CN111458714A - 一种中远红外热成像激光照明系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中远红外热成像激光照明系统及方法，包括：中远红外激光器、红外热成像相机和计算机设备；中远红外激光器，与计算机设备连接，用于根据计算机设备下发的控制指令，向被测物体发射中远红外波长的电磁波；红外热成像相机，与计算机设备连接，用于采集被测物体反射回来的中远红外波长的电磁波。还包括：可见光摄像机和激光雷达扫描仪；可见光摄像机与计算机设备连接；可见光摄像机，用于对在中远红外激光器照射下的被测物体进行图像采集，并将采集的图像上传给计算机设备：激光雷达扫描仪与计算机设备连接；激光雷达扫描仪，用于对在中远红外激光器照射下的被测物体进行激光雷达扫描，并将激光雷达扫描的数据上传给计算机设备。

Description

一种中远红外热成像激光照明系统及方法

技术领域

本公开涉及红外热成像技术领域，特别是涉及一种中远红外热成像激光照明系统及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提到了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

发明人发现，在航空、航海、轨道交通、道路交通、工业自动化、消防救援等行业中，对动态和静态目标进行成像、识别和测量位姿等实时精确检测功能，是实现避障、定位和搜救等基本的安全保障。现有的高清可见光、近红外摄像机和激光雷达在实现上述功能时需要有较好的可视条件，在烟雾尘和夜间等可视条件不好的情况下，传统的高清摄像机成像不清晰甚至不能成像，近红外摄像机也不能穿透较浓的雾霾和尘烟，这是因为可见光和近红外波长在380～2500nm之间，小于雾霾和尘烟的颗粒大小，光信号不能有效穿透成像。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种中远红外热成像激光照明系统及方法；其采用产生热成像波段的中远红外激光器等组件作为光源照射，使被照射目标物体在中远红外波段呈现出较强的成像特征，为热成像探测传感器提供增强的信号源以便于对目标的检测；同时也包括融合了可见光成像和三维扫描成像的目标感知探测。

第一方面，本公开提供了一种中远红外热成像激光照明系统；

一种中远红外热成像激光照明系统，包括：中远红外激光器、红外热成像相机和计算机设备；

中远红外激光器，与计算机设备连接，用于根据计算机设备下发的控制指令，向被测物体发射中远红外波长的电磁波；

红外热成像相机，与计算机设备连接，用于采集被测物体反射回来的中远红外波长的电磁波。

作为一个或多个实施例，所述系统还包括：可见光摄像机；

所述可见光摄像机与计算机设备连接；所述可见光摄像机，用于对在中远红外激光器照射下的被测物体进行图像采集，并将采集的图像上传给计算机设备。

作为一个或多个实施例，所述系统还包括：激光雷达扫描仪；

所述激光雷达扫描仪与计算机设备连接；所述激光雷达扫描仪，用于对在中远红外激光器照射下的被测物体进行激光雷达扫描，并将激光雷达扫描的数据上传给计算机设备。

第二方面，本公开提供了一种中远红外热成像激光照明系统的工作方法；

一种中远红外热成像激光照明系统的工作方法，包括：

中远红外激光器，根据计算机设备下发的控制指令，向被测物体发射中远红外波长的电磁波；

红外热成像相机，采集被测物体反射回来的中远红外波长的电磁波，并将采集的中远红外波长的电磁波发送给计算机设备。

作为一个或多个实施例，所述工作方法，还包括：

可见光摄像机，对在中远红外激光器照射下的被测物体进行图像采集，并将采集的图像上传给计算机设备。

作为一个或多个实施例，所述工作方法，还包括：

激光雷达扫描仪，对在中远红外激光器照射下的被测物体进行激光雷达扫描，并将激光雷达扫描的数据上传给计算机设备。

与现有技术相比，本公开的有益效果是：

将中远红外波段范围内的激光作为一种照明，为红外热成像探测传感器提供光源以增强热成像信号强度。

本公开采用中远红外激光照明实现了穿透尘雾等条件下的检测成像。采用能够产生红外热成像波段的激光对目标物体进行照射，通过相同波段的相机采集目标物体产生的热辐射电磁波信号，对所检测的目标物体进行光学成像。由于采用热成像波段的激光照射，其检测的目标物体会呈现较强的成像特征，能够被红外热成像相机捕获采集相应的信号，进一步进行图像处理和显示，检测出目标的存在、位置和姿态等特征，可用于各种设备、设施和人员等移动和静止物体的感知。

本公开克服了现有技术的不足，利用中远红外电磁波比可见光散射小的特性实现了透尘雾功能，通过合理设计在雾霾、雨雪、烟汽、粉尘和夜间等视线不好的条件下，应用于航空、航海、轨道交通、道路交通、工业自动化、搜寻救援等实现定位、避障和安全检测等功能，提高了以上应用在恶劣天气条件下的安全性。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1为本公开实施例所示的激光照明系统的整体结构示意图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例一，本实施例提供了一种中远红外热成像激光照明系统；

如图1所示，一种中远红外热成像激光照明系统，包括：中远红外激光器、红外热成像相机和计算机设备；

中远红外激光器，与计算机设备连接，用于根据计算机设备下发的控制指令，向被测物体发射中远红外波长的电磁波；

红外热成像相机，与计算机设备连接，用于采集被测物体反射回来的中远红外波长的电磁波。

作为一个或多个实施例，所述系统还包括：可见光摄像机；

所述可见光摄像机与计算机设备连接；所述可见光摄像机，用于对在中远红外激光器照射下的被测物体进行图像采集，并将采集的图像上传给计算机设备。

作为一个或多个实施例，所述系统还包括：激光雷达扫描仪；

所述激光雷达扫描仪与计算机设备连接；所述激光雷达扫描仪，用于对在中远红外激光器照射下的被测物体进行激光雷达扫描，并将激光雷达扫描的数据上传给计算机设备。

优选地，所述中远红外激光器，包括：量子级联激光器或二氧化碳激光器。

进一步地，所述中远红外激光器是利用红外激光产生6～14μm波长电磁波。

进一步地，所述中远红外激光器是利用红外激光产生6～14μm波长的电磁波，照射到被测物体上，红外热成像相机采集6～14μm波长的电磁波，在红外热成像相机上形成成像信号，成像信号经过光电转换后传输给计算机设备。

其具有很强的穿透尘雾成像能力，解决了尘雾条件下的成像难题，同时激光可以提供更远距离的照明以及更加清晰的图像。

进一步地，所述激光雷达扫描仪采用激光或毫米波雷达。

所述计算机设备，由CPU处理器及外围接口通信电路等组成，完成信号采集、信号处理、信号传输、成像显示和数据存储等功能。

所述计算机设备对数字数据进行信号分析、算法编程和计算应用，并将结果应用于航空、航海、轨道交通、道路交通、工业自动化、搜寻救援等实现定位、避障和安全检测等具体功能。

中远红外的波长范围在6～14μm左右，可以穿透雾霾和尘烟，其信号采集为红外热成像相机，可以透尘雾采集目标表面的温度信息，形成热成像图像，对动态和静态目标进行成像、识别和定位姿等检测。

红外热成像相机采用6～14μm波长的中远红外光电探测传感器，由于具有比可见光和近红外更长的波长，其透雾和透尘能力更强，广泛用于夜间、雾雨雪、沙尘粉尘和烟雾等恶劣环境下的目标检测成像。

由于红外热成像相机采集的是目标物体自身产生的热辐射，在目标物体与周围环境的温度差别不大时，目标的热成像特征不突出。

为了增强目标物体的热成像特征，采用与红外热成像相机相同波段、达到设定能量的光信号进行辐射，采用激光照明产生这一信号光源是一种有效的成像补光方法。

现有的红外激光照明集中在近红外波段，能够产生中远红外波段的二氧化碳激光器和量子级联激光器所产生的激光用于材料加工和光探测等应用，还未见对采用激光照明方法作为增强热成像光源的用途。

本公开也包括了对目标的透尘雾测距，能够定位从照明装置到目标的距离。

本公开计算机设备保留可见光波段彩色图像处理，与激光雷达扫描仪和可见光高清摄像机的融合。

基于中远红外波段的成像照明装置是主动红外技术设备，能够产生在6～14μm波长的中远红外信号。该装置是利用6～14μm波长的“红外灯”产生红外热辐射，发出人眼看不见的中远红外光去照射目标物体，利用同样波段的红外热成像相机接收反射回来的红外光，从而实现水雾尘和夜间的成像检测功能。这种中远红外主动照明可以充分利用红外探照灯的激光光束照射目标，使目标与背景形成较大的成像反差，在视场中突出出来。因此在雨雪尘雾和夜间等可见光视线不好的条件下，用于航空、轨道和路面交通、工业自动化、搜寻救援等，实现定位、避障和安全检测等感知功能，具有广阔的应用前景。

中远红外激光源区别于其他红外半导体激光器产生的波长为800～2500nm的激光，是利用红外激光产生6～14μm波长的中远红外电磁波，照射到被检测的目标物体上，形成这一波段的热成像。其具有很强的穿透尘雾成像能力，解决了尘雾条件下的成像难题，同时激光可以提供更远距离的照明以及更加清晰的图像，不但可以和摄像机配合摄像，也可以和照相机配合拍照，扩大了主动视频监控系统的使用范围。该红外光源包括光学气室和控制电路模块，通过调控辐射波长控制结构的尺寸和结构能够辐射中心波长为6～14μm的中远红外光。

红外热成像相机采集6～14μm波长的中远红外电磁波，通信传输到计算机设备上显示和应用。所述红外热成像相机能够采集6～14μm波长的中远红外电磁波，为变焦距摄像机，可从2.8～500mm之间进行连续可变调焦，实现自动变焦、同步变焦、透雾光源整形匀化等功能，保证了在变焦过程中画面的清晰、稳定。能够以单像素扫描方式或面阵热成像传感器芯片，以一定的帧率对目标成像后形成静态和动态成像。

中远红外激光源和红外热成像相机可以集成与一体，通过加装云台对被测目标实现面扫描，以完整地呈现所检测目标的形态。

计算机设备，由处理器接收采集的信号、信号处理、成像显示和数据存储传输等。计算机处理器与加速度传感器、温度传感器、陀螺仪和中远红外激光器连接，红外热成像相机与计算机设备连接。

中远红外激光源和红外热成像摄像机可通过控制器和电动云台调节，所述红外热成像摄像机为变焦距摄像机，其焦距可从2.8mm到500mm之间进行连续可变调焦，实现自动变焦、同步变焦、透雾光源整形匀化等功能，保证了在变焦过程中画面的清晰、稳定。

可见光摄像机和激光雷达扫描仪，配合中远红外光源和红外热成像相机对被测目标进行三维扫描定位和图像处理，激光雷达扫描仪可以是近红外激光雷达或毫米波雷达。

计算机设备对所采集到的信号转换为数字数据后，对数据进行计算分析，并将结果应用于航空、航海、轨道交通、道路交通、工业自动化、搜寻救援等实现定位、避障和安全检测等功能。

本发明公开的中远红外激光照明，其本公开应用于以下领域的成像、定位、避障和安全检测等功能：

1.航空：在恶劣天气条件下如大雾时，飞行器在起飞、降落和飞行过程中对地面和空中的动静态目标进行成像检测，实现定位和安全避障功能。

2.航海；在恶劣天气条件下如大雾时，航行器对水面和地面上的动静态目标进行成像检测，实现定位和安全避障功能。

3.轨道交通；在恶劣天气条件下如大雾时，轨道交通车辆轨道前方的的动静态目标进行成像检测，实现定位和安全避障功能。

4.道路交通；在恶劣天气条件下如大雾时，交通道路上的的动静态目标进行成像检测，实现定位和安全避障功能。

5.工业自动化；在尘雾条件下，对工业生产场所的设备和设施的动静态目标进行成像检测，实现定位和安全避障功能。

6.消防救援。在烟尘条件下，对人员的动静态目标进行成像检测，实现安全搜救和定位功能，提升安全救援效率，也可用于国家应急体系的建设。

实施例二，本实施例提供了一种中远红外热成像激光照明系统的工作方法；

一种中远红外热成像激光照明系统的工作方法，包括：

中远红外激光器，根据计算机设备下发的控制指令，向被测物体发射中远红外波长的电磁波；

红外热成像相机，采集被测物体反射回来的中远红外波长的电磁波，并将采集的中远红外波长的电磁波发送给计算机设备。

作为一个或多个实施例，所述工作方法，还包括：

可见光摄像机，对在中远红外激光器照射下的被测物体进行图像采集，并将采集的图像上传给计算机设备。

作为一个或多个实施例，所述工作方法，还包括：

激光雷达扫描仪，对在中远红外激光器照射下的被测物体进行激光雷达扫描，并将激光雷达扫描的数据上传给计算机设备。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种中远红外热成像激光照明系统，其特征是，包括：中远红外激光器、红外热成像相机和计算机设备；

中远红外激光器，与计算机设备连接，用于根据计算机设备下发的控制指令，向被测物体发射中远红外波长的电磁波；

红外热成像相机，与计算机设备连接，用于采集被测物体反射回来的中远红外波长的电磁波。

2.如权利要求1所述的系统，其特征是，所述系统还包括：可见光摄像机；

所述可见光摄像机与计算机设备连接；所述可见光摄像机，用于对在中远红外激光器照射下的被测物体进行图像采集，并将采集的图像上传给计算机设备。

3.如权利要求1所述的系统，其特征是，所述系统还包括：激光雷达扫描仪；

所述激光雷达扫描仪与计算机设备连接；所述激光雷达扫描仪，用于对在中远红外激光器照射下的被测物体进行激光雷达扫描，并将激光雷达扫描的数据上传给计算机设备。

4.如权利要求1所述的系统，其特征是，所述中远红外激光器，包括：量子级联激光器或二氧化碳激光器。

5.如权利要求1所述的系统，其特征是，所述中远红外激光器是利用红外激光产生6～14μm波长电磁波。

6.如权利要求1所述的系统，其特征是，所述中远红外激光器是利用红外激光产生6～14μm波长的电磁波，照射到被测物体上，红外热成像相机采集6～14μm波长的电磁波，在红外热成像相机上形成成像信号，成像信号经过光电转换后传输给计算机设备。

7.如权利要求3所述的系统，其特征是，所述激光雷达扫描仪采用激光或毫米波雷达。

8.一种中远红外热成像激光照明系统的工作方法，其特征是，包括：

中远红外激光器，根据计算机设备下发的控制指令，向被测物体发射中远红外波长的电磁波；

红外热成像相机，采集被测物体反射回来的中远红外波长的电磁波，并将采集的中远红外波长的电磁波发送给计算机设备。

9.如权利要求8所述的工作方法，其特征是，所述工作方法，还包括：

可见光摄像机，对在中远红外激光器照射下的被测物体进行图像采集，并将采集的图像上传给计算机设备。

10.如权利要求8所述的工作方法，其特征是，所述工作方法，还包括：

激光雷达扫描仪，对在中远红外激光器照射下的被测物体进行激光雷达扫描，并将激光雷达扫描的数据上传给计算机设备。

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