CN105187808A - 一种可见光与红外热成像双目智能一体机及其处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可见光与红外热成像双目智能一体机及其处理方法。所述一体机包括红外光学系统、红外探测器、处理模块、可见光学系统、可见光传感器、数据采集器。处理模块包括ARM主处理器、DSP处理器、视频编码器、网络输出单元。红外探测器通过红外光学系统获取红外视频数据，可见光传感器通过可见光学系统获取可见光视频数据。这两路视频数据通过数据采集器同步采集并传送入ARM主处理器，以使ARM主处理器通过内存共享的方式送给DSP处理器做智能运算，智能运算的结果再返回给ARM主处理器并随同两路视频数据再发给视频编码器做编码，编码完成后ARM主处理器负责通过网络输出单元相应输出。本发明还公开所述一体机的处理方法。

Description

一种可见光与红外热成像双目智能一体机及其处理方法

技术领域

本发明涉及一种在线监控设备，特别的涉及一种可见光与红外热成像双目智能一体机及其处理方法。

背景技术

红外热像技术是一种通过探测目标物体的红外辐射，并利用光电转换、电信号处理等手段，将目标物体的温度分布图像转换成视频图像的高新技术。红外辐射是自然界中存在最为广泛的辐射，而大气、烟云等可吸收可见光和近红外线，但对3～5μm和8～14μm的红外线却是透明的，因此，利用这两个窗口可以在完全无光的夜晚，或是在雨、雪等烟云密布的恶劣环境，能够清晰地观察到所需监控的目标，因此红外热成像技术能够真正做到二十四小时全天候监控。红外热像仪具有很高的军事应用价值和民用价值。现实中，由于被测监测设备和区域各部分红外辐射的热像分布图与可见光监控相机的图像相比缺少层次和立体感，没有可见光直观。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可见光与红外热成像双目智能一体机及其处理方法，其能将红外与可见光成像技术结合起来，可以补充单一成像设备的不足，进行同时成像的红外和可见光一体机可以被广泛的应用于森林防火、变电站设备监控、建筑节能评价、公共区域监控等诸多方面。

本发明通过以下技术方案实现：一种可见光与红外热成像双目智能一体机，其包括红外光学系统、红外探测器、处理模块，所述红外探测器用于通过所述红外光学系统获取红外视频数据，所述处理模块用于处理所述红外视频数据并输出；其中：所述可见光与红外热成像双目智能一体机还包括可见光学系统、可见光传感器、数据采集器；所述处理模块包括ARM主处理器、DSP处理器、视频编码器、网络输出单元；所述可见光传感器用于通过所述可见光学系统获取可见光视频数据；所述数据采集器用于同步采集所述红外视频数据与所述可见光视频数据这两路视频数据，并传送入所述ARM主处理器；所述ARM主处理器用于通过内存共享的方式把所述两路视频数据送给所述DSP处理器；所述DSP处理器用于对所述两路视频数据做智能运算，智能运算的结果再返回给所述ARM主处理器，所述ARM主处理器把所述两路视频数据和智能运算结果发给所述视频编码器；所述视频编码器用于对所述两路视频数据和智能运算结果做编码，编码完成后所述ARM主处理器负责通过所述网络输出单元把所述两路视频数据和编码结果输出。

作为上述方案的进一步改进，所述视频编码器、所述ARM主处理器、所述DSP处理器、所述网络输出单元采用单一的智能分析板。

进一步地，所述智能分析板采用型号为DM8127的达芬奇数字媒体处理器作为核心芯片。

作为上述方案的进一步改进，所述可见光与红外热成像双目智能一体机还包括FPGA处理器，所述可见光传感器将所述可见光视频数据送入所述FPGA处理器，在所述FPGA处理器里进行自动曝光、自动白平衡、自动对焦处理，处理之后的所述可见光视频数据才进入所述数据采集器。

作为上述方案的进一步改进，所述可见光与红外热成像双目智能一体机还包括外壳，所述外壳开设有两个视窗，所述外壳收容所述红外光学系统、所述红外探测器、所述处理模块、所述可见光学系统、所述可见光传感器、所述数据采集器；其中，所述红外光学系统与所述可见光学系统分别透过所述两个视窗实现数据采集，所述红外光学系统与所述可见光学系统这两个光学系统的光轴相互平行。

进一步地，所述外壳内还容置有风扇和加热装置，所述ARM主处理器能在判断所述外壳内温度超过预设上限值时开启风扇，还能在判断所述外壳内温度低于预设下限值时开启加热装置。

作为上述方案的进一步改进，所述红外光学系统的红外光学镜头采用连续变焦红外锗镜头；所述红外探测器采用非制冷焦平面阵列，成像波段为8-14微米。

作为上述方案的进一步改进，所述可见光学系统的可见光镜头采用可连续变焦的长焦镜头；所述可见光传感器为CCD传感器。

作为上述方案的进一步改进，所述红外探测器与所述可见光传感器由单一设备供电，通过单一网络接口通信。

本发明还涉及上述任意一种可见光与红外热成像双目智能一体机的可见光与红外热成像双目智能处理方法，其包括以下步骤：

启动所述红外探测器、所述可见光传感器，所述红外探测器通过所述红外光学系统获取红外视频数据，所述可见光传感器通过所述可见光学系统获取可见光视频数据；

通过所述数据采集器同步收集所述红外视频数据与所述可见光视频数据这两路视频数据；

通过所述ARM主处理器采用内存共享的方式把所述两路视频数据送给所述DSP处理器做智能运算，智能运算的结果再返回给所述ARM主处理器；

通过所述ARM主处理器把所述两路视频数据和智能运算结果发给所述视频编码器做编码；

编码完成后所述ARM主处理器负责通过所述网络输出单元把所述两路视频数据和编码结果输出。

相比传统的红外和可见光一体机，本发明红外热成像/高清可见光双模式智能一体机前端设备具备强大的预处理能力，且由单一设备构成。信息的获取、图像的数据采集、数据网络传输、智能分析等功能由单一的一体化智能处理设备完成，只需要单一供电和单一的网络接口通信，具有探测能力强、处理能力多样、体积小、功耗低、集成化程度高等特点。

附图说明

图1为本发明可见光与红外热成像双目智能一体机的系统方框图。

图2为本发明可见光与红外热成像双目智能一体机的立体图。

图3为本发明可见光与红外热成像双目智能一体机的内部结构图。

具体实施方式

以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。

如图1所示，其为本发明的可见光与红外热成像双目智能一体机的系统方框图，同时也展现了系统数据流向。本发明的可见光与红外热成像双目智能一体机包括红外光学系统1、红外探测器2、处理模块3、可见光学系统4、可见光传感器5、数据采集器6。处理模块3包括ARM主处理器7、DSP处理器8、视频编码器9、网络输出单元10。

红外探测器2用于通过红外光学系统1获取红外视频数据，可见光传感器5用于通过可见光学系统4获取可见光视频数据。红外光学系统1的红外光学镜头可为连续变焦红外锗镜头，其聚焦和调焦由外部信号控制，电动连续调焦。红外探测器2可为非制冷焦平面阵列，成像波段为8～14微米。可见光学系统4的可见光镜头可为可连续变焦的长焦镜头，其聚焦和调焦由外部信号控制，电动连续调焦。可见光传感器5器即可见光探测可为CCD传感器。

数据采集器6用于同步采集所述红外视频数据与所述可见光视频数据这两路视频数据，并传送入ARM主处理器7。ARM主处理器7用于通过内存共享的方式把所述两路视频数据送给DSP处理器8，DSP处理器8用于对所述两路视频数据做智能运算，智能运算的结果再返回给ARM主处理器7，ARM主处理器7把所述两路视频数据和智能运算结果发给视频编码器9。视频编码器9用于对所述两路视频数据和智能运算结果做编码，编码完成后ARM主处理器7负责通过网络输出单元10把所述两路视频数据和编码结果输出。

视频编码器9、ARM主处理器7、DSP处理器8、网络输出单元10可采用单一的智能分析板作为一体化智能处理模块，如采用型号为DM8127的达芬奇数字媒体处理器作为核心芯片。同时，可见光成像模块即可见光传感器5与红外成像模块即红外探测器2可由单一设备供电，通过单一网络接口通信。双通道视频数据的处理、智能分析、编解码由及网络通信可由单一设备完成。

红外光学系统1、红外探测器2、可见光光学系统4、CCD传感器、一体化智能处理模块、电源在同一机体内，且红外光学系统1与可见光学系统4这两个光学系统的光轴相互平行，如红外光学系统1的红外热像仪与可见光光学系统4的光轴平行。

也就是说，本发明的可见光与红外热成像双目智能一体机主要包括视频数据采集单元、视频编码单元、ARM核、DSP处理器、网络输出，两路视频数据经视频数据采集器进入ARM核，ARM核通过内存共享的方式把数据送给DSP做智能运算，运算结果再返回给ARM，ARM把原始视频和处理结果发给编码单元做编码，编码完成后ARM负责通过网络把视频和结果输出。

其中，频编码单元、ARM核、DSP处理器、网络输出等功能由单一的智能分析板完成。智能分析板是整个一体机的系统中枢，承担系统的控制、传输、智能分析等主要功能。作为优选的方案，本实施例的智能板采用TI公司最新发布的DM8127达芬奇数字媒体处理器作为核心芯片，具有集成度高、功耗低、片内资源丰富的优点，包括ARM核及DSP核，主频达到1GHz，可以应用到400万像素的摄像机，还能有750兆的DSP可以做智能分析的功能。智能板主要包括4个子系统，ARM主处理器、DSP处理器、HDVICP编码器及ISS/VPSS视频采集器。该相机有两个视频采集通道，一个为可见光视频采集通道，另一个为红外视频采集通道。可见光传感器(CCD)把采集的数据送入FPGA，在FPGA里进行3A(自动曝光、自动白平衡、自动对焦)处理，处理之后的图像数据进入智能板；红外模组把采集的图像数据经过数据接入板，送入智能板。

请结合图2、图3，其分别为本发明可见光与红外热成像双目智能一体机的立体结构图和内部结构图，本发明可见光与红外热成像双目智能一体机还设置外壳11、电源(未标示)、云台(未标示)等。外壳11开设有两个视窗14，外壳11收容红外光学系统1、红外探测器2、处理模块3、可见光学系统4、可见光传感器5、数据采集器6。其中，红外光学系统1与可见光学系统4分别透过两个视窗14实现数据采集，红外光学系统1与可见光学系统4这两个光学系统的光轴相互平行。

红外和可见光光学系统具有自动调焦功能，作为优选的方案本实施例的红外探测芯片选用国外进口非制冷非晶硅芯片。本实施例选用的红外光学镜头为75mm、100mm或150mm锗镜头，作为优选，本实施例的红外光学镜头选用75mm锗镜头。另外如图3所示的仓内配有风扇12和加热装置13，配备温度控制板，在温度较高时，风扇开启散热，温度较低时加热装置开始加热。优选的，温度低于10℃加热装置启动，温度高于35℃风扇开启。可采用ARM主处理器7实现驱动，ARM主处理器7能在判断外壳11内温度超过预设上限值时开启风扇12，还能在判断外壳11内温度低于预设下限值时开启加热装置13。

综上所述，可见光与红外热成像双目智能一体机的可见光与红外热成像双目智能处理方法包括以下步骤：

启动所述红外探测器2、所述可见光传感器5，所述红外探测器2通过所述红外光学系统1获取红外视频数据，所述可见光传感器5通过所述可见光学系统4获取可见光视频数据；

通过所述数据采集器6同步收集所述红外视频数据与所述可见光视频数据这两路视频数据；

通过所述ARM主处理器7采用内存共享的方式把所述两路视频数据送给所述DSP处理器8做智能运算，智能运算的结果再返回给所述ARM主处理器7；

通过所述ARM主处理器7把所述两路视频数据和智能运算结果发给所述视频编码器9做编码；

编码完成后所述ARM主处理器7负责通过所述网络输出单元10把所述两路视频数据和编码结果输出。

本发明的优点在于：以嵌入式系统为核心，将可见光成像系统与红外热成像等系统进行硬件集成，使一体机设备具有智能分析、网络通讯、消防报警等功能，且所有功能由单一设备完成，实现高集成度全天候智能化监测设备。可应用在工业生产、电力监控、森林防火等场合，对于人力无法辨别的区域进行全天候的准确定位和报警。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可见光与红外热成像双目智能一体机，其包括红外光学系统、红外探测器、处理模块，所述红外探测器用于通过所述红外光学系统获取红外视频数据，所述处理模块用于处理所述红外视频数据并输出；其特征在于：所述可见光与红外热成像双目智能一体机还包括可见光学系统、可见光传感器、数据采集器；所述处理模块包括ARM主处理器、DSP处理器、视频编码器、网络输出单元；所述可见光传感器用于通过所述可见光学系统获取可见光视频数据；所述数据采集器用于同步采集所述红外视频数据与所述可见光视频数据这两路视频数据，并传送入所述ARM主处理器；所述ARM主处理器用于通过内存共享的方式把所述两路视频数据送给所述DSP处理器；所述DSP处理器用于对所述两路视频数据做智能运算，智能运算的结果再返回给所述ARM主处理器，所述ARM主处理器把所述两路视频数据和智能运算结果发给所述视频编码器；所述视频编码器用于对所述两路视频数据和智能运算结果做编码，编码完成后所述ARM主处理器负责通过所述网络输出单元把所述两路视频数据和编码结果输出。

2.如权利要求1所述的可见光与红外热成像双目智能一体机，其特征在于：所述视频编码器、所述ARM主处理器、所述DSP处理器、所述网络输出单元采用单一的智能分析板。

3.如权利要求2所述的可见光与红外热成像双目智能一体机，其特征在于：所述智能分析板采用型号为DM8127的达芬奇数字媒体处理器作为核心芯片。

4.如权利要求1所述的可见光与红外热成像双目智能一体机，其特征在于：所述可见光与红外热成像双目智能一体机还包括FPGA处理器，所述可见光传感器将所述可见光视频数据送入所述FPGA处理器，在所述FPGA处理器里进行自动曝光、自动白平衡、自动对焦处理，处理之后的所述可见光视频数据才进入所述数据采集器。

5.如权利要求1所述的可见光与红外热成像双目智能一体机，其特征在于：所述可见光与红外热成像双目智能一体机还包括外壳，所述外壳开设有两个视窗，所述外壳收容所述红外光学系统、所述红外探测器、所述处理模块、所述可见光学系统、所述可见光传感器、所述数据采集器；其中，所述红外光学系统与所述可见光学系统分别透过所述两个视窗实现数据采集，所述红外光学系统与所述可见光学系统这两个光学系统的光轴相互平行。

6.如权利要求5所述的可见光与红外热成像双目智能一体机，其特征在于：所述外壳内还容置有风扇和加热装置，所述ARM主处理器能在判断所述外壳内温度超过预设上限值时开启风扇，还能在判断所述外壳内温度低于预设下限值时开启加热装置。

7.如权利要求1所述的可见光与红外热成像双目智能一体机，其特征在于：所述红外光学系统的红外光学镜头采用连续变焦红外锗镜头；所述红外探测器采用非制冷焦平面阵列，成像波段为8-14微米。

8.如权利要求1所述的可见光与红外热成像双目智能一体机，其特征在于：所述可见光学系统的可见光镜头采用可连续变焦的长焦镜头；所述可见光传感器为CCD传感器。

9.如权利要求1所述的可见光与红外热成像双目智能一体机，其特征在于：所述红外探测器与所述可见光传感器由单一设备供电，通过单一网络接口通信。

10.一种如权利要求1至9中任意一项所述的可见光与红外热成像双目智能一体机的可见光与红外热成像双目智能处理方法，其特征在于：其包括以下步骤：

启动所述红外探测器、所述可见光传感器，所述红外探测器通过所述红外光学系统获取红外视频数据，所述可见光传感器通过所述可见光学系统获取可见光视频数据；

通过所述数据采集器同步收集所述红外视频数据与所述可见光视频数据这两路视频数据；

通过所述ARM主处理器采用内存共享的方式把所述两路视频数据送给所述DSP处理器做智能运算，智能运算的结果再返回给所述ARM主处理器；

通过所述ARM主处理器把所述两路视频数据和智能运算结果发给所述视频编码器做编码；

编码完成后所述ARM主处理器负责通过所述网络输出单元把所述两路视频数据和编码结果输出。