CN112596115B - 一种中波双色切换的红外热成像系统 - Google Patents
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Abstract
一种中波双色切换的红外热成像系统，包括：步进电机、转盘、滤光片、光电开关、探测器；本发明公开的一种中波双色切换的红外热成像系统，通过第一滤光片和第二滤光片将传统的中波段3.7～4.8μm的单色波段先后分成3.7～4.1μm和4.2～4.8μm的窄双色波段，在时域上依次得到两个窄波段的辐射能量，再对两个波段的图像信息进行融合，实现了窄双色波段的图像采集，抗干扰能力强，提高图像识别能力。本发明仅使用步进电机和光电开关进行运动控制，成本比较低。本发明不仅可以用于双色切换，还可以用于快门补偿以及快速定位，功能更加齐全。
Description
技术领域
本发明涉及的是红外热成像技术领域,特别涉及一种中波双色切换的红外热成像系统。
背景技术
红外热成像运用光电技术检测物体热辐射的红外线特定波段信号，将该信号转换成可供人类视觉分辨的图像和图形，并可以进一步计算出温度值。波长为0.78～2.0微米的部分称为近红外，波长为2.0～1000微米的部分称为热红外线。红外线在地表传送时，会受到大气组成物质的吸收，强度明显下降，仅在中波3μ～5μm及长波8～12μm的两个波段有较好的穿透率，大部份的红外热像仪就是针对这两个波段进行检测，
现有技术中，中波段红外热成像技术发展迅速，应用场景超过同规格的长波段红外热成像技术，然而，对于中波段红外热成像技术，目前主要用中波单色波段的红外热成像系统。对于同种温度和材料的物体，目标识别准确率较高，然而，对于不同温度和材料的物体，在不同波段的红外辐射特性是不同的，如果背景比较复杂，很可能导致目标识别不准确。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种中波双色切换的红外热成像系统。
为了解决上述技术问题，本申请实施例公开了如下技术方案：
一种中波双色切换的红外热成像系统，其特征在于，包括：步进电机、转盘、滤光片、光电开关、探测器；其中：
步进电机，与转盘连接，以预设转速进行工作，用于带动转盘按预设速度进行转动，还用于接收光电开关发送的转盘周期信号，对步进电机的转动步数进行计数；
转盘，预设有第一滤光片和第二滤光片，用于带动滤光片安预设速度进行转动；还预设有红外光采集区，红外光采集区用于采集第一滤波片和第二滤波片的双色波段的图像信息；
滤光片，分为第一滤光片和第二滤光片，按预设位置安装于转盘上，其中，第一滤光片和第二滤光片将中波段单色波段分为中波段窄双色波段，当第一滤波片和第二滤波片通过转盘采集区时，分别采集第一滤波片和第二滤波片的双色波段红外光信息；
光电开关，安装于转盘外，当转盘转动一个周期时，获取转盘周期信息，并将转盘周期信息发送给步进电机，控制步进电机对转动步数进行计数；
探测器，用于接收滤波片双色波段红外光信息，并将双色波段红外光信息转换为红外图像信息。
进一步地，转盘，还预设有快门补偿区，用于对红外热成像系统进行快门补偿。
进一步地，第一滤光片选用3.7～4.1μm滤波片，第二滤波片选用4.2～4.8μm滤波片。
进一步地，第一滤光片和第二滤光片安装于转盘上的具体方式为：第一滤波片与第二滤波片分别占转盘四分之一圆，并且第一滤波片与第二滤波片相较于转盘圆心中心对称。
进一步地，步进电机转速为1500r/min，脉冲频率为5000Hz，步进电机的每一步为1.8°。
进一步地，当红外热成像系统为双色切换模式时，工作方法为：当红外光采集区在第一滤光片或第二滤光片内，步进电机收到光电开关信号时，电机步数计数N清0，步进电机每走一步，N加1，若5≤N≤15时，不改变步进频率，维持步进频率，若N＞15，则减小电机步进频率，若N＜5，则增大电机步进频率。
进一步地，当红外热成像系统为快门补偿模式时，工作方法为：步进电机进入快门补偿区预定位置，根据步进电机的水平角度和步进电机每一步数转动角度，确定步进电机的步数。
进一步地，步进电机进入快门补偿区中心位置，步进电机的步数为75。
进一步地，当红外热成像系统为定位模式时，工作方法为：获取需要定位位置到光电开关的角度θ，顺时针旋转，直到遇到光电开关，此时对步进开关的计步器N清零，然后通过角度θ和步进开关每一步度数，确定步进开关计数步数为θ/1.8°。
本发明实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括：
本发明公开的一种中波双色切换的红外热成像系统，通过第一滤光片和第二滤光片将传统的中波段3.7～4.8μm的单色波段先后分成3.7～4.1μm和4.2～4.8μm的窄双色波段，在时域上依次得到两个窄波段的辐射能量，再对两个波段的图像信息进行融合，实现了窄双色波段的图像采集，抗干扰能力强，提高图像识别能力。本发明仅使用步进电机和光电开关进行运动控制，成本比较低。本发明不仅可以用于双色切换，还可以用于快门补偿以及快速定位，功能更加齐全。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明实施例1中，一种中波双色切换的红外热成像系统示意图；
图2为本发明实施例1中，一种中波双色切换的红外热成像系统为双色切换模式时流程图；
图3为本发明实施例2中，一种中波双色切换的红外热成像系统为快门补偿模式示意图；
图4为本发明实施例2中，一种中波双色切换的红外热成像系统为定位模式示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
为了解决现有技术中中波单色波段的红外热成像系统，对于背景比较复杂，目标识别不准确问题，本发明实施例提供一种中波双色切换的红外热成像系统。
实施例1
如图1，一种中波双色切换的红外热成像系统，包括：步进电机、转盘、滤光片、光电开关、探测器；其中：
步进电机，与转盘连接，以预设转速进行工作，用于带动转盘按预设速度进行转动，还用于接收光电开关发送的转盘周期信号，对步进电机的转动步数进行计数。
具体的，在一些优选实施例中，伺服板上电后，启动步进电机以1500r/min的速度匀速旋转，假设步进电机的每一步为1.8゜，一圈就对应着200个脉冲信号，转速V(rpm)的计算公式如下：
转速V(rpm)＝脉冲频率(f)*60/每转步数(n)
通过公式计算出f＝5000Hz。由于电机每一步所走的角度并不完全相等，总会有些许误差，需要根据实际情况调整频率。
转盘，预设有第一滤光片和第二滤光片，用于带动滤光片安预设速度进行转动；还预设有红外光采集区，红外光采集区用于采集第一滤波片和第二滤波片的双色波段的图像信息。在一些优选实施例中，转盘，还预设有快门补偿区，用于对红外热成像系统进行快门补偿。
滤光片，分为第一滤光片和第二滤光片，按预设位置安装于转盘上，其中，第一滤光片和第二滤光片将中波段单色波段分为中波段窄双色波段，当第一滤波片和第二滤波片通过转盘采集区时，分别采集第一滤波片和第二滤波片的双色波段红外光信息。
在本实施例中，第一滤光片选用3.7～4.1μm滤波片，第二滤波片选用4.2～4.8μm滤波片。通过滤波片将3.7～4.8μm的单色波段先后分成3.7～4.1μm和4.2～4.8μm的窄双色波段，再对两个波段的图像信息进行融合，获取更真实的目标信息。
在本实施例中，第一滤光片和第二滤光片安装于转盘上的具体方式为：第一滤波片与第二滤波片分别占转盘四分之一圆，并且第一滤波片与第二滤波片相较于转盘圆心中心对称。
具体的，如图1，由于探测器频率为50Hz，即每帧图像20ms，系统需要旋转滤片每旋转一周输出2帧图像，探测器采用边积边读(IWR)积分模式，由实验测得，电荷存储到输入级电容内所需积分时间为低温6ms、常温3ms、高温2ms。因此，滤光片尺寸取精度最高的低温6ms算得：滤光片尺寸至少为54゜。为了保证足够的裕量，将滤光片尺寸设计为90゜，两侧各留了18゜的裕量。
光电开关，安装于转盘外，当转盘转动一个周期时，获取转盘周期信息，并将转盘周期信息发送给步进电机，控制步进电机对转动步数进行计数。
探测器，用于接收滤波片双色波段红外光信息，并将双色波段红外光信息转换为红外图像信息。
在本实施例中，如图1，当红外热成像系统为双色切换模式时，工作方法为：为了保证整个积分时间内，窗口均在某个滤光片内，进一步将范围缩小到9°～81°。当红外光采集区在第一滤光片或第二滤光片内，步进电机收到光电开关信号时，电机步数计数N清0，步进电机每走一步，N加1，若5≤N≤15时，不改变步进频率，维持步进频率，若N＞15，则减小电机步进频率，若N＜5，则增大电机步进频率。
在本实施例中，如图2，当红外热成像系统为快门补偿模式时，工作方法为：步进电机进入快门补偿区预定位置，根据步进电机的水平角度和步进电机每一步数转动角度，确定步进电机的步数。具体的，优选步进电机进入快门补偿区中心位置，此时根据步进电机的水平角度为135°，即步进电机的步数为135°/1.8°＝75步。
在本实施例中，如图3，当红外热成像系统为定位模式时，工作方法为：获取需要定位位置到光电开关的角度θ，顺时针旋转，直到遇到光电开关，此时对步进开关的计步器N清零，然后通过角度θ和步进开关每一步度数，确定步进开关计数步数为θ/1.8°。
本实施例公开的一种中波双色切换的红外热成像系统，通过第一滤光片和第二滤光片将传统的中波段3.7～4.8μm的单色波段先后分成3.7～4.1μm和4.2～4.8μm的窄双色波段，在时域上依次得到两个窄波段的辐射能量，再对两个波段的图像信息进行融合，实现了窄双色波段的图像采集，抗干扰能力强，提高图像识别能力。本发明仅使用步进电机和光电开关进行运动控制，成本比较低。本发明不仅可以用于双色切换，还可以用于快门补偿以及快速定位，功能更加齐全。
应该明白，公开的过程中的步骤的特定顺序或层次是示例性方法的实例。基于设计偏好，应该理解，过程中的步骤的特定顺序或层次可以在不脱离本公开的保护范围的情况下得到重新安排。所附的方法权利要求以示例性的顺序给出了各种步骤的要素，并且不是要限于所述的特定顺序或层次。
在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本发明处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。
本领域技术人员还应当理解，结合本文的实施例描述的各种说明性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、计算机软件或其组合。为了清楚地说明硬件和软件之间的可交换性，上面对各种说明性的部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般地描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本公开的保护范围。
结合本文的实施例所描述的方法或者算法的步骤可直接体现为硬件、由处理器执行的软件模块或其组合。软件模块可以位于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、移动磁盘、CD-ROM或者本领域熟知的任何其它形式的存储介质中。一种示例性的存储介质连接至处理器，从而使处理器能够从该存储介质读取信息，且可向该存储介质写入信息。当然，存储介质也可以是处理器的组成部分。处理器和存储介质可以位于ASIC中。该ASIC可以位于用户终端中。当然，处理器和存储介质也可以作为分立组件存在于用户终端中。
对于软件实现，本申请中描述的技术可用执行本申请所述功能的模块(例如，过程、函数等)来实现。这些软件代码可以存储在存储器单元并由处理器执行。存储器单元可以实现在处理器内，也可以实现在处理器外，在后一种情况下，它经由各种手段以通信方式耦合到处理器，这些都是本领域中所公知的。
上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或者”是要表示“非排它性的或者”。
Claims (7)
1.一种中波双色切换的红外热成像系统，其特征在于，包括：步进电机、转盘、滤光片、光电开关、探测器；其中：
步进电机，与转盘连接，以预设转速进行工作，用于带动转盘按预设速度进行转动，还用于接收光电开关发送的转盘周期信号，对步进电机的转动步数进行计数；
转盘，预设有第一滤光片和第二滤光片，用于带动滤光片安预设速度进行转动；还预设有红外光采集区，红外光采集区用于采集第一滤波片和第二滤波片的双色波段的图像信息；
滤光片，分为第一滤光片和第二滤光片，按预设位置安装于转盘上，其中，第一滤光片和第二滤光片将中波段单色波段分为中波段窄双色波段，当第一滤波片和第二滤波片通过转盘采集区时，分别采集第一滤波片和第二滤波片的双色波段红外光信息；
光电开关，安装于转盘外，当转盘转动一个周期时，获取转盘周期信息，并将转盘周期信息发送给步进电机，控制步进电机对转动步数进行计数；
探测器，用于接收滤波片双色波段红外光信息，并将双色波段红外光信息转换为红外图像信息；
具体的，步进电机转速为1500r/min，脉冲频率为5000Hz，步进电机的每一步为1.8°；当红外热成像系统为双色切换模式时，工作方法为：当红外光采集区在第一滤光片或第二滤光片内，步进电机收到光电开关信号时，电机步数计数N清0，步进电机每走一步，N加1，若5≤N≤15时，不改变步进频率，维持步进频率，若N＞15，则减小电机步进频率，若N＜5，则增大电机步进频率。
2.如权利要求1的一种中波双色切换的红外热成像系统，其特征在于，转盘，还预设有快门补偿区，用于对红外热成像系统进行快门补偿。
3.如权利要求1的一种中波双色切换的红外热成像系统，其特征在于，第一滤光片选用3.7～4.1μm滤波片，第二滤波片选用4.2～4.8μm滤波片。
4.如权利要求1的一种中波双色切换的红外热成像系统，其特征在于，第一滤光片和第二滤光片安装于转盘上的具体方式为：第一滤波片与第二滤波片分别占转盘四分之一圆，并且第一滤波片与第二滤波片相较于转盘圆心中心对称。
5.如权利要求1的一种中波双色切换的红外热成像系统，其特征在于，当红外热成像系统为快门补偿模式时，工作方法为：步进电机进入快门补偿区预定位置，根据步进电机的水平角度和步进电机每一步数转动角度，确定步进电机的步数。
6.如权利要求1的一种中波双色切换的红外热成像系统，其特征在于，步进电机进入快门补偿区中心位置，步进电机的步数为75。
7.如权利要求5的一种中波双色切换的红外热成像系统，其特征在于，当红外热成像系统为定位模式时，工作方法为：获取需要定位位置到光电开关的角度θ，顺时针旋转，直到遇到光电开关，此时对步进开关的计步器N清零，然后通过角度θ和步进开关每一步度数，确定步进开关计数步数为θ/1.8°。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
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Effective date of registration: 20210630 Address after: No.6, Huanglongshan South Road, Donghu Development Zone, Wuhan City, Hubei Province Applicant after: WUHAN GUIDE INFRARED Co.,Ltd. Applicant after: Wuhan Gaode micro electromechanical and sensing Industrial Technology Research Institute Co.,Ltd. Address before: No.6, Huanglongshan South Road, Donghu Development Zone, Wuhan City, Hubei Province Applicant before: WUHAN GUIDE INFRARED Co.,Ltd. |
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| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Huang Li Inventor after: Li Yuping Inventor after: Su Ying Inventor after: Qiao Lei Inventor before: Li Yuping Inventor before: Su Ying Inventor before: Qiao Lei |
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| GR01 | Patent grant | ||
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