CN104931011A - 一种红外热像仪的被动式测距方法 - Google Patents

Abstract

本发明的红外热像仪的被动式测距方法，其特别之处在于，红外热像仪上设置有对聚焦电机的转动角度进行测量的电位器，电位器输出的电压值标示聚焦电机当前的聚焦位置，对应红外热像仪对目标的远近聚焦程度；被动式测距方法通过获取电位器的输出值，来计算出当前所观察目标的距离，实现目标距离的被动式测量。本发明的测距方法，对于监控场景不变的红外热像仪来说，利用其通过聚焦对远近目标进行观察的原理，设置可测量聚焦电机转动角度的电位器，通过对电位器输出电压值的测量，可准确地计算出当前观察目标的距离，实现目标距离的被动式测量。具有成像清晰、性能稳定、隐蔽性强、不会被发现的特点，并可实现昼夜监测。

Description

一种红外热像仪的被动式测距方法

技术领域

本发明涉及一种红外热像仪的被动式测距方法，更具体的说，尤其涉及一种通过聚焦电机转动位置的准确定位，通过计算来测定目标距离的红外热像仪的被动式测距方法。

背景技术

目前的技术发展，测距仪从测距基本原理，可以分为以下三类：激光测距仪、超声波测距仪、红外测距仪。激光测距仪是利用激光对目标的距离进行准确测定的仪器。激光测距仪在工作时向目标射出一束很细的激光，由光电元件接收目标反射的激光束，计时器测定激光束从发射到接收的时间，计算出从观测者到目标的距离。超声波测距仪是根据超声波遇到障碍物反射回来的特性进行测量的仪器。超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即中断停止计时，通过计算得出目标距离。红外测距仪是用调制的红外光进行精密测距的仪器。红外线从测距仪发出红外线，碰到目标物发生反射，反射光被测距仪接收到，再根据红外线从发出到被接受到的时间及红外线的传播速度就可以算出目标距离。

但是，以上三种方式均为主动发射式，隐蔽性差，不利于使用，容易被目标侦测。因此需要一种被动测距的方式来实现对目标距离的测量以及定位。

发明内容

本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种红外热像仪的被动式测距方法。

本发明的红外热像仪的被动式测距方法，其特别之处在于，红外热像仪上设置有对聚焦电机的转动角度进行测量的电位器，电位器输出的电压值标示聚焦电机当前的聚焦位置，对应红外热像仪对目标的远近聚焦程度；被动式测距方法通过获取电位器的输出值，来计算出当前所观察目标的距离，实现目标距离的被动式测量。

本发明的红外热像仪的被动式测距方法，所述被动式测距方法具体通过以下步骤来实现：a).距离与电压值的标定，保证红外热像仪由近及远或由远及近聚焦过程中，电位器的电压值依次递增或递减，采用人工标定的方式，对不同距离上的目标进行聚焦，并记录聚焦清晰时电位器输出的电压值；b).建立一一对应关系，通过步骤a)中所获取的目标距离与电位器输出的电压值，建立目标距离与电位器电压值一一对应的关系，设标定的目标距离分别为D₁、D₂、…、D_n，与之对应的电位器的电压值分别为V₁、V₂、…、V_n，建立距离与电压值的对应关系数组：(D₁、V₁)、(D₂、V₂)、…、(D_n、V_n)；c).获取电压值，红外热像仪对目标观察的过程中，待目标聚焦清晰后，读取电位器输出的电压值，设为V_k，1≤k≤n；d).查找距离值，在距离与电压值的对应关系数组中，查找是否存在与V_k相等的电压值，如果存在V_i＝V_k，则V_k所对应的距离D_k即为当前目标的距离，1≤i≤n；如果不存在与V_k相等的电压值，则执行步骤e)；e).求取距离值，设V_k处于电压值V_j与V_j+1之间，则通过差值的方法求出当前目标的距离D_k，差值计算公式如公式(1)所示：

$D_k=(V_k-V_j)\·\frac{D_{j+1}-D_j}{V_{j+1}-V_j}+D_j---\left(1\right)$

其中，1≤i＜n。

本发明的红外热像仪的被动式测距方法，由于即使对于同一型号的热像仪，由于加工、安装等过程中的不可控因数，会带来一系列误差，从而导致采用标定的距离与电压值的对应关系数组测距时，存在一定误差，其特征在于：步骤b)还包括对距离与电压值的对应关系数组的校对步骤，校对方法为：

1).首先利用红外热像仪观察距离为D_l处的目标，D_l为距离与电压值对应关系数组(D₁、V₁)、(D₂、V₂)、…、(D_n、V_n)中的距离值，待聚焦清晰后，读取此时电位器输出的电压值，设为C_l；其中，1≤l≤n；

2).获取校对变化量，根据距离与电压值对应关系数组(D₁、V₁)、(D₂、V₂)、…、(D_n、V_n)，通过公式(2)计算出校对变化量ΔV：

ΔV＝V_l-C_l   (2)

4).获取新的对应关系数组，对距离与电压值对应关系数组(D₁、V₁)、(D₂、V₂)、…、(D_n、V_n)中的电压值均通过公式(3)进行处理：

V_i＝V_i-ΔV   (3)

以获取新的距离与电压值对应关系数组：(D₁、V₁-ΔV)、(D₂、V₂-ΔV)、…、(D_n、V_n-ΔV)，保证距离测量的准确性。

电位器在电路中的作用是获得与输入电压(外加电压)成一定关系得输出电压，因此称之为电位器。在红外热像仪上增加了电位器之后，当聚焦电机转动从而引起聚焦镜组移动时，会引起电位器的转动，进而产生电压的变化，然后通过热像仪后端电路读出电位器电压的变化。当热像仪通过聚焦镜组的移动对远近不同的目标聚焦清楚时，会引起电位器电压的变化，因此，电位器电压值会随着目标的远近进行一定的变化，设目标距离与电位器电压值的对应关系与表1所示：

表1

目标距离(单位：米)	电位器电压值(Vn)
		D1	V1
D2	V2
		D3	V3
D4	V4
		D5	V5
D6	V6
		D7	V7
D8	V8
		D9	V9
D10	V10
		D11	V11

…	…
		…	…
…	…

这样，就形成了目标距离与电位器电压值的对应关系。当对远近不同的目标聚焦时，电位器电压值变化，对某一距离的目标聚焦时，热像仪可根据电位器的电压值，自动查表，读出距离；此处需要注明一点，以上表格对电压的细分越精确，取点越多，测距将会越准确，但是我们不能取到无穷无尽的点，这样，我们两点之间可以近似取为直线，避免了查表查不到的情况，虽然会有一定的偏差，但是这种误差在测距领域是完全可以接受的。

读出距离以后，然后可以通过后端电路直接在热像仪的输出画面上叠加字符，显示目标距离。

同一型号的热像仪，由于加工、安装等过程中的不可控因素，会带来一系列误差，这样聚焦过程中会带来一些变化，从而导致电位器电压值产生变化。对于目标距离为D₁、D₂、…、D_n的情形来说，电位器实际输出的电压值分别为C₁、C₂、…、C_n，如表2所示，给出了不同目标距离下，电位器所输出的实际的电压值。

目标距离(单位：米)	电位器电压值(Cn)
		D1	C1
D2	C2
		D3	C3
D4	C4
		D5	C5
D6	C6
		D7	C7
D8	C8
		D9	C9
D10	C10
		D11	C11

…	…
		…	…
…	…

对于一台红外热像仪，如果逐次对目标距离为D₁、D₂、…、D_n情形下的电位器输出的电压值进行校对，势必十分繁琐，也不可行。只需要得到一组值，即可进行热像仪不同距离的校对。假设电位器的变化值为ΔV，这样只需要计算目标距离Dn中的任意一项，比如D₆，此时的电位器电压值为C₆，则ΔV＝C₆-V₆。只需要得到一组值，即可进行热像仪不同距离的校对。校对后，目标距离与电压器电压值的对应关系如表1所示：

表3

目标距离Dn(单位：米)	电位器电压值Dn
		D1	C1－ΔV
D2	C2－ΔV
		D3	C3－ΔV
D4	C4－ΔV
		D5	C5－ΔV
D6	C6－ΔV
		D7	C7－ΔV
D8	C8－ΔV
		D9	C9－ΔV
D10	C10－ΔV
		D11	C11－ΔV
…	…
		…	…
…	…

对于某一台红外热像仪，采用表3中所示校对后的数据，即可通过电位器输出的电压值，来获取目标准确的距离。

本发明的有益效果是：本发明的测距方法，对于监控场景不变的红外热像仪来说，利用其通过聚焦对远近目标进行观察的原理，设置可测量聚焦电机转动角度的电位器，通过对电位器输出电压值的测量，可准确地计算出当前观察目标的距离，实现目标距离的被动式测量。具有成像清晰、性能稳定、隐蔽性强、不会被发现的特点，并可实现昼夜监测。

附图说明

图1为本发明的红外热像仪的被动式测距方法的原理图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，给出了本发明的红外热像仪的被动式测距方法的原理图，红外热像仪对固定场景进行监控的过程中，通过红外镜头的聚焦调节，实现对远近目标进行清晰成像观察。在红外热像仪上设置有对聚焦电机的位置进行精确反馈的电位器，电位器输出的电压值即可反应出当前聚焦电机的位置信息，由于聚焦电机的转动是为了实现对远近目标的清晰观察，在目标清晰的情况下，聚焦电机处于相应的位置，此时与聚焦电机对应的电位器输出的电压值与目标距离具备一一对应。

下面以一种型号的热像仪为例，来讲述一下本发明的具体实施方式。设电位器电压值范围为0V-5V，通过A/D转换后，0V-5V对应的数值范围为0-4095。利用该型号的热像仪对远近不同的目标聚焦，通过后端电路读出电位器电压值变化，得出目标距离与电压器电压值的对应关系，如表4所示：

表4

目标距离(单位：米)	电位器电压值
		200	2290
300	2190
		400	2100
500	2020
		600	1950
700	1890
		800	1840
...	…
		...	…

...

…

同一型号的热像仪，由于加工、安装等过程中的不可控因素，会带来一系列误差，这样聚焦过程中会带来一些变化，从而导致电位器电压值产生变化，目标距离与电压器电压值的对应关系实际可能如表5所示：

表5

目标距离(单位：米)	电位器电压值
		200	2300
300	2200
		400	2110
500	2030
		600	1960
700	1900
		800	1850
…	…
		…	…
…	…

引入误差后，只需要得到一组值，即可进行热像仪不同距离的校对。假设电位器的变化值为ΔV，这样只需要计算目标距离Dn中的任意一项，比如D₆，此时的电位器电压值为C₆，则ΔV＝10。只需要得到一组值，即可进行热像仪不同距离的校对。校对后，目标距离与电压器电压值的对应关系如表6所示：

表6

目标距离Dn(单位：米)	电位器电压值Dn
		200	2300-10
300	2200-10
		400	2110-10
500	2030-10
		600	1960-10
700	1900-10

800	1850-10
		…	…
…	…
		…	…

由以上推算过程可知，表6中的Dn即为表5中的Vn，完成了校对，利用校对后的电位器电压值与目标距离的关系，即可获取精确的目标距离。

Claims (3)

1.一种红外热像仪的被动式测距方法，其特征在于，红外热像仪上设置有对聚焦电机的转动角度进行测量的电位器，电位器输出的电压值标示聚焦电机当前的聚焦位置，对应红外热像仪对目标的远近聚焦程度；被动式测距方法通过获取电位器的输出值，来计算出当前所观察目标的距离，实现目标距离的被动式测量。

2.根据权利要求1所述的红外热像仪的被动式测距方法，其特征在于，所述被动式测距方法具体通过以下步骤来实现：

a).距离与电压值的标定，保证红外热像仪由近及远或由远及近聚焦过程中，电位器的电压值依次递增或递减，采用人工标定的方式，对不同距离上的目标进行聚焦，并记录聚焦清晰时电位器输出的电压值；

b).建立一一对应关系，通过步骤a)中所获取的目标距离与电位器输出的电压值，建立目标距离与电位器电压值一一对应的关系，设标定的目标距离分别为D₁、D₂、…、D_n，与之对应的电位器的电压值分别为V₁、V₂、…、V_n，建立距离与电压值的对应关系数组：(D₁、V₁)、(D₂、V₂)、…、(D_n、V_n)；

c).获取电压值，红外热像仪对目标观察的过程中，待目标聚焦清晰后，读取电位器输出的电压值，设为V_k，1≤k≤n；

d).查找距离值，在距离与电压值的对应关系数组中，查找是否存在与V_k相等的电压值，如果存在V_i＝V_k，则V_k所对应的距离D_k即为当前目标的距离，1≤i≤n；如果不存在与V_k相等的电压值，则执行步骤e)；

e).求取距离值，设V_k处于电压值V_j与V_j+1之间，则通过差值的方法求出当前目标的距离D_k，差值计算公式如公式(1)所示：

$D_k=(V_k-V_j)\·\frac{D_{j+1}-D_j}{V_{j+1}-V_j}+D_j---\left(1\right)$

其中，1≤i＜n。

3.根据权利要求2所述的红外热像仪的被动式测距方法，由于即使对于同一型号的热像仪，由于加工、安装等过程中的不可控因数，会带来一系列误差，从而导致采用标定的距离与电压值的对应关系数组测距时，存在一定误差，其特征在于：步骤b)还包括对距离与电压值的对应关系数组的校对步骤，校对方法为：

1).首先利用红外热像仪观察距离为D_l处的目标，D_l为距离与电压值对应关系数组(D₁、V₁)、(D₂、V₂)、…、(D_n、V_n)中的距离值，待聚焦清晰后，读取此时电位器输出的电压值，设为C_l；其中，1≤l≤n；

2).获取校对变化量，根据距离与电压值对应关系数组(D₁、V₁)、(D₂、V₂)、…、(D_n、V_n)，通过公式(2)计算出校对变化量ΔV：

ΔV＝V_l-C_l   (2)

4).获取新的对应关系数组，对距离与电压值对应关系数组(D₁、V₁)、(D₂、V₂)、…、(D_n、V_n)中的电压值均通过公式(3)进行处理：

V_i＝V_i-ΔV   (3)

以获取新的距离与电压值对应关系数组：(D₁、V₁-ΔV)、(D₂、V₂-ΔV)、…、(D_n、V_n-ΔV)，保证距离测量的准确性。