CN107347132A - 一种光场热成像相机 - Google Patents

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秦磊
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Abstract

本发明公开一种光场热成像相机，包括主透镜、微透镜阵列、热成像传感器、微处理器和显示组件，主透镜、微透镜阵列和热成像传感器沿光路方向依次平行设置，主透镜与微透镜阵列的距离等于主透镜的焦距，热成像传感器与微透镜阵列的距离等于微透镜的焦距，热成像传感器和显示组件均与微处理器连接。本发明只需通过一次取像，即可获得目标场景的热成像数据和场景深度数据，用户可以选择输出叠加场景深度数据的热成像输出图像或叠加热成像数据的场景深度输出图像两种模式；在主透镜的焦距处设置微透镜阵列实现记录光线，在后期处理时，只需对光线重新追踪即可完成重聚焦，即照片拍摄后可以根据需求随时变焦；本发明结构简单、操作方便、应用广泛。

Description

一种光场热成像相机
技术领域
本发明属于相机设备技术领域，具体涉及一种光场热成像相机。
背景技术
由于红外线具有较强的穿透力，可用于远距离拍摄或对生物组织进行穿透摄影，亦可用于森林、海洋污染调查或进行司法鉴定等。现代社会中，红外相机在军事、商业、工业和民用方面都起到了重要的作用。比如在军事方面可以作为热感武器瞄准器，海事热成像系统；在消防任务中可以用于搜救受害者或是帮助检测火情；在交通控制系统中可以用于监控交通系统、车道、人行道以及公路隧道，及时排查事故或异常现象；在工业上可以帮助检测大型工程电路是否存在短路等异常情况。在日常生活中，红外相机可以帮助判断家中门窗是否有漏风，隔热不良的情况，墙面是否遭受水分或是寄生虫的入侵，也可以作为夜晚家中的安防系统使用。
目前市场上的红外相机大多使用焦平面阵列如CCD或CMOS作为核心传感器，整个红外相机结构比较复杂，成本较高，且无法获取场景的深度数据。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种光场热成像相机，可同时获得热成像数据和场景深度数据。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种光场热成像相机，包括：
主透镜，用于获取图像信号并对获取的图像信号进行成像；
微透镜阵列，穿过主透镜的入射光线且在微透镜阵列上再次成像，形成携带不同波段信息的像素点，再次成像形成的图像投射在热成像传感器上；
热成像传感器，用于获取热成像图像且向微处理器提供与所获取的热成像图像相关的热成像数据和图像深度数据；
微处理器，用于处理热成像数据和图像深度数据，并将热成像数据和图像深度数据进行叠加生成组合的热成像输出图像或场景深度输出图像；
显示组件，基于用户选择模式显示输出数据叠加的热成像输出图像或场景深度输出图像；
主透镜、微透镜阵列和热成像传感器沿光路方向依次平行设置，主透镜与微透镜阵列的距离等于主透镜的焦距，热成像传感器与微透镜阵列的距离等于微透镜的焦距，热成像传感器和显示组件均与微处理器连接。
进一步地，光场热成像相机还包括用于供电的电源和储存拍摄数据的存储器，存储器与微处理器连接。
进一步地，光场热成像相机还包括通信模块，通信模块与微处理器连接，用于与外界传输图像和数据。
优选地，所述热成像传感器包括像素阵列、用于读取图像信号的读出电路、用于将模拟信号转换为数字信号的ADC电路和用于对数字信号进行分析处理的数字信号处理器DSP，像素阵列、读出电路、ADC电路和数字信号处理器DSP采用集成工艺在硅晶圆片衬底上一体化制作而成，相互之间通过立体IC电路互联结构组态起来。
优选地，热成像传感器具有锗窗，用于透过红外线且滤除可见光。
优选地，存储器为可拆卸的存储卡。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明将光场技术应用到热成像相机里，与传统红外相机相比，本发明在热成像图像上叠加了目标场景的深度数据，即只需通过一次取像，即可获得目标场景的热成像数据和场景深度数据，用户可以选择输出叠加场景深度数据的热成像输出图像或叠加热成像数据的场景深度输出图像两种模式；本发明在主透镜的焦距处设置微透镜阵列实现记录光线，在后期处理时，只需要对光线重新追踪即可完成重聚焦，即照片拍摄后可以根据需求随时变焦；本发明结构简单、操作方便、体积小，可广泛应用于消防、军事、工业、交通控制等领域。
附图说明
图1是本发明的原理示意图；
图2是本发明中热成像传感器的原理示意图；
图3是本发明的热成像输出图像；
图4是本发明的场景深度输出图像。
具体实施方式
下面结合图1至图4，对本发明的实施方式和具体的操作过程作详细说明，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
本发明公开了一种光场热成像相机，如图1所示，包括主透镜1、微透镜阵列2、热成像传感器3、微处理器和显示组件，主透镜1、微透镜阵列2和热成像传感器3沿光路方向依次平行设置，主透镜1与微透镜阵列2的距离等于主透镜1的焦距，热成像传感器3与微透镜阵列2的距离等于微透镜的焦距，热成像传感器3和显示组件均与微处理器连接。此外按照通常相机的一般配置，光场热成像相机还包括用于供电的电源、储存拍摄数据的存储器、用于与外界传输图像和数据的通信模块。存储器可以选择可拆卸的储存卡，但不仅限于此一种类型的存储器。通信模块可以为蓝牙模块、WIFI模块或USB接口模块中的一种或多种组合，但也不仅限于此三种模块或它们的组合。
主透镜1，用于获取图像信号并对获取的图像信号进行成像；微透镜阵列2，穿过主透镜的入射光线在微透镜阵列上再次成像，形成携带不同波段信息的像素点，再次成像形成的图像投射在热成像传感器上；热成像传感器3，用于获取热成像图像且向微处理器提供与所获取的热成像图像相关的热成像数据和图像深度数据。热成像传感器3包括像素阵列、用于读取图像信号的读出电路、用于将模拟信号转换为数字信号的ADC电路和用于对数字信号进行分析处理的数字信号处理器DSP，像素阵列、读出电路、ADC电路和数字信号处理器DSP采用集成工艺在硅晶圆片衬底上一体化制作而成，相互之间通过立体IC电路互联结构组态起来。热成像传感器的原理示意图如图2所示。采用集成工艺一体化制作热成像传感器，可以显著减小传感器体积和功耗，相较于传统产品，信号稳定性更强，分辨率和检测精度均得到显著提高。
携带不同波段信息的目标场景入射光线投射在主透镜1上，获取了图像信号且在主透镜1上进行成像，穿过主透镜1的光线在微透镜阵列2上再成像，形成携带不同波段信息的像素点，再次成像形成的图像投射在热成像传感器3上，由于热成像传感器3具有锗窗，可以滤除可见光而透过红外光线，因此投射在热成像传感器3上的图像只具有热成像相关数据，而不具备可见光相关数据。
目标场景入射光线穿过主透镜1后在微透镜阵列2上再次成像，因此，置于微透镜焦距处的热成像传感器像素尽管只记录了光线的强度信息，但却因其相对于某个微透镜的位置而记录了光线的方向信息，即成像过程中记录了四维图像，这样在后期处理时，只需要对光线重新追踪即可完成重新聚焦。
微处理器，用于处理热成像数据和图像深度数据并将热成像数据和图像深度数据进行叠加生成组合的热成像输出图像或场景深度输出图像。显示组件，基于用户选择模式显示输出数据叠加的热成像输出图像或场景深度输出图像。微处理器根据用户选择模式，即输出热成像输出图像或场景深度输出图像，从存储器中检索图像数据和信息并在显示组件上显示。在本发明中显示组件可以为液晶显示器或其它类型的已知显示设备。当用户选择的输出模式是热成像输出图像时，微处理器把目标场景的热成像数据和图像深度数据进行叠加生成热成像输出图像，此图像上载有该目标场景的深度信息，当需要了解目标场景中某一处的深度信息时，此处的深度信息以相对距离的数据形式显示，图像如图3所示。当用户选择的输出模式是场景深度输出图像时，微处理器把目标场景的热成像数据和图像深度数据进行叠加生成场景深度输出图像，此图像上载有该目标场景的热成像数据，当需要了解目标场景中某一处的热成像数据时，热成像数据以温度数据形式显示，图像如图4所示。
本发明将光场技术应用到热成像相机里，与传统热成像相机相比，本发明在热成像图像上叠加了目标场景的深度数据，即只需通过一次取像，即可获得目标场景的热成像数据和场景深度数据，用户可以选择输出叠加场景深度数据的热成像输出图像或叠加热成像数据的场景深度输出图像两种模式；本发明在主透镜的焦距处设置微透镜阵列实现记录光线，在后期处理时，只需要对光线重新追踪即可完成重聚焦，即照片拍摄后可以根据需求随时变焦；本发明结构简单、操作方便、体积小，可广泛应用于消防、军事、交通控制、工业等领域。
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 (6)

1.一种光场热成像相机，其特征在于，包括：
主透镜，用于获取图像信号并对获取的图像信号进行成像；
微透镜阵列，穿过主透镜的入射光线在微透镜阵列上再次成像，形成携带不同波段信息的像素点，再次成像形成的图像投射在热成像传感器上；
热成像传感器，用于获取热成像图像且向微处理器提供与所获取的热成像图像相关的热成像数据和图像深度数据；
微处理器，用于处理热成像数据和图像深度数据，并将热成像数据和图像深度数据进行叠加生成组合的热成像输出图像或场景深度输出图像；
显示组件，基于用户选择模式显示输出数据叠加的热成像输出图像或场景深度输出图像；
主透镜、微透镜阵列和热成像传感器沿光路方向依次平行设置，主透镜与微透镜阵列的距离等于主透镜的焦距，热成像传感器与微透镜阵列的距离等于微透镜的焦距，热成像传感器和显示组件均与微处理器连接。
2.根据权利要求1所述的光场热成像相机，其特征在于，所述光场热成像相机还包括用于供电的电源和储存拍摄数据的存储器，存储器与微处理器连接。
3.根据权利要求1所述的光场热成像相机，其特征在于，所述光场热成像相机还包括通信模块，通信模块与微处理器连接，用于与外界传输图像和数据。
4.根据权利要求1至3任一项所述的光场热成像相机，其特征在于，所述热成像传感器包括像素阵列、用于读取图像信号的读出电路、用于将模拟信号转换为数字信号的ADC电路和用于对数字信号进行分析处理的数字信号处理器DSP，像素阵列、读出电路、ADC电路和数字信号处理器DSP采用集成工艺在硅晶圆片衬底上一体化制作而成，相互之间通过立体IC电路互联结构组态起来。
5.根据权利要求4所述的光场热成像相机，其特征在于，所述热成像传感器具有锗窗，用于透过红外线且滤除可见光。
6.根据权利要求2所述的光场热成像相机，其特征在于，所述存储器为可拆卸的存储卡。
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