CN109212449B - 一种示波器及其图像处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种示波器及其图像处理方法，示波器包括：数据接收单元，用于接收热像数据；解析单元，用于将接收到的热像数据进行解析并得到热像图；计算单元，用于计算所述热像图各像素点的温度数据，并做算法补偿使温度数据更为精确；定位单元，用于对所述热像图各像素点的温度与标准温度参考值作比对，并对温度异常点进行定位；显示单元，用于显示热像图及温度异常点。通过本发明的示波器可以观测目标元器件的温度在单位时间内的变化曲线，也可以观测目标元器件温度与其电压信号的变化曲线，方便电子工程师分析元器件性能受温度影响的变化关系，进而排查电路设计问题。

Description

一种示波器及其图像处理方法

技术领域

本发明属于电路检测领域，具体涉及一种示波器及其图像处理方法。

背景技术

目前，传统数字示波器对一般电路信号具有波形的分析功能，但是当电路中出现短路、元器件功率过大、电源利用率过低时，往往很难定位分析。而传统的热像仪，虽能够通过热像分析局部温度，进而具体的目标分析元器件的温度，但是又无法通过热像图分析具体电路问题，也无法观测目标元器件在单位时间内温度变化曲线，以及目标温度与其电信号的变化曲线，从而使得电子工程师无法分析元器件性能受温度影响的变化曲线，也就无法排查电路设计问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种结合热像仪的示波器及其图像处理方法，在传统示波器中嵌入红外温度补偿及校正等算法去解析前端热像仪接收回来的红外热辐射数据，用以解决现有技术中的热像仪和示波器无法反映目标元器件的温度在单位时间内变化曲线，以及目标温度与其电信号的变化曲线的问题。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

本发明中的一种示波器，包括用于采集被测目标表面红外辐射的前端数据接收系统、与所述前端数据接收系统通信并做数据处理显示的后端数据处理系统，以及给上述系统供电的电源系统，其具体系统模块包括：

前端数据接收系统，通过热成像传感器模组感应被测目标表面的红外热辐射，将红外热辐射转换成热像图的原始数据，并通过前端处理器做原始数据的预处理。

后端数据处理系统，用于处理前端热成像原始数据得到的热像图及温度信息，对图像信息在示波器屏上做显示，并对温度信息做算法补偿及校正，以此得到精确的温度信息。同时的，用于得出所述热像图上各个像素点的温度值，并与目标点标准温度参考值作比对，以便于快速定位温度异常点的精确位置。

电源系统，与上述前端数据接收系统、后端数据处理系统连接，用于将输入电压转换为多路电压，为整个系统中各类的芯片提供匹配的电源。

上述示波器，其特征在于，所述示波器包括：

数据接收单元，用于接收热像数据；

解析单元，用于将接收到的热像数据进行解析并得到热像图；

计算单元，用于计算所述热像图各像素点的温度数据，并做算法补偿使温度数据更为精确；

定位单元，用于对所述热像图各像素点的温度与标准温度参考值作比对，并对温度异常点进行定位；

显示单元，用于显示热像图及温度异常点。

上述示波器，优选的，所述示波器还包括：

温度分析单元，用于分析温度异常点的温度数据在时间阈值内的变化。

上述示波器，优选的，所述示波器还包括：

电压获取单元，用于获取所述温度异常点的电压并得到所述电压与时间的变化关系；

电压分析单元，用于分析温度异常点的电压与其温度的变化关系。

上述示波器，优选的，所述显示单元还用于显示温度异常点的温度数据在时间阈值内的变化曲线或温度异常点的电压与其温度的变化曲线。

上述示波器，优选的，所述示波器还包括：热像获取单元，用于获取被测对象的热像，并将相应的热像数据发送给数据接收单元。

本发明中的一种基于示波器的图像处理方法，包括：

获取热像数据；

将接收到的热像数据进行解析并得到热像图；

计算所述热像图各像素点的温度数据；

将温度数据与标准温度参考值做比对并对温度异常点定位。

上述基于示波器的图像处理方法，优选的，所述方法还包括：

分析温度异常点的温度数据在时间阈值内的变化。

上述基于示波器的图像处理方法，优选的，所述方法还包括：

获取所述温度异常点的电压并得到所述电压与时间的变化关系；

分析温度异常点的电压与其温度的变化关系。

上述基于示波器的图像处理方法，优选的，获取热像数据前，所述方法还包括：获取被测对象的热像。

上述基于示波器的图像处理方法，优选的，所述热像数据通过帧数据的形式传输。

本发明中的示波器及其图像处理方法可以观测目标元器件的温度在单位时间内的变化曲线，也可以观测目标元器件温度与其电压信号的变化曲线，并可以直观观测到温度异常点的存在，方便电子工程师分析元器件性能受温度影响的变化关系，进而排查电路设计问题。

附图说明

图1是本发明实施例所提供的示波器的系统简图；

图2是本发明实施例所提供的示波器的结构示意图；

图3是本发明实施例中定位点的温度数据在时间阈值内的变化趋势；

图4是本发明实施例中定位点的温度数据与电压信号的变化趋势；

图5是本发明实施例所提供的基于示波器的图像处理方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

本发明实施例提供一种示波器，如图1所示，所述示波器包括：用于采集被测目标表面红外辐射的前端数据接收系统、与所述前端数据接收系统通信并做数据处理显示的后端数据处理系统，以及给上述系统供电的电源系统。

前端数据接收系统包括：热成像传感器模组101，用于感应被测目标表面的红外热辐射，将红外热辐射转换成热像图的原始数据；前端处理器102，与所述热成像传感器模组101通信，用于得到热像图及热像图上各个像素点的原始温度数据。

后端数据处理系统包括后端处理器103，与所述前端处理器102通信，用于取得热像图及热像图上各个像素点的原始温度数据并对温度信息做算法补偿及校正，以此得到精确的温度信息。同时的，后端处理器103用于得出所述热像图上各个像素点的精确温度值，通过比对目标标准温度参考值进而获得存在温度异常的像素点，快速定位出温度异常点的精确位置。同时的，温度异常点是通过一个或者多个像素点做的温度体现，进而将温度异常的像素点坐标数据通过显示屏104直观显示到屏幕上，直观的完成对温度异常点的定位。

另外，与示波器采样探头相结合，可以得到目标对象在单位时间内的温度和电压数据。由于是在同一时刻采集到目标点的温度和电压数据，即保证在同一时间内温度和电压的一致性和唯一性。这样使得电压分析单元在描述目标点电压与其温度变化关系的曲线更为合理。

显示屏104，用于显示目标点的波形数据和红外图像及温度信息，设计方式为画中画显示。即为：在波形数据主画面上，同时插入一个经过压缩的子画面显示红外图像及温度信息，使用一大一小两个画面叠加的方式，同时呈现两个画面窗口。此技术既能实时显示传统示波器探测目标点的波形数据，又能实时显示目标点的红外图像及温度信息。

电源系统包括电源变压器105，用于将市电AC220V进行变压；整流滤波单元106，用于对所述电源变压器105进行整流滤波；电源芯片107，多个不同种类电源芯片，用于对整流滤波单元106输出的电压转换为多路电压，为整个系统中各类的芯片提供匹配的电源。

此外，还包括示波器本身相关电路和功能模块，此不再赘述。

本发明实施例提供一种示波器，主要的，如图1所示，所述示波器在后端处理器103 对温度信息做算法补偿及校正。后端处理器103需要对前端处理器102传来的原始温度数据 做快门动作测温补偿校正和环境温度补偿校正。在热成像传感器模组101每工作一段时间， 就需要做快门动作测温补偿校正，以提高测温的准确性。从快门动作开始，补偿时间为540 帧，补偿系数R采用分段拟合，在1-150帧使用二次函数，在151-540帧使用指数函数，如下所 示： (1≤x≤150)，其中优选地，a=-0.008 ~ -0.007，b=1.65 ~ 1.85，c=-4.1。

(151≤x≤540)，其中优选地，k=125.5~127.5，m=-0.0018~ 0.0017。由于不同环境温度会导致其补偿幅值发生变化，所以在进行补偿时，需要读取当前 环境温度，即读取当前热成像传感器模组101温度进行当次快门的补偿因子计算。将读取的 热成像传感器模组101温度，代入公式 ，T为读取的热成像传感器 模组101卡尔文温度值。从快门动作开始，补偿时间为540帧，补偿方法是快门动作后1分钟 内的每一帧的每个原始像素值V_RAW，加上补偿系数R（必须乘以环境温度补偿因子g），得到补 偿后的数据V_COM，再用补偿后的数据查找校准表获得温度数据。即是：

同时的，为了使测温数据更为准确，还需要根据测温环境温度差异做环境温度补偿校正。测温计算公式为，

，其中R\B\O\F参数可以通过温度校准时得到，S为像素对应的RAW数值，T_k为开尔文温度。选取多个环境温度点分别校准，生成多张校准表，通过用户设置当前使用环境温度来查找对应的数据表，再通过对目标点各像素点对应的RAW数值代入公式进而得到各像素点的开尔文温度数据，代入公式

，其中t为摄氏度，T为开尔文温度，可得各像素点的温度数据。

本发明实施例提供一种示波器，如图2所示，所述示波器包括：数据接收单元201，用于接收热像数据；解析单元202，用于将接收到的热像数据进行解析并得到热像图；计算单元203，用于计算所述热像图各像素点的温度数据，并做算法补偿使温度数据更为精确；定位单元204，用于对所述热像图各像素点的温度与标准温度参考值作比对，并对温度异常点进行定位。具体的，温度异常点可以是某个元器件或者线路中的某一部分，定位单元204通过与目标点的标准温度参考值作比对，确定温度异常点即为定位点，具体的，温度异常点是通过一个或者多个像素点做的温度体现，进而将温度异常的像素点坐标数据通过显示单元205直观显示到屏幕上，直观的完成对温度异常点的定位。显示单元205，用于显示热像图及温度异常点；较佳的，图像显示与所述示波器的屏幕选型相关，色彩需满足16位以上，动态高速刷新率高。

现有技术中的传统数字示波器仅能针对电路信号的物理量的波形等进行分析，无法分析电路中的热像，当电路中出现某部分短路、或元器件功率过大、或电源利用率过低而引起的电路元器件发热很难被发现，而通过本发明实施例中的示波器，不仅能够分析信号电压、频率等特性，还能够得到热像数据并在屏幕中显示。特别地，本发明实施例所述的示波器还能够通过定位单元对热像图的温度异常点进行定位并显示，并得到定位点的温度，那么通过定位点的温度和电压、频率等多种参数具体分析元器件的性能，便于工程师分析电路中可能存在的问题。

本发明实施例所述的一种示波器，较佳的，所述示波器还包括：温度分析单元，用于分析定位点的温度数据在时间阈值内的变化。通过计数器的设置，温度分析单元每秒读取一次温度数据并记录下来形成变化曲线，随后可以根据变化曲线分析当前元器件随时间变化的温度曲线，进而得知该元器件的某些性能的变化。或者，预先设置温度采集频率，根据该频率获取温度数据并记录下来也可以作为分析的基础。较佳的，如图3所示，为定位点的温度数据在0-15秒之间的变化曲线，所述温度分析单元分析得到该变化趋势后，较佳的，能够通过显示单元205显示所述变化趋势。

本发明实施例所述的一种示波器，较佳的，所述示波器还包括：电压获取单元，用于获取所述定位点的电压；以及电压分析单元，用于分析定位点的电压与其温度的变化关系。通过分析定位点的电压与时间的变化关系，以及电压与温度的关系，能够得到定位点的信号与时间和其温度的关系特征，进而判断线路中可能存在的问题。较佳的，如图4所示，横坐标代表电压信号的幅值，纵坐标代表温度的大小，可以从图中看出，温度随着电压的减小而增大，进而判断线路中可能存在的问题。

本发明实施例所述的一种示波器，较佳的，所述显示单元205还用于显示定位点的温度数据在时间阈值内的变化曲线或定位点的电压与其温度的变化曲线。具体的，如图3及图4中的变化曲线也可以通过显示单元进行显示，用户能够直观的观测到温度的变化及其相互之间的关系，方便用户排查电路中哪一部分出现了问题，进而改进电路。

本发明实施例所述的一种示波器，较佳的，所述示波器还包括：热像获取单元，用于获取被测电路的热像，并将相应的热像数据发送给数据接收单元。具体的，热像获取单元通过感测电路的红外辐射而得到被测电路的热像，进而将热像数据以帧数据的形式逐帧上传至数据接收单元,而每一帧的数据包含原始的灰度图像及温度数据，以供数据接收单元收到数据后做处理。

通过本发明实施例的上述示波器，可以观测目标元器件的温度在单位时间内的变化曲线，也可以观测目标元器件温度与其电压信号的变化曲线，方便电子工程师分析元器件的性能受温度影响的变化关系，进而排查电路设计问题。

本发明实施例还提供一种基于示波器的图像处理方法，如图5所示，所述方法包括：

步骤501，获取热像数据；具体的，可以从被测试设备中直接获取热像数据，或者通过热成像传感器采集被测对象的热像数据。通过热成像传感器的感测电路的红外辐射而得到被测对象的热像，进而将热像数据以帧数据的形式逐帧上传，每一帧的数据包含原始的灰度图像及温度数据，以供数据接收单元收到数据后做处理。

步骤502，将接收到的热像数据进行解析并得到热像图；在本发明实施例中，具体的，将热成像传感器模组101接收到的热像数据进行帧解析，由于热成像传感器模组101得到的是原始的灰度图像，人的生理视觉系统特征对微小的灰度变化感觉不敏感，而对彩色的微小差别极为敏感，利用这一特点就可以把人眼不敏感的灰度信号映射为人眼灵敏的彩色信号，以增强人对图像中细微变换的分辨率。同时，提供多种调色板供用户选择，诸如铁红、彩虹、医疗等不同的伪彩色画面来直观反应图像中温度的差异。较佳的，图像显示与所述示波器的屏幕选型相关，色彩需满足16位以上、动态高速刷新率高。

步骤503，计算热像图各像素点的温度数据；具体的，取得所述热像图及热像图上各个像素点的原始温度数据并对温度信息做算法补偿及校正，以此得到精确的温度信息。

步骤504，将温度数据与标准温度参考值做比对并对温度异常点定位；具体的，将所述温度数据与目标点的标准温度参考值作比对，确定温度异常点即为定位点，温度异常点是通过一个或者多个像素点做的温度体现，进而将温度异常的像素点坐标数据通过显示单元直观显示到屏幕上，直观的完成对温度异常点的定位。

现有技术中的传统数字示波器仅能针对电路信号的物理量的波形等进行分析，无法分析电路中的热像，当电路中出现某部分短路、或元器件功率过大、或电源利用率过低而引起的电路元器件发热很难被发现，而通过本发明实施例中的示波器，不仅能够分析信号的电压、频率等特性，还能够得到热像数据并在屏幕中显示。特别地，本发明实施例所述的示波器还能够通过定位单元对热像图的温度异常点进行定位并显示，并得到定位点的温度，那么通过定位点的温度和电压、频率等多种参数具体分析元器件的性能，便于工程师分析电路中可能存在的问题。

本发明实施例提供的一种基于示波器的图像处理方法，较佳的，获取热像数据前，所述方法还包括：获取被测电路的热像。

本发明实施例提供的一种基于示波器的图像处理方法，较佳的，所述热像数据通过帧数据的形式传输。

本发明实施例提供的一种基于示波器的图像处理方法，较佳的，所述方法还包括：分析定位点的温度数据在时间阈值内的变化。通过计数器的设置，定时读取一次温度数据并记录下来形成变化曲线，随后可以根据变化曲线分析当前元器件随时间变化的温度曲线，进而得知该元器件的某些性能的变化。或者，预先设置温度采集频率，根据该频率获取温度数据并记录下来也可以作为分析的基础。较佳的，如图3所示，为定位点的温度数据在0-15秒之间的变化曲线，所述温度分析单元分析得到该变化趋势后，较佳的，能够通过显示单元显示所述变化趋势。

本发明实施例还提供一种基于示波器的图像处理方法，较佳的，所述方法还包括：获取所述定位点的电压并得到所述电压与时间的变化关系；分析定位点的电压与其温度的变化关系。具体的，通过分析定位点的电压与时间的变化关系以及电压与温度的关系，能够得到定位点的信号与其温度的关系特征，进而判断线路中可能存在的问题。较佳的，如图4所示，横坐标代表电压信号的幅值，纵坐标代表温度的大小，可以从图中看出，温度随着电压的减小而增大，进而判断线路中可能存在的问题。

综上所述，通过本发明实施例的示波器及其图像处理方法，能够分析电压、频率等特性，还能够得到热像数据并在屏幕中显示，进而得到元器件性能受温度影响的变化，做到及时排查电路中出现的问题。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种示波器，其特征在于，所述示波器包括：

数据接收单元，用于接收热像数据；

解析单元，用于将接收到的热像数据进行解析并得到热像图；

计算单元，用于计算所述热像图各像素点的温度数据，并做算法补偿；

定位单元，用于将所述热像图各像素点的温度与标准温度参考值作比对，并对温度异常点进行定位；

显示单元，用于显示热像图及温度异常点。

2.根据权利要求1所述的一种示波器，其特征在于，所述示波器还包括：

温度分析单元，用于分析温度异常点的温度数据在时间阈值内的变化。

3.根据权利要求1所述的一种示波器，其特征在于，所述示波器还包括：

电压获取单元，用于获取所述温度异常点的电压并得到所述电压与时间的变化关系；

电压分析单元，用于分析温度异常点的电压与其温度的变化关系。

4.根据权利要求2或3所述的一种示波器，其特征在于，所述显示单元还用于显示温度异常点的温度数据在时间阈值内的变化曲线或温度异常点的电压与其温度的变化曲线。

5.根据权利要求1所述的一种示波器，其特征在于，所述示波器还包括：热像获取单元，用于获取被测对象的热像，并将相应的热像数据发送给数据接收单元。

6.一种基于示波器的图像处理方法，其特征在于，所述方法包括：

获取热像数据；

将接收到的热像数据进行解析并得到热像图；

计算所述热像图各像素点的温度数据，并做算法补偿；

将所述热像图各像素点的温度与标准温度参考值作比对，对温度异常点进行定位并显示。

7.根据权利要求6所述的一种基于示波器的图像处理方法，其特征在于，所述方法还包括：

分析温度异常点的温度数据在时间阈值内的变化。

8.根据权利要求6所述的一种基于示波器的图像处理方法，其特征在于，所述方法还包括：

获取所述温度异常点的电压；

分析温度异常点的电压与其温度的变化关系。

9.根据权利要求6所述的一种基于示波器的图像处理方法，其特征在于，获取热像数据前，所述方法还包括：获取被测对象的热像。

10.根据权利要求6所述的一种基于示波器的图像处理方法，其特征在于，所述热像数据通过帧数据的形式传输。

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