CN105737989A - 一种可见光辅助的多波段红外实时成像分析系统 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种可见光辅助的多波段红外实时成像分析系统，包括电控滤光片转轮，电动调焦红外镜头，非制冷红外成像机芯，可见光采集模块，数据控制模块、上位机软件等部分。该系统通过采用不同波段的滤光片或衰减片切换实现多波段红外实时成像或者自适应积分时间调节；提供可见光辅助成像，以千兆以太网的方式传输图像数据，上位机可以实现图像显示、分析、存储，同时可以实现多参数配置，包括积分时间调整，转轮控制，调焦控制，实时图像校正与图像融合等功能。本发明具有可见光及多波段红外成像、集成化、小型化、高精度的特点。
Description
技术领域
本发明一种可见光辅助的多波段红外实时成像分析系统，用于检测物体特定红外波段辐射率，识别具有辐射特异性的物体并分析各个红外子波段下的辐射特性，另外提供可见光与红外图像融合、光学调焦等功能，属于红外成像技术应用领域。
背景技术
一个完整的红外成像实时分析系统是集光、电、计算机于一体的系统，对光学、电路、软件的设计都有较高的要求。对于探测器而言，一方面给其接收波段有一个较大的范围，而实际探测的目标往往有一段很强的较窄红外波段，所以直接用探测器观测红外目标将会有较大的噪声；另一方面，红外成像反应的目标的温度场分布情况，所以如果用单一的红外成像仪观测目标，将不能很好的反应目标的细节特征。对于红外成像仪整机而言，随着在大型复杂系统中的应用不断增加，对其整机结构大小，电路采样精度，系统智能化程度等都提出了很高的要求。
在探测器的前面增加一块带通滤光片，有目的的吸收特定波段，不仅能有效降低红外成像的噪声，而且可以更多的增加红外目标的细节特征。目前，文献“申请号为200910024396.2的中国发明专利”公开了一种在成像仪的探测器焦平面与镜头之间固定滤光片转轮的红外热像仪，该发明在热像仪上安装了8-9微米、9-10微米、10-11微米、11-12微米四种滤光片，以达到提高分光效率、可达到选择观测子波段的目的。这种方法可以方便的切换成像仪的波段，但这仅仅提高了光谱的分光效率，对反应目标的特征并没有本质上的提高。因为一个成像系统的成像效果与镜头视场、镜头焦距、采样电路精度、探测器积分时间等都有密切的关系，同时由于红外图像表现的是目标的温度特性，不能很好地表现出目标的几何特征。
红外辐射能量相较于可见光辐射能量要小，且红外成像只有代表辐射度的灰度信息，不存在原始的色度信息，仅仅通过红外成像的方式往往无法很好地分辨温度差异小、结构与颜色细节丰富的物体，因此对观测物体定位识别存在困难。
发明内容
本发明的目的是提供一种可见光辅助的多波段红外实时成像分析系统，具有覆盖全红外视场的可见光成像辅助，千兆以太网接口进行数据通信，具有模块化设计，小型化，高精度等特点；且具有可见红外图像融合、积分时间自适应调整、电动调焦、滤光片转轮控制，图像校正等功能。
本发明通过以下技术方案实现上述目的：
一种可见光辅助的多波段红外实时成像分析系统，包括：电控滤光片转轮、电动调焦红外镜头、非制冷红外成像机芯、可见光采集模块、数据控制模块、图像分析模块；其中：
电控滤光片转轮：具有7个30毫米直径的滤镜片安装孔，通过步进电机驱动转轮，转轮控制器由转轮两侧安装的定位近红外二极管收发器锁定转轮位置，转轮中每个锁定位置处有圆形通孔，二极管近红外光透过孔到达二极管接收器，电路导通，控制器由接收到的电平信号判断锁定信号；
电动调焦红外镜头：通过调焦直流电机的正反转带动减速齿轮组移动调焦镜片，实现调焦镜头的移动；
非制冷红外成像机芯：包括缓冲板、成像板和控制板。其中，缓冲板包括非制冷红外探测器，以及相应的滤波电容，偏置电路；成像板包括高精度的双路16位AD采集、模拟配置、模拟电源；控制板包括主控芯片FPGA以及SRAM、FLASH和电源电路，实现实时红外图像采集传输；
可见光采集模块：采用标准的PAL制式图像采集电路，采用广角镜头覆盖红外成像视场范围；
数据控制模块：接收红外成像机芯的红外图像与可见光采集模块的可见光图像，控制电控滤光片转轮与电动调焦红外镜头，同时通过千兆以太网接口与上位机连接，传输图像数据和接收配置信息；
图像分析模块：通过以太网对成像的积分时间、滤光片转轮、调焦电机实现控制，同时实现红外图像的校正补偿，红外图像和可见光图像的实时显示分析与融合、储存。
本发明的工作原理：(1)装置上电启动，采集装置将可见光图像通过以太网上传到上位机，操作者通过可见光图像调整装置的位置和方向，初步确定目标的位置，并使目标尽可能在可见光市场中间；(2)由于可见光摄像头和红外探测器比邻平行安装，在视场角相同的情况下，红外的市场接近与可见光视场，所以用可见光图像初步定位目标之后，调整红外探测器焦距，获得最佳红外市场；(3)调整滤光片转轮，选择需要的滤光片或衰减片；根据图像灰度分布范围调整积分时间，得到最佳的红外图像。(4)上位机对得到的红外图像进行分析处理，包括可见光红外图像融合、红外伪彩显示等。
本发明的有益效果：
(1)本发明可见光和多波段红外并行采集，可见光视场完全覆盖红外成像视场范围，可以实现目标的快速定位和多波段红外图像实时显示分析；
(2)可见光模块与红外模块的光轴相近，有利于可见光图像中大量细节轮廓与色度特征信息与红外波段的热吸收与辐射特征区域的配准与信息融合。
(3)电动控制的滤波片转轮设计，通过改变滤波片可以实现不同波段的成像，通过转轮的灵活控制实现多波段红外的实时成像分析；
(4)本发明中红外图像的采集使用双路16位的AD芯片，实现高精度的红外采集系统；
(5)本发明采用通用性高的千兆以太网接口，实现图像的高速传输，同时接收配置信息，实现上位机对成像仪的灵活控制；
(6)本发明采用在转轮特定位置配置合适的衰减片或滤色片，通过自动调节转轮位置采集成像结果分析后，依据灰度分布自适应调整积分时间实现最佳成像。
(7)上位机提供多参数配置与图像处理辅助功能，上位机可以实时实现对成像仪的积分时间调整、滤光片转轮控制、电动调焦镜头控制、图像校正和补偿、可见光红外图像融合、红外伪彩显示等。
附图说明
图1为本发明可见光辅助的多波段红外实时成像分析系统简化三维模型；
图2为本发明的电子系统的框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步介绍。
本发明提供的可见光辅助的多波段红外实时成像分析系统的简化三维模型如图1所示。平台板(2)固定在机壳(1)内部；机壳盖(10)固定在机壳(1)顶部；数据控制模块(9)固定在机壳(1)内底部；滤光片转轮驱动电机(6)固定在平台板(2)内部；驱动齿轮(7)固定在滤光片转轮驱动电机(6)的转动轴上；滤光片转轮(8)外齿与驱动齿轮(7)咬合并固定在平台板(2)与机壳盖(10)之间；红外镜头(4)，红外成像机芯(5)和平台板的通孔同轴，红外镜头(4)固定在机壳盖(10)外侧，红外成像机芯(5)固定在平台板(2)内层；可见光模块(3)比邻红外镜头(4)固定在机壳盖(10)外侧。
本发明提供的一种可见光与非制冷红外多波段实时成像分析装置电子系统如图2所示，包括红外成像机芯、可见光采集模块、电控滤光片转轮、红外调焦镜头和数据控制模块四个部分，前四个部分均与数据控制模块连接，数据模块实现将图像数据以以太网的方式上传到上位机，同时将上位机的指令传达到各个模块。
本发明提供的一种可见光与非制冷红外多波段实时成像分析装置工作过程包括如下步骤；
步骤一：确定观察目标，固定好装置的位置，用千兆网线连接上位机与装置，用12V的适配器给装置提供电源。
步骤二：装置开启，装置自动将滤光片转轮转到预设的滤光片孔位；
步骤三：非均匀修正。机芯自动做红外图像非均匀修正。
步骤四：红外成像输出。电动调焦模块实现自动调焦，红外成像机芯输出采集红外图像。
步骤四：可见光辅助定位。打开上位机的可见光实时显示界面，调整可见光焦距和装置，尽可能使成像目标在成像界面中间。
步骤五：发送命令选择需要的滤光片，转轮系统自动转到需要的滤光片。选择不同的图像增强或伪彩模式，使红外成像效果达到最佳状态。
步骤六：由步骤五调整好的状态，上位机可实现图像分析包括特征提取，可见光红和红外图像融合等。上位机还可实现图像存储重放特征分析等功能。
步骤七：做不同波段下的物体辐射成像研究与特异性吸收或发射波段物体检测识别与研究，重复五、六步骤。
以上结合附图详细说明了本发明，但是说明书仅是用于解释权利要求书的。但本发明的保护范围并不局限于说明书。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或者替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种可见光辅助的多波段红外实时成像分析系统，其特征在于，包括：电控滤光片转轮、电动调焦红外镜头、非制冷红外成像机芯、可见光采集模块、数据控制模块、图像分析模块；其中：
电控滤光片转轮：通过步进电机驱动转轮，转轮控制器由转轮两侧安装的定位近红外二极管收发器锁定转轮位置，转轮中每个锁定位置处有圆形通孔，二极管近红外光透过孔到达二极管接收器，电路导通，转轮控制器由接收到的电平信号判断锁定信号；
电动调焦红外镜头：通过调焦直流电机的正反转带动减速齿轮组移动调焦镜片，实现调焦镜头的移动；
非制冷红外成像机芯：使用不小于640×512分辨率的非制冷红外探测器，采用高精度的双路16位AD进行采集、主控芯片以FPGA实现实时红外图像采集传输；
可见光采集模块：采用标准的PAL制式图像采集电路，采用广角镜头覆盖红外成像视场范围，视场中心与红外视场中心基本保持一致；
数据控制模块：接收红外成像机芯的红外图像与可见光采集模块的可见光图像，控制电控滤光片转轮与电动调焦红外镜头，同时通过千兆以太网接口与上位机连接，传输图像数据和接收配置信息；
图像分析模块：通过以太网对成像的积分时间、滤光片或衰减片转轮、调焦电机实现控制，同时实现红外图像的校正补偿，红外图像和可见光图像的实时显示分析与融合、储存。
2.如权利要求1所述的一种可见光辅助的多波段红外实时成像分析系统，其特征在于，进一步地，电控滤光片转轮具有7个30毫米直径的滤镜片安装孔,具有基于光电二极管的孔位位置锁定与孔位标号识别。
3.如权利要求1所述的一种可见光辅助的多波段红外实时成像分析系统，其特征在于，进一步地，可见光采集模块采用大于等于45°视场角的广角镜头实现大视场成像。
4.如权利要求1或3所述的一种可见光辅助的多波段红外实时成像分析系统，其特征在于，进一步地，可见光采集模块与电动调焦红外镜头并排安装，使得视场中心相近，实现可见光图像与红外多波段图像配准与信息融合。
5.如权利要求1或3所述的一种可见光辅助的多波段红外实时成像分析系统，其特征在于，进一步地，非制冷红外成像机芯采用不小于640×512分辨率的氧化钒非制冷红外焦平面探测器成像方式，应用双路16位高精度AD采集电路，实现大面阵高精度的红外成像。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
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