦电池组115从设备100断开连接并且框从手柄120中被移除，热检测设备100上的电池端子就通常暴露于周围环境。

外壳305耦合到框300的基本上与端盖315相对立的端部，并且环绕框300的一部分。在所示的结构中，当框300被插入或位于热检测设备100的手柄120中时，外壳305通常与手柄120的外表面相对准。在该结构中，外壳305被设计成基本上遵循设备100的外形以与手柄120的基本形状相匹配。在这种实施方式中，外壳305通常增加（例如延长）了热检测设备100的手柄120的长度。

在所示的实施方式中，两个致动器330（仅示出了其中一个）和两个扣环（tab）335被形成在电池组115的外壳305中。致动器330和扣环335定义了用于可释放地将电池组115固定到热检测设备100上的耦合机构。每个扣环335啮合在热检测设备100中形成的相应凹槽，以将电池组115固定在适当的位置中。扣环335因形成外壳305的材料的弹性而通常被偏置成远离框300（即彼此远离）。对致动器330进行致动（例如，按下）将扣环335向着框300移动（即向着彼此移动），并且脱离了与凹槽的啮合状态，从而电池组115可以从手柄120中被拉出并且远离热检测设备100。

如图5所示，电池组100包括位于框300中并且电耦合到端子320的三个蓄电池组电池310。蓄电池组电池310向热检测设备100提供操作功率（例如DC功率）。在所示的实施方式中，蓄电池组电池310被串联布置，并且每个蓄电池组电池310具有大约4伏（“4.0V”）的标称电压，以使得电池组115具有大约12伏（“12V”）的标称电压。电池310还具有大约1.4Ah的额定容量。在其他实施方式中，电池组110可以包括更多或更少的蓄电池组电池310，而且电池310可以被布置成串联、并联或串联与并联的组合。例如，电池组115能够包括总共6个蓄电池组电池310，其中每三个电池串联连接后再并联连接。蓄电池组电池310的串联-并联组合创建了具有大约12V标称电压和大约2.8Ah额定容量的电池组115。在其他实施方式中，蓄电池组电池310可以具有不同的标称电压，诸如3.6V、3.8V、4.2V等，和/或可以具有不同的额定容量，诸如1.2Ah、1.3Ah、2.0Ah、2.4Ah、2.6Ah、3.0Ah等。在其他实施方式中，电池组115可以具有不同的标称电压，诸如10.8V、14.4V等。在所示的实施方式中，蓄电池组电池310是锂离子蓄电池组电池，其具有例如锂-钴（“Li-Co”）、锂-锰（“Li-Mn”）、或Li-Mn尖晶石的化学成分。在其他实施方式中，蓄电池组电池310可以具有其他适当的锂或锂基化学成分。

电池组115还被配置成连接并提供功率给附加设备，这些附加设备诸如钻头、锯、注油枪、直角钻头、切管机、激光器、气动扳手、冲击起子、往复锯、检查相机、无线电设备、工作灯、螺丝刀、墙扫描仪、红外温度计、箝位计、数字万用表、叉表、多刀工具、研磨器、带锯、尖锯、圆锯、电锯、发电机、真空吸尘器等。

在一些实施方式中，电池组控制器（未示出）被配置成向热检测设备100的控制器（诸如图6示出和描述的热检测设备控制器405）提供与电池组温度或电压水平相关的信息。热检测设备控制器405和电池组控制器还包括低压监控器和充电状态监控器。监控器由热检测设备控制器405或电池组控制器用来确定电池组115是正在经历会避免热检测设备100恰当操作的低压状况还是电池组115是处于会使电池组115易于被损坏的充电状态中。如果这种低压状况或充电状态存在，则热检测设备100被关断或者电池组115以其他方式避免进一步释放电流以避免电池组115进一步耗尽。

上面描述的热检测设备100和200在图6和7中被模块化地示为热检测设备400。热检测设备400的形状和结构在上面参照热检测设备100和200进行了描述。此外，热检测设备400通常包括控制器405、显示器410和用户界面415。控制器405被实现在例如印刷电路板（“PCB”）上。PCB（未示出）上具有多个电气和电子部件，这些电气和电子部件向热检测设备400提供可操作的控制和保护。在一些实施方式中，PCB包括控制或处理单元420（诸如微处理器、微控制器等）、存储器425、输入/输出（“I/O”）接口430和总线。总线将包括存储器在内的控制器405的各种部件连接到处理单元。在许多情况中，存储器425包括只读存储器（“ROM”）（诸如电可擦除可编程只读存储器（“EEPROM”））和随机存取存储器（“RAM”）。控制器405还包括输入/输出系统，该输入/输出系统包括用于在控制器405中的部件之间传递信息的例行程序。用于执行热检测设备400的软件被存储在控制器405的存储器中。这些软件包括例如固件应用和其它可执行的指令。在其他实施方式中，控制器405可以包括附加的、较少的或不同的部件。

此外，PCB还包括多个附加的无源和有源部件，诸如电阻器、电容器、电感器、集成电路和放大器。此外，这些部件被布置和连接以向PCB提供多个功能，包括滤波、信号调节和电压调整。为了描述的目的，PCB和位于PCB上的电气部件被整体上称为“控制器”405。控制器405包括或者从热检测设备100中的传感器或部件接收信号，调节和处理这些信号并将处理和调节后的信号传送给例如显示器。

参照图7，控制器405包括一个或多个被配置成向热检测设备400提供可操作控制的模块。这些模块包括例如被配置成实现每个模块的期望功能的硬件、软件或软件与硬件的组合。作为说明性示例，每个模块能够包括硬件（例如，电子电路部件、显示器、传感器等）、以及与模块的功能和可操作性控制相关联的软件（例如，功能、子例行程序、可执行程序等）。

在所示实施方式中，控制器405包括控制模块435。控制模块435连接到热检测设备400中的多个附加系统或模块，诸如电源模块440、用户界面模块445、视觉相机模块450、热检测模块455、I/O模块460、补偿模块465、反馈模块470、校准模块475、工作灯控制模块480、以及显示模块485。虽然模块440-485被示为与控制模块435分离并连接到控制模块435，但是在本发明的一些实施方式中，模块440-485中的一个或多个模块可以被集成到控制模块435中。在一些实施方式中，模块440-485还包括与上面参照控制器405所描述的那些部件相类似的电气与电子部件，以执行或实现热检测设备400的各种功能。另外，本发明的其他实施方式包括耦合到控制模块435或与控制模块435集成的更多、更少或不同的模块。控制模块435、模块440-485或者控制模块435与模块440-485的组合被用来执行这里描述的热检测设备400的控制和可操作功能。

电源模块440电连接到用于接收功率的电池组115。电源模块440包括电气部件（例如，电阻器、电容器、二极管、晶体管、放大器等），以调整和调节用于热检测设备440中的各种模块和部件的功率。例如，电源模块440被配置成依据热检测设备400中的各种模块和部件的功率需求来为这些各种模块和部件产生各种不同水平的电压。在一些实施方式中，电源模块440产生大约为0.7V与12.0V之间的调整与调节后的电压。

来自电源模块440的功率被分发给热检测设备400中的各种模块和部件。在一些实施方式中，电源模块440在热检测设备400被加电（即被启动）时连续地向控制模块435供电。另外地或可替换地，电源模块440不向各种模块或部件供电，直到来自控制模块435的用于指示功率应当被供应给模块或部件的信号被接收到为止。例如，工作灯控制模块480不从电源模块440接收功率，直到电源模块440接收到来自控制模块435的工作灯控制模块480将接收功率的指示为止。在其他实施方式中，用户激活或选择按钮，来打开或关闭开关以向其中一个或多个模块供电（例如，关闭用于给工作灯供电的开关）。在一些实施方式中，用户界面模块445、视觉相机模块450、热检测器模块455、I/O模块460、补偿模块465、反馈模块470、校准模块475和显示模块485仅在用户激活一个或多个开关和/或控制模块435向电源模块440提供信号之后才接收功率。电源模块440还能够直接连接到热检测设备400中的模块445-485中的各种模块上。

用户界面模块445包括与热检测设备400的控制和操作相关联的多个开关（例如，按钮），或者从这些开关接收信号（例如，选择用于显示的温度范围、选择显示颜色或颜色调色板、选择或设置图像观看选项、选择可操作模块、选择显示模式、选择显示的信息等）。用户界面模块445包括例如用于开启和关断热检测设备400的电源按钮、用于观看捕获图像的观看按钮、用于开启和关断LED工作灯的工作灯按钮、用于在视觉图像显示模式与混合图像显示模式之间进行转换的转换按钮、用于访问热检测设备400的一个或多个功能选择单的功能选择单按钮、用于导航浏览一个或多个功能选择单或所存储的图像的导航按钮（例如，上、下、左、右等）、用于捕获图像的触发按钮、以及用于从例如一个或多个功能选择单中做出一个或多个选择的选择按钮。在一些实施方式中，上述按钮中的任意按钮能够被组合，以使单个按钮具有多个功能（例如，选择按钮也可用于开启和关断热检测设备400等）。

作为说明性示例，用户界面模块445接收来自触发部125的信号。触发部125的致动或按下生成了由用户界面模块445接收并指示期望捕获现场环境的图像的信号。用户界面模块445向控制模块435或热检测器模块455发送该信号，以捕获图像。类似地，与热检测设备400的可操作模块或显示模式相关的控制按钮生成由用户界面模块445接收的信号。用户界面模块445将这些信号传送给控制模块435或热检测设备400中的其他模块，以相应地控制热检测设备400的可操作或显示模式。例如，热检测设备400包括用于在使用热检测设备400捕获的图像之间进行切换的“热键”或转换开关。在一些实施方式中，该热键是被致动以单向地在所捕获的图像之间移动的物理按钮。在其他实施方式中，两个或更多的按钮被用来在多个方向上（例如，前向、反向等）在捕获的图像之间移动。为了便于观看热检测设备400上的图像，这些按钮被用来访问所存储图像的文件夹或目录视图，该文件夹或目录视图允许用户访问并观看之前使用热检测设备400捕获的图像。在一些实施方式中，用户界面模块445被包括在显示模块485中或者与显示模块485集成（例如当显示模块485包括触摸屏显示器时）。

视觉相机模块450包括如上所述的一个或多个视觉相机或者从这些视觉相机接收信号。视觉相机模块450向控制模块435发送与所感测的视觉现场环境相对应的电信号以用于处理，或者直接发送给显示模块485以用于显示。视觉相机模块450接收来自电源模块440的功率，并被配置成从控制模块435接收一个或多个控制信号。例如，控制模块435向视觉相机模块450提供与一个或多个视觉相机的设置相对应的一个或多个信号。视觉相机的设置可以包括亮度、对比度等。在一些实施方式中，视觉相机模块450从热检测器模块455、反馈模块470、补偿模块465等接收信号。视觉相机模块450将这些信号用作反馈并作为响应来调整视觉相机的设置。可替换地，控制模块435从热检测器接收信号，确定应当对视觉相机的操作做出什么样的改变以及向视觉相机模块450发送用于修改一个或多个设置的信号。

在一些实施方式中，通过在热检测器的第一侧使用第一视觉相机以及在热检测器的第二侧使用第二视觉相机来实现视差校正。这两个视觉相机的实现方式允许电子设备（例如控制模块435）执行用于校正视觉相机与热检测器之间的视差误差的几何计算。在其他实施方式中，电子设备被用来校正单个视觉相机的视差误差。

热检测器模块455接收来自热检测器的信号并向热检测器传送信号。从热检测器接收到的信号包括例如与由热检测器检测到的热辐射量相关的输出信号。由热检测器模块455传送给热检测器的信号包括例如温度补偿信号，如下面描述的那样。在一些实施方式中，热检测器模块455被配置成对从热检测器接收到的输出信号执行信号调节和处理。在其他实施方式中，并且如下面描述的，信号调节和处理也能够由控制模块435执行。此外，信号调节和处理包括上像素提升（upscaling）（例如内插）、温度补偿、归一化等。在一些实施方式中，热检测器被包括在热检测器模块455中。

此外，I/O模块460包括一个或多个端口，以用于存储或检索来自热检测设备400的数据。例如，I/O模块460包括一个或多个USB端口、一个或多个SD卡槽、一个或多个火线端口、串行端口、并行端口等。在一些实施方式中，热检测设备400包括用于通过无线短程通信网络（其采用诸如蓝牙、Zigbee、Wi-Fi、或其他适当的短程通信协议之类的协议）来传送或接收信息的能力。I/O模块460允许用户检索存储在热检测设备400的内部存储器（诸如存储器425）中的图像，并将这些图像传递给例如个人计算机、电话、膝上型计算机、PDA、上网本计算机、电子书阅读器、电视机等。图像被存储为诸如JPEG、TIFF、PNG、GIF、BMP等的文件类型。在一些实施方式中，热检测设备400包括有限量的存储器，以及SD或微SD卡插入到热检测设备400中以存储所捕获的图像。SD卡能够从热检测设备400中移除并且被插入到之前提到的设备中的任意设备上的相应端口中。在一些实施方式中，热检测设备400被配置成捕获静止图像，并将它们存储到SD卡或者热检测设备400的另一个适当的存储器上。在其他实施方式中，热检测设备400被配置成输出现场环境的静止图像和视频。在SD卡是唯一的或主要的存储介质的实施方式中，没有SD卡的热检测设备400会使得热检测设备400不能存储图像。在既包括SD卡槽又包括USB端口的热检测设备400的实施方式中，当SD卡存在于SD卡槽中，将USB电缆插入USB端口中能够使得存储在SD卡上的图像被自动地下载到例如计算机中。

由热检测设备400所捕获的图像能够以各种不同的方式存储或保存到存储器中。例如，一旦激活触发器，三组信息就能够被保存。第一组信息对应于视觉图像（例如使用CCD型相机所捕获的视觉图像）。该视觉图像与正被成像的现场环境相关联，并且对应于第一FOV和电磁辐射的第一频谱。第二组信息对应于热图像。该热图像与正被成像的现场环境相关联，并且对应于第二FOV和电磁辐射的第二频谱。该热图像是例如在触发器被激活时在显示器上显示的、正被成像的现场环境的一部分。热图像与第一温度范围（例如由热检测设备所检测的温度范围、用户定义的温度范围、自动的温度范围等）相关，并被彩色编码以向用户提供被成像的现场环境中的相对和/或绝对温度的指示。第二FOV可以与第一FOV不同（例如由视觉和热成像技术的差异导致）。在一些实施方式中，温度梯度、最大温度、最小温度、平均温度、所选择温度范围等由热检测设备400显示并且被包括在热图像中。第三组信息对应于由热检测设备400所捕获的热数据集。第三组数据与电磁辐射的第三频谱相关联。例如，第三组信息包括由焦平面阵列、微测辐射热仪等所收集的全套逐像素(pixel by pixel)温度数据。第三组信息还能够包括校准参数、相机设置、温度范围设置、彩色温标信息、最大温度、最低温度等。

视觉图像、热图像和热数据集能够被存储在存储器中作为一个或多个单独的文件。例如，在图8所示的实施方式中，视觉图像500和热数据集505被组合（例如热数据505被附加到视觉图像500上）到存储器515中的第一文件510中。这样，第一文件510对应于电磁辐射的第一频谱，其与正被成像的现场环境的温度以及与正被成像的现场环境的温度相关联的电磁辐射的第三频谱不关联。热图像520被存储为与第一文件510相分离的第二文件525，并且对应于电磁辐射的第二频谱。如图9的实施方式中所示的，视觉图像500、热图像520和热数据505也各自能够被存储为存储器515中的单独文件。

再次参照图7，补偿模块465被配置成执行针对热检测设备400的各种补偿功能。例如，热检测器（例如热电堆阵列、微测辐射热仪等）对温度（例如，环境温度）的变化高度敏感。热检测器的像素也不均匀地改变。沿着热检测器的边缘的像素与热检测器内部处的像素相比，具有更快地受到环境温度变化的影响的趋势。为了补偿这些影响，补偿模块465包括（例如在存储器中存储）或生成针对热检测器的热梯度图。该梯度图与热检测器的每个像素受到温度变化的影响的方式相对应。该梯度图之后被用来为热检测器的每个像素补偿输出像素值。在一些实施方式中，补偿模块465检测热检测设备400的环境温度或者热检测设备周围的环境的变化率。环境温度的变化率用于修改例如热检测器的输出的补偿率、正被用于补偿的热梯度图等。

在一些实施方式中，热检测设备400的环境温度、热检测器的环境温度或者热检测器的一个或多个像素的温度由补偿模块465进行调整，以便其与现场环境中的目标的温度相匹配。热可以被施加到热检测器中的每个像素或者热检测器中的外围像素，以调整热检测器的温度。例如，温度传感器阵列位于热检测器周围（例如，位于热检测器的边缘周围），以感测热检测器中一个或多个像素的温度。来自温度传感器的输出信号被用来确定热检测器的哪些部分与现场环境中的目标的温度不同。在一些实施方式中，温度传感器与用于热检测器的热梯度图组合使用，以确定热检测器的哪些部分需要被加热或被冷却以与现场环境中的目标的温度相匹配。另外地或可替换地，补偿模块被配置成将热检测设备400的环境温度、热检测器的环境温度或者热检测器的一个或多个像素的温度匹配到热检测设备400附近的环境的环境温度或平均温度。

在一些实施方式中，第二热电堆阵列被用来向热检测器提供热，并且控制热检测器的温度。虽然需要附加功率来例如向热检测器提供热量以与现场环境中目标的温度相匹配，但是更高功率的电池组（例如，12V）的使用使得热检测设备能够执行温度匹配，而无需牺牲热检测设备400的其他特征或功能。

反馈模块470被配置成用于控制热检测设备400的操作的信号。例如，反馈模块470接收与由视觉相机检测到的光量、由热检测器检测到的热辐射量、环境温度、平均温度、距离等相关的信号，并作为响应生成一个或多个控制信号。由反馈模块470生成的信号之后被发送给例如控制模块435、视觉相机模块450、热检测器模块455、显示模块485、工作灯控制模块480等。发送到视觉相机模块450的信号用于控制亮度设置、对比度设置、以及其他图形质量设置。发送到视觉相机模块450的信号对例如由热检测器或红外传感器所检测的热辐射量进行响应。发送到显示模块485的信号包括温度测量或计算、距离测量或计算等。此外，这些信号用于控制所显示的温度值、所显示的FOV信息等。发送到工作灯控制模块480的信号用于控制例如由工作灯输出的光量。另外地或可替换地，每个信号首先被发送到控制模块435以进行处理。

校准模块475被配置成执行针对热检测设备400的各种校准功能。例如，校准模块475具有包括针对热检测器的存储工厂校准信息的存储器。当热检测设备400被开启时，执行自校准和加热。在一些实施方式中，校准模块475包括在使用期间用于校准热检测器的软件与硬件的组合。例如，热检测设备400包括快门机构，该快门机构基本上阻止了所有光对热检测器的冲击（impinge）。该快门机构被间歇式地（例如每分钟一次）放置在热检测器的前方，以识别针对热检测器和/或热检测器的每个像素的基线输出值。此外，校准模块475被配置成用于控制快门机构何时被放置在热检测器的前方以及快门机构保持处于热检测器前方的时间量。在一些实施方式中，快门机构保持处于热检测器前方一秒钟。在其他实施方式中，快门机构处于热检测器前方仅若干分之一秒钟。快门机构保持处于热检测器前方的时间量依赖于例如正被使用的热检测器、控制器405的处理功率、存储在存储器中的软件等。这样，快门机构保持或需要保持在热检测器前方的时间量依赖于各种因素并且能够因设备不同而改变。

在一些实施方式中，快门机构仅在热检测设备400被开启（即被加电）时才被放置在热检测器的前方。在其他实施方式中，快门机构以预定时间间隔（例如每分钟一次、每30秒一次等）而被放置在热检测器前方。另外地或可替换地，快门机构在检测到环境温度的大幅变化时才被放置在热检测器的前方。例如，当热检测设备400被从室内环境移动到室外时，热检测设备400的环境温度和热检测设备400周围的环境能够经历大幅度的变化。当检测到环境温度变化时，校准模块475生成用于促使快门机构被放置在热检测器前方的信号，以使得针对热检测器的新校准值能够被获得。在一些实施方式中，校准模块475监控或检测环境温度的变化率。如果环境温度的变化率大于阈值，则快门机构用于再次校准。

如之前描述的，校准模块475还被配置成存储针对热检测器的一个或多个工厂校准值。在一些实施方式中，校准模块475包括与热检测设备400的各种操作条件相关联的多个预使用序列。在这种实施方式中，校准模块475被配置成从存储器中检索与热检测设备400的一组操作参数（例如环境温度、热检测器温度、快门机构温度等）相对应的校准值。检索到的校准值之后用于替换或与上述使用快门机构所获得的校准值相组合使用。

在一些实施方式中，快门机构和热检测器被维持在相同温度。例如，快门机构温度与热检测器温度之间的差异能够促使检测到的温度和/或最终由热检测设备所显示的图像的误差。这样，校准模块475被配置成施加或下降来自快门机构或热检测器的热量，以便将它们维持在相同或大致相同的温度（例如在可接受的公差值内）。

工作灯控制模块480连接到如上所述的工作灯按钮。当用户激活工作灯按钮时，来自工作灯控制模块480的信号向控制模块435提供信号。控制模块435选择性地将来自电源模块440的功率提供给工作灯控制模块480以用于照明工作灯。

工作灯在操作热检测设备400时提供便利的光源，因为热检测设备400有时在黑暗环境中使用；来自工作灯的光被用于为视觉相机提供足够的照明。在一些实施方式中，工作灯包括白炽灯泡、一个或多个LED等。在一个实施方式中，工作灯包括三个高强度LED并在2英尺的距离处具有例如250LUX的输出。这样，工作灯足够强以对热检测设备400前方区域进行照明。在本发明的一些实施方式中，工作灯的输出在2英尺的距离处大于250LUX。

工作灯或者集成到热检测设备400中或者可从热检测设备400上拆卸。在工作灯可从热检测设备400拆卸的本发明实施方式中，工作灯包括辅助电源，以及热检测设备400和工作灯包括相应的接口以用于附着和拆卸（例如凸缘、舌部和槽、磁体等）。辅助电源是例如与热检测设备400电隔离、由热检测设备400充电或者以其他方式（例如无线地）从热检测设备400接收功率的电池。工作灯还包括工作灯超时周期。工作灯超时周期具有预编程的值或者由用户所设定的值。如果工作灯超时周期达到了或者失效了而工作灯还未被关断，则工作灯被关断以节省功率。工作灯位于热检测设备400的前端、热检测器的下方、并由透明的塑料罩覆盖以用于保护。

在一些实施方式中，工作灯的输出由控制模块435、反馈模块470或者工作灯控制模块480调节。例如，反馈模块470生成与由视觉相机所检测的光量、由热检测器所检测的热辐射量或者与两者相关的一个或多个信号。这些信号被直接发送到工作灯控制模块480或者控制模块435以被处理。工作灯控制模块480接收指示环境条件（例如存在的光量）的信号，并相应地修改工作灯的输出。例如，当检测到在环境中存在少量的光时，工作灯的输出被增加。如下所述，增加工作灯的输出增加了环境中的光量，并且能够实现视觉图像和热图像的组合或混合。

显示模块485从控制模块435接收控制信号并从电源模块440接收足够用于照明例如一个或多个LED或提供测试结果的指示的显示器的功率。在从控制模块435接收到的信号中包括与显示模式相关的信号。例如，显示模块485被配置成以各种显示模式中的任意模式进行操作，诸如热图像显示模式、视觉图像显示模式、以及组合的显示模式。显示模块485通过例如由用户界面模块445接收到的一个或多个控制信号（例如对应于被按下的一个或多个按钮或者被激活的开关）来在显示模式之间进行切换。显示模块485被配置成维持在所选的显示模式中，直到用户激活了指示期望改变显示模式的另一按钮或开关。其他显示模式包括用于观看捕获图像的观看模式、以及一个或多个功能选择单被显示的功能选择单模式。

包括在显示中的是例如所测量的温度、平均温度、环境温度、检测区域的指示、与目标的距离等。显示还包括位于显示器中心处的十字准线。该十字准线被用作所显示的现场环境中的参考点。各种附加显示功能基于所显示的现场环境中十字准线的位置。例如，现场环境中的温度或者现场环境的与十字准线的位置相对应的部分的平均温度被显示在显示器上（例如位于显示器的角处）。在一些实施方式中，在十字准线的周围画出圆形或方形，其对应于例如相对于十字准线的大约1.0°的FOV。在其他实施方式中，多个多边形中的任意多边形被使用，其对应于相对于十字准线的FOV。环绕十字准线的多边形指示出针对热检测器的大约的被感测的区域，或者为其可靠地确定温度的被感测的区域的至少一部分。因此，多边形基于热检测器与现场环境中的目标的距离而被重新确定大小。热检测器与现场环境中的目标的大约的距离使用例如激光测距仪或另一类似的测距技术来确定。

除了上面描述的模块440-485，控制模块435还被配置成执行与热检测设备400的操作相关的附加功能和处理。如上所述，用户能够在各种操作模式、显示模式等中进行选择。显示模式包括视觉相机模式、热检测器模式、和混合模式。混合模式的操作将从热检测器接收到的信号和从视觉相机接收到的信号组合成能够在显示器上显示的组合后或混合后图像。视觉相机具有例如160像素乘160像素（160x160）的分辨率。热检测器具有例如31像素乘32像素（31x32）、64像素乘64像素（64x64）、128像素乘128像素（128x128）等的分辨率。为了恰当地组合来自视觉相机和热检测器的信号，热检测器的输出被像素提升以匹配视觉相机的大小（例如160x160）。热检测器的输出被使用各种技术中的任意技术（诸如最接近数据点的平均、最近邻技术、线性内插、像素复制、双线性内插、对比度伸展、边缘检测/增强、MTF峰值、集成、三次卷积、同步滤波器、以及三次样条内插）进行上像素提升。热检测器的像素提升后的输出以及视觉相机的输出能够以各种方式中的任意方式进行组合或混合，例如相乘混合模式、屏幕混合模式、重叠混合模式、软光混合模式、硬光混合模式、减淡混合模式、颜色减淡混合模式、线性减淡混合模式、加深混合模式、颜色加深混合模式、线性加深混合模式、除法混合模式、加法混合模式、减法混合模式、差分混合模式、仅变暗混合模式等。也能够对视觉图像和热图像执行对比度增强，以增加所显示的图像的质量。

在一些实施方式中，视觉相机的输出中的每个像素以及热检测器的像素提升后的输出中的每个像素被分配与8比特颜色相对应的数值（即位于0与255之间的值）。视觉相机的输出的每个像素的值以及热检测器的像素提升后的输出的每个像素的值之后被比例化、组合和归一化，以生成输出图像信号。

例如，视觉相机的输出中的每个像素以0.4的值被加权。热检测器的像素提升后的输出中的每个像素也被以0.4的值进行加权。对来自视觉相机的输出的像素值以及热检测器的输出的像素提升后的像素值执行乘法。像素值的乘积通过除以255而被归一化。归一化乘法的结果被以0.2的值进行加权。

对于显示器的每个像素，输出值是来自热相机、热检测器和归一化乘法的加权值的数学总和。下面将提供示例性的计算，其中视觉相机的输出的像素值（“A”）是200，以及热检测器的像素提升后的输出的像素值（“B”）是100。归一化乘法的结果（“C”）的计算如下。

$C=\frac{A\×B}{255}=\frac{200\×100}{255}=78.43$

之后，显示器对应的像素的输出像素值（“D”）如下面提供的那样进行计算。

D=(0.4×200)+(0.4×100)+(0.2×78.43)=135.69

此外，视觉相机的输出、热检测器的像素提升后的输出以及乘法结果的像素值的混合率也能够基于现场环境的特征进行修改。例如，混合率能够基于现场环境中存在的光量、现场环境中检测到的温度范围、现场环境中的对象与热检测设备的距离、现场环境的环境温度、现场环境的平均温度等进行修改。基于这些特征，来修改混合水平或者热重叠水平。另外地或可替换地，图像的混合水平由用户手动控制。例如，激活按钮以在各种不同的混合率（例如20%热、40%热、60%热、80%热等）之间进行转换。在其他实施方式中，用户设置期望的混合率。

在一些实施方式中，用于每个像素的输出值D被归一化。例如，如果最高输出像素值是135.69，则针对像素的每个输出值将由因子255/135.69进行缩放，以使得至少一个像素对应于输出像素值255。

在其他实施方式中，能够使用不同的归一化技术。例如，仅与环境温度周围例如+/-5°或者+/-10°内的温度相对应的像素能够被显示。环境温度传感器用于确定正被成像的现场环境的环境温度或者热检测设备400周围的环境的环境温度。输出像素值之后被缩放以使得所有的颜色对应于环境温度周围的界限。这种实现方式避免了像素显示极端的温度以及洗掉图像。在一些实施方式中，仅针对预定义的温度范围（例如40°C-80°C）内的现场环境部分执行混合，或者仅针对热检测器的预定义或预定FOV内的现场环境部分被混合。在其他实施方式中，类似的归一化过程被执行，但是现场环境的平均温度被确定（例如针对热检测器的输出的实际平均温度或者像素值的平均）。虽然显示的颜色通常根据视觉颜色频谱（即从红色到蓝色或紫色）进行显示，但是在一些实施方式中，用户能够调整或修改特定的温度或像素值被显示的颜色。

在一些实施方式中，热图像与夜视系统进行混合或组合。例如，图像增强或光放大也被用来生成暗的现场环境的图像。由热检测器检测到的热辐射之后以上面参照视觉图像所描述的方式相类似的方式与夜视图像混合或组合。在一些实施方式中，热检测设备400被配置成在热图像与视觉图像进行混合的混合或组合模式与热图像与夜视图像相混合的模式之间进行切换。

控制模块435还被配置成控制被用作省电模式的假关模式。例如，如果在至少第一阈值时间段（例如5分钟）内没有输入设备（例如按钮、触发器等）被激活，则控制模块435关闭显示器。在显示器被关闭时，热检测设备400保持加电并处于备用模式中。如果热检测设备400保持处于备用模式至少第二阈值时间段（例如20分钟），则热检测设备400关闭。在热检测设备400关闭之后，用户激活电源按钮以重新开启热检测设备400。当在备用模式中时，热检测设备400能够使用多个技术中的任意技术被“唤醒”。例如，按钮的激活能够被用来唤醒热检测设备400，加速计能够被用来唤醒热检测设备400（例如，热检测设备400被保持在直立位置中），或者视觉屏幕的改变能够被用来唤醒热检测设备400。

加载到计算机上的软件被配置成结合热检测设备400进行工作。例如，该软件用于管理图像、分析图像并基于图像生成报告。该软件还允许用户选择或修改文件夹结构以更好地管理所捕获的图像。在一些实施方式中，该软件用于修改热检测设备400的文件夹结构，以便于使用热检测设备400来观看图像并使用计算机分析图像。该软件允许用户用例如评论或评注、拍摄图像的日期、拍摄图像的地点（例如通过使用GPS坐标、消费者名字、温度分析等）对所捕获的图像进行标注。该软件还被配置成应用或生成对图像进行组织的模板、图像的分析、与图像相关的结论等到报告中。这些报告能够被输出为例如可编辑文档、PDF等。

因此，本发明提供了包括视觉相机、热检测器和显示器的热检测设备。本发明的各种特征和优点将在随后的权利要求书中阐明。

Claims (20)

1.一种热成像设备，该热成像设备包括：

壳体，该壳体包括手柄部，其中可拆卸与可充电式电池组被配置成被插入到所述手柄部中以用于向所述热成像设备供电；

视觉相机，该视觉相机被配置成生成关于视觉图像的第一信号；

红外传感器，该红外传感器被配置成生成关于热图像的第二信号；

显示器，该显示器被配置成显示基于所述第一信号的所述视觉图像和基于所述第二信号的所述热图像；以及

控制器，该控制器电连接到所述视觉相机、所述红外传感器、所述显示器和被插入的电池组，该控制器被配置成控制所述显示器上所述视觉图像和所述热图像的显示。

2.根据权利要求1所述的热成像设备，该热成像设备还包括发光二级管（LED）工作灯。

3.根据权利要求1所述的热成像设备，其中所述控制器包括被配置成存储所述视觉图像和所述热图像的存储器。

4.根据权利要求3所述的热成像设备，其中所述存储器还被配置成存储与所述热图像相关联的一组温度数据。

5.根据权利要求4所述的热成像设备，其中所述一组温度数据被附加到所述视觉图像上，而所述视觉图像和所述热图像被单独地存储在所述存储器中。

6.根据权利要求1所述的热成像设备，其中所述电池组具有锂基化学成分。

7.根据权利要求1所述的热成像设备，该热成像设备还包括用户界面，该用户界面包括多个与控制所述热成像设备相关联的开关。

8.根据权利要求7所述的热成像设备，其中所述用户界面包括用于在视觉图像显示模式与热图像显示模式之间进行转换的按钮。

9.一种用于操作热成像设备的方法，该方法包括：

将可拆卸与可充电式电池组插入所述热成像设备的手柄部中；

从触发器部接收与捕获现场环境的图像相关的信号；

监控与所述热成像设备相关联的环境温度；

将所述现场环境的与视觉相机相关联的视觉图像存储在所述热成像设备的存储器中；

将所述现场环境的与红外传感器相关联的热图像存储在所述热成像设备的所述存储器中；以及

在显示器上选择性地显示所述视觉图像和所述热图像的其中一个。

10.根据权利要求9所述的方法，该方法还包括确定所述热成像设备的环境温度改变率。

11.根据权利要求10所述的方法，该方法还包括基于所述热成像设备的环境温度改变率来补偿所述红外传感器。

12.根据权利要求9所述的方法，该方法还包括向所述红外传感器供热，以将所述红外传感器的温度基本上匹配到所述热成像设备的环境温度。

13.根据权利要求9所述的方法，该方法还包括在所述存储器中存储与所述热图像相关联的一组温度数据。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述一组温度数据被附加到所述视觉图像上，而所述视觉图像和所述热图像被单独地存储在所述存储器中。

15.根据权利要求9所述的方法，该方法还包括基于所述红外传感器的输出来生成反馈信号以控制所述视觉相机的设置。

16.一种热成像设备，该热成像设备包括：

视觉相机，该视觉相机被配置成生成关于视觉图像的第一信号；

红外传感器，该红外传感器被配置成生成关于热图像的第二信号；

显示器，该显示器被配置成显示基于所述第一信号的所述视觉图像和基于所述第二信号的所述热图像；

可充电式锂基电池组，该电池组被配置成插入到所述热成像设备的手柄部中，以用于向所述热成像设备供电；以及

控制器，该控制器电连接到所述视觉相机、所述红外传感器、所述显示器和所述电池组，该控制器被配置成控制所述显示器上所述视觉图像和所述热图像的显示，该控制器包括被配置成用于存储所述视觉图像和所述热图像的存储器。

17.根据权利要求16所述的热成像设备，其中所述存储器还被配置成存储与所述热图像相关联的一组温度数据。

18.根据权利要求17所述的热成像设备，其中所述一组温度数据被附加到所述视觉图像上，而所述视觉图像和所述热图像被单独地存储在所述存储器中。

19.根据权利要求16所述的热成像设备，该热成像设备还包括用户界面，该用户界面包括与控制所述热成像设备相关联的多个开关。

20.根据权利要求19所述的热成像设备，其中所述用户界面包括用于在视觉图像显示模式与热图像显示模式之间进行转换的按钮。

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