CN1507742A - 对红外辐射敏感的红外摄像机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及红外摄像机，包括对红外辐射敏感的检测器装置(2)和把待监视的对象聚焦到检测器装置上的光学部件。光源(8；8’；12；17)向将由检测器装置成象的对象发射在可见光波长范围内的窄光束。

Description

对红外辐射敏感的红外摄像机
技术领域
本发明涉及在权利要求1的前序中所述的红外摄像机(红外下文中称作IR)，以及权利要求16中所述的IR摄像机。
背景技术
通常，红外摄像机的分辨率低于可见光摄像机的分辨率。在红外频谱区记录的要显示的对象看起来总是与人眼在可见光波长区看到的不同。因此，有时通过用眼睛直接观察要检查的对象来识别具有热异常的对象的一个部分或几个对象中的一个是非常困难的，而这在红外摄像机中则非常容易识别。
当用红外摄像机检查例如可能有多个连接、断路器或熔丝要检查的电安装时，存在偶然错误地指出要替换或修理的元件的风险。这是由于难以解释和识别显示在红外图像中的对象的位置。在检查建筑或墙壁查找缺失的或损坏的绝缘、结构损坏，例如，加固的缺失、混凝土墙壁中的裂缝、潮湿或水损坏期间也存在相同的问题。这些只是本发明要解决的问题中的一些例子。在解释红外图像时的困难和不确定性还降低了检查的速度，因为操作人员总是需要察找对象或其中的计算部件，以确保他用自己的眼睛识别出存在热异常的正确的目标。
因此，在实际目标上直接了解或看到已经在红外摄像机的图像中识别为具有热异常的报废零件的位置存在问题。使得对电安装或建筑的检查迅速而又准确同时消除偶然指出失效或有问题元件或部件的错误位置的风险也存在问题。
EP 0 524 561 A1介绍了安装在遥控车辆上的高分辨率辐射检查系统。它由操作员站操作，用于产生叠加到在核电站等区域的实时视频图像上的高分辨率辐射剂量图。为了查明辐射源，系统能够检测到来自明确限定的方向的辐射。测距仪、视频摄像机以及激光指示器安装在同一个平台上作为辐射检测器。将它们对准以指向辐射检测器的同一方向。当辐射检测器发现辐射源时，激光指示器在视频图像上产生能够被看到的亮点，以指示辐射检测器的视场的大致中心。
JP-2000159315 A示出了一种IR辐射温度计，用来测量储煤堆的表面温度。激光指示器附加在温度计上，并向该位置发射用于温度补偿的激光束，该温度是温度计测量的。
发明内容
根据本发明的一个目的是提供手持IR摄像机的人从由摄像机记录的图像中识别在周围环境中的测量的对象的方法，以及具有识别可能性的摄像机。
本发明的另一个目的是提供用最好是手持的IR摄像机对具有热异常的例如电安装或建筑等对象的快速和精确的检查。
本发明的再一个目的是提供消除从记录的图像中偶然指出对象的错误位置的风险的方法和摄像机。
通过具有根据权利要求1的特征部分的特性的方法实现这些目的。通过权利要求书的其它部分，进一步的发展和特性以及一种摄像机变得显而易见。
本发明涉及识别在空间中的、由具有对红外辐射敏感的检测器装置和将被监视的对象聚焦到检测器装置上的光学部件的红外摄像机监视的对象的方法。本发明的特征在于提供具有在可见光波长范围内的窄光束的光源；以及使光束指向由红外摄像机监视的对象。摄像机最好是辐射型，即，它测量在其显示器上显示的温度。因此，它可能是，但最好不只是，视觉和热成像装置。
光源光束可以分为几个光束；并且可以使光束进行指向，以便标记在红外摄像机中将看到的对象上的区域的扩展。该标记可以是能提供的最小的区域，以便进行正确的测量。因此，标记可以是一个被整个测量点填充的区域。因此，标记可以是由圆形、椭圆形、矩形、多边形等环绕的区域。来自光源的光束可以相对于红外图像上显示的对象指向以命中对象的预定位置。可以计算在红外图像中命中点的位置，并在红外图像上显示计算出的标记。来自光源的光束可以指向要检查的对象的一个部分，之后，在红外摄像机中进行该部分的红外图像或视频记录的获取或检查。
本发明还给出了一种可能性，当检查多个部分时操作人员知道检查的是哪一部分。因而，通过使光源指向该部分，红外摄像机可瞄准该要检查的部分，然后在红外摄像机中检查要检查的部分是否存在任何热异常。
IR摄像机最好是手持的，以便指向存在热异常或要检查的不同对象。该方法涉及当操作人员进行例如电安装或建筑的检查时，使用这种装置指出环境中的故障部分或区域。
但是，本发明并不限于手持IR摄像机。当监视集成电路或其它制造过程时，它也可以用作为工业应用安装的用于工艺、监视器或机械视觉的遥控IR摄像机。
本发明还涉及红外摄像机，该红外摄像机包括对红外辐射敏感的检测器装置和把要监视的对象聚焦到检测器装置上的光学部件。本发明的特征在于，光源向要由检测器装置成象的对象发射至少一束在可见光波长范围内的窄光束。红外检测器装置最好是红外焦平面阵列(FPA)。
测距仪可以测量到要监视的对象的距离，光学部件的调节装置可以由来自测距仪的信号操作。处理装置可以连接到测距仪和光学部件的调节装置上，并控制光学部件将对象聚焦到检测器装置上。当通过手动或自动聚焦聚焦时，光学部件实际上可以用作控制图像或其它视差补偿中的任何一个的测距仪。处理装置可以具有适于补偿由测距仪提供的、或者通过操作人员进行的光学部件的移动提供的聚焦距离的软件，以便移动来自光源的光束而在希望的命中点上命中目标对象。处理装置可以连接到显示被监视的IR图像的显示器并计算至少一个表示从光源发出的光束在对象上的命中点的标记。因此，处理装置产生图像表示，并且该表示在显示器上移动，以显示从光源发出的光束在对象上的命中点是指向平行于摄像机的光轴还是已经移动到命中在显示器上出现的对象的中间的目标对象。
视差补偿装置包括设置光源到受控角方向以引导其光束指向目标的电动机，或者它可以放在光源的前面弯曲可见光束以指向目标。因而，视差补偿装置相对于到目标的焦距是可控的。但是，应当注意，角度的设置可以是作为到对象的距离的函数的手动机械调整。
光束形成装置可以将从光源发出的光束分为指示在目标上的尺寸和位置的成形光束，红外检测器装置从那里接收辐射。光源光束和从对象到红外检测器装置的光束最好是彼此共轴的。于是，光源很小并装入在红外物镜系统中切出的孔中。
根据本发明，红外摄像机具有在可见光范围内向要检查的目标发射窄光束的光源。在红外摄像机显示器上也可能有关于光源指向的标记。于是，操作人员知道当热异常和显示器上的标记重叠时，光源指向在可见空间中的故障部分。因此，操作人员可以看到在目标上的光点，并用他/她的眼睛识别。
所提出的发明减少了在进行例如电安装、建筑、块石填料(pluming)安装等的红外检查时偶然指出错误部分的风险。
附图说明
为了更完全地理解本发明及其其它目的和优点，下面参考在附图中所示的实施例的例子介绍本发明，其中：
图1示意性地示出了本发明的第一实施例；
图2和图3示出了显示器上的标记；
图4示意性地示出了本发明的第二实施例；
图5示意性地示出了本发明的第三实施例；
图6示意性地示出了本发明的第四实施例；以及
图7示出了根据本发明的摄像机的可能设计的实施例。
具体实施方式
参考图1，IR摄像机1包括作为记录介质的焦平面阵列2(下面称作FPA)。最好检测器系统是非移动型的。FPA2可包括微型测辐射热计或其它类型的冷冻或非冷冻的传感器元件。但是，应当注意，摄像机并不限于这种记录介质。
摄像机具有光学部件3，将摄像机聚焦到要记录在FPA 2上的对象4上。从对象4的中心到FPA的中心的光束路径BP示出了相对于光学部件3的光束路径。光学部件3包括透镜或曲面镜。通过测距计5(来自其的信号操作光学部件的调节装置3’)以及可能通过处理装置6，调焦特性可以是自动的。操作人员也可以改为手动调焦光学部件。测距计5可以在光学部件3的上面或下面，或者在其侧面。
处理装置6还连接到FPA 2，以对来自FPA元件的信号进行所有必须的调整以使它们适于显示在装在摄像机壳体中的监视器或显示器7A上。记录在摄像机中的FPA 2或其它记录介质上的整个图像可以在监视器或显示器7A上看到。摄像机可以是视频型的和/或记录静止图像的。
如上所述，处理装置6可以连接到测距计5和光学部件3的调节装置3’上，并控制光学部件将对象4聚焦到FPA上。由摄像人员操作的键9A为处理装置6和连接到处理装置6上的通信装置9B提供电源电压VCC。通信装置9B可用于将数据输入摄像机或者将摄像机中的数据输出。单元6和9B在实际中可以是一体的和无线的，例如通过蓝牙方法，发送和发射信号到外部单元并从外部单元接收信号。所有这些在本领域中是公知的，因此不再进一步的详细介绍。
对象4是示意性的，用矩形示出，以便显示出将被记录在FPA2上的对象的这样一个部分。即，正是需要操纵摄像机的操作人员指出将被记录的实际对象上的这样一个部分，以便使操作人员容易知道摄像机正指向哪里。在IR摄像机的内部或外部安装发出在可见光范围内的光的、具有窄可见光束，最好是激光的光源8。在图1所示的实施例中，引导光束在最好是接近矩形的中间的命中点4A处命中对象4。
光源8最好具有与由摄像机1记录的波长区相分离的可见光波长。这意味着由指向光源8在对象上产生的光在由对象的FPA捕获的IR图像上是看不到的。
红外摄像机最好具有光源平行补偿功能。在处理装置6中的软件适于补偿由测距计5提供的，或者由操作人员对光学部件3的移动提供的焦距。因此，通过电动机10A，光源8能够以适当的方向成一角度，以便引导来自光源8的光束。可以改为由操作摄像机的人手动调整光源8的角度，但这不是非常实用。处理装置6采用来自测距计5的信号计算该角度。然后，处理装置6控制电动机10A。
摄像机使用自动聚焦或手动聚焦移动透镜或反射镜以将对象4聚焦到FPA2上。光学部件的调整发送到处理装置6。当摄像机在例如2m处聚焦时，处理装置6被编程为计算与目标距离2m的平行误差率。然后，处理装置6最好在显示器7A上产生并移动标记到该标记标出激光指向的点的位置。
在图2中，设置两个十字标记4B和4C。虚线标记4B表示当光源的指向平行于摄像机的光轴时在目标上的命中点。因此，处理装置然后计算图形产生的标记应当放在显示器上的哪个位置。因此，光源的光束路径不需要任何角度的转变。这也可以是一个实施例，因为不需要对来自光源的光束进行角度控制。
但是，如果处理器控制使光源成一角度类型的或弯曲光源发出的光束类型的视差补偿装置以移动来自光源8的光束到要监视的对象的中间或到任何其它预定的位置，则在光源光束被引导到它预期的位置之后一个连续画出的十字标记4C表示在目标对象4上希望的命中点4A。于是，处理单元6计算标记应当命中在显示器7的图像上显示的对象的位置，并在显示器上设置标记。因此，标记不是从来自FPA的信号得到。
这样，处理装置6总是移动在红外显示器上的标记，作为到对象的焦距的函数。处理装置6还控制补偿装置10A，以便补偿它来调节至测距计5提供的到目标的距离的光束方向。这样，在目标上的命中点4A总是被调节到对象的大致中心或某些其它希望的点处，以避免由于光源没有机械地放在红外检测器元件的中心轴线上而引起的平行指向误差。
图3示出了由处理装置在显示器上设置的标记可具有除十字以外的其它外形，这里用虚线圆4D表示，围绕整个测量点。因此，在本实施例中，标记填充整个测量点。标记可以是圆形、椭圆形、矩形、多边形等。这种标记由光源装置向对象发射。它也由处理装置6产生，将显示在显示器7A上。在图3所示的情况下，操作人员配备有能够扩大或缩小标记的宽度的装置，例如，可使圆形4D的半径增加或减小，以便提供最小的半径用以提供正确的测量结果。
在通过例如对光源装置变换角度来进行视差补偿之后，提供圆形4D。在圆形4D上面显示圆形4E。当没有进行视差补偿时，圆形4E表示在对象上的标记。因此，光源装置不需要补偿。它可以只发射平行于摄像机的观测方向的光束。然后，处理装置可以计算并在表示实际对象上的命中点的图像中的点处产生将显示在显示器7A上的图像中的标记。
使激光的波长在IR图像上可见是有用的，以便实际看到在显示器中的对象上的激光点。因而，在光学部件中使用能够透过摄像机的近红外波长区和激光的可见光波长附近的窄区域的滤光器是有利的。于是，光学部件具有透过红外线和可见光的透镜系统或者含有曲面反射镜的反射系统。
参考图4，标记对象4的角D1、D2、D3和D4。从光源8’发射的光束可以被棱镜或其它光学器件11分为多个光束，以便命中对象4的每个角。光学器件11可以替代地形成光源8’的光束，以使圆形或方形图形围绕要显示的视觉对象的部分。因此，光学装置可以作为光束形成装置以将从光源8’发出的光束分成表示目标上的尺寸和位置的光束，红外检测器装置(FPA)2从那里接收辐射。由此，操作人员知道需要多大的对象4以得到精确的温度读数。
如图4所示，可以使在光源8’前面的视差补偿装置10B弯曲向着目标的光束。在图4中夸大了弯曲。处理装置6利用来自测距仪5或聚集控制3’的信号控制补偿装置10B的弯曲特性。在本实施例中，通信装置9D连接到处理装置6，并被设置在壳体外部。操作人员可以重新编程并将新的数据插入到处理装置6中，并将数据发送到外部装置。
参考图5，第三实施例通过使来自光源12的窄光束从红外光学部件13A、13B的中心发出来消除或减少视差缺陷。因此，使光束和记录共轴。如图5所示，光源12很小，并安装于在代表红外光学部件的红外透镜系统13A、13B中挖出的孔中。处理装置6通过用于控制光学部件13A、13B的聚焦的相同控制装置13’控制光源12的开或关。
参考图6，第四实施例具有同时发出红外线和可见光的红外透镜系统15，或者包括反射类型的光学部件。由此对象4聚焦在FPA2上。在本实施利中光源17是垂直的，且其发出的光被反射可见光而透过IR光的半透明圆盘18弯曲90°。圆盘18也被称作分束器，其放在光学部件15的前面，并且最好与光学部件15的光轴成45°倾角。
棱镜或其它光学装置19可以放在光源17的前面，以便以与图4所示实施例实际上相同的方式分裂来自光源17的光束。分裂的光束然后沿不同的方向传播，以命中目标的四个角D1’、D2’、D3’和D4’。装置19还可以包括由处理器20控制的可控透镜系统等。替代地，可以控制光源17和装置19到不同的角度位置，以便使光源的光束指向希望的方向。如果FPA2、具有可控光束分裂装置19的光源17以及透镜系统15的位置彼此有正确的关系，则在目标上的点总是定位在该目标上它的被记录的IR图像具有其各角的位置上。处理装置6，最好是计算机，从FPA2中的各像素元件计算对象的图像，并且可能还与计算出的表示在目标对象4上的命中点的标记一起显示在显示器21上。
可以看到在本说明书中的各图仅仅是示意性的，在摄像机中还有其它元件，因为不是本发明的组成部分，所以省略了。
上面已经介绍了光从光源发出与图像的记录是同时进行的。但是，先引导来自光源的光束到要检查的对象的部分上也是很方便的。随后在红外摄像机中获取该部分的红外图像或视频记录或进行检查。应当注意，IR图像或视频记录最好以数字方式存储。
当检查热异常难以被摄像机操作人员的裸眼看到的对象时，例如，当查找缺陷或损坏的绝缘、结构损坏、例如加固的缺失、混凝土中的裂缝、电安装、潮湿或水损坏时，需要指出哪里的实际缺陷是严重的。这是由于异常或缺陷有时在完全均匀或涂漆的表面上根本无法识别。一个方法是用摄像机实际找到异常，用光源、激光指出它，然后，如果可能，用喷涂颜料或笔实际标出损坏的部分。
电安装的检查可包括电路断路器、保险丝、母线、连接器、电导体、传输分配线等。
也可以在图像的数字拷贝上设置异常的标记。数字图像可以具有指向异常位置的例如红箭头等。由此也可以在图像上提供标记。
图7示出了根据本发明的摄像机的可能设计的实施例。摄像机1最好是手持的，并具有指向对象4的光学壳体3’。来自光源(未示出)的光束B命中对象。操作人员在显示器7上看到对象的图像。他可以在键盘9上以及也用他/她的食指通过键9A来控制摄像机。
本领域的技术人员应当理解，本发明并不限于在只用于说明目的的附图和上述的详细介绍中所公开的实施例，而是可以用许多方法实现，并且只由附后的权利要求书定义。

Claims (34)

1.一种用于识别在空间的对象(4)的方法，该对象由具有对红外辐射敏感的检测器装置(2)和将待监视的对象聚焦到该检测器装置上的光学部件(3；13A；13B；15)的红外摄像机监视，其特征在于：
提供具有在可见光波长范围内的窄光束的光源(8；8’；12；17)；以及
使光束指向由红外摄像机监视的对象。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于：
将来自光源的光分为几个光束；以及
使光束进行指向，以便标记在红外摄像机中将被观察到的对象上的区域的扩展。
3.根据权利要求2的方法，其特征在于：
使所述标记扩展为用于进行正确测量的最小区域，即，整个测量点填充的区域。
4.根据上述权利要求中的任一个的方法，其特征在于：
引导来自光源的光束以使其在相对于红外图像上显示的对象的预定位置处命中该对象；
计算在红外图像中用于所述命中点的位置；以及
在红外图像上显示计算出的标记。
5.根据上述权利要求中的任一个的方法，其特征在于：
摄像机是辐射测量型的，即，它测量在其显示器上显示的温度。
6.根据上述权利要求中的任一个的方法，其特征在于：
首先引导来自光源的光束到待检查的对象的一部分上；以及
随后数字地存储该部分的红外图像或视频记录，或在红外摄像机中进行检查。
7.  根据权利要求1到5中的任一个的方法，其特征在于：
首先引导来自光源的光束到待检查的对象的一部分上；以及
随后在红外摄像机中检查该被检查的部分是否有任何热异常。
8.根据上述权利要求中的任一个的方法，其特征在于：
提供与从对象到检测器装置的光束路径同轴的来自光源的光束路径。
9.根据权利要求1到7中的任一个的方法，其特征在于：
在从对象到检测器装置的光束路径一侧提供光源；
使光源指向平行于摄像机的光轴；以及
在摄像机的显示器上、于该显示器上的表示被监视对象上光源光束的命中点的位置处产生图形标记。
10.根据权利要求1到7中的任一个的方法，其特征在于：
在从对象到检测器装置的光束路径一侧提供光源；以及
补偿来自光源的光束的视差，从而光束在希望的位置上命中对象。
11.根据上述权利要求中的任一个的方法，其特征在于：
从光源发出光的同时记录图像。
12.根据权利要求1到10中的任一个的方法，其特征在于：
首先把来自光源的光束引导到待检查的对象的一部分上；以及
随后数字地存储待监视的该对象的红外图像或视频记录，或在红外摄像机中进行检查。
13.根据权利要求1到10中的任一个的方法，当检查热异常难以被摄像机操作人员的裸眼观察到的对象时，例如，当查找缺失的或损坏的绝缘、结构损坏，例如加固的缺失、混凝土墙壁中的裂缝、电安装、潮湿或水损坏时，其特征在于：
用摄像机找到异常；
用光源(8；8’；12；17)指出在对象上的缺陷。
14.根据权利要求13的方法，其特征在于：
随后用例如用喷涂颜料或笔标记损坏的部分。
15.根据权利要求13或14的方法，其特征在于：
在摄像机图像上图形化地指示缺陷；
在图像的数字拷贝上设置该指示。
16.一种红外摄像机，包括：对红外辐射敏感的检测器装置(2)和把待监视的对象(4)聚焦到该检测器装置上的光学部件，其特征在于：
光源装置(8；8’；12；17)向将由检测器装置成象的对象(4)发射至少一束在可见光波长范围内的窄光束。
17.根据权利要求16的红外摄像机，其特征在于：
测距仪(5)测量到待监视的对象的距离；以及
光学部件的调节装置(3’；13’)通过从测距仪(5)得出的信号进行操作。
18.根据权利要求16或17的红外摄像机，其特征在于：
处理装置(6)连接到测距仪(5)和光学部件的调节装置(3’；13’)上，用于控制光学部件将对象(4)聚焦到检测器装置(2)上。
19.根据权利要求16到18中任一个的红外摄像机，其特征在于：
处理装置(6)中的软件适于补偿由测距仪(5)提供的、或者通过操作人员移动光学部件(3)提供的聚焦距离，以便移动来自光源(8)的光束，从而在希望的命中点上命中目标对象。
20.根据权利要求16到19中任一个的红外摄像机，其特征在于：摄像机是辐射测量型，即，它测量在其显示器上显示的温度。
21.根据权利要求16到20中任一个的红外摄像机，其特征在于：
处理装置(6)连接到用于显示被监视的IR图像的显示器(7；21)并计算至少一个表示从光源(8；8’；12；17)发出的光束在要被图形化地显示在摄像机的显示器中的对象上的命中点的标记(4B；4C；4D；4E)。
22.根据权利要求21的红外摄像机，其特征在于：
在显示器(7A；7B)上显示的标记(4B；4E)在该显示器上按照与光源相对于摄像机的光轴偏离相同的方式偏离显示器的中心。
23.根据权利要求21的红外摄像机，其特征在于：
当在检测器装置(2)的一侧提供光源(8；8’)时，处理装置(6)适于在红外显示器(7A；7B)上按照与移动光源光束以命中对象相同的方式移动标记(4C、4D)，即，作为到对象的聚焦距离的函数来补偿视差。
24.根据权利要求16到21中任一个的红外摄像机，用于检查热异常难以被摄像机操作人员的裸眼观察到的检查对象，例如，当查找缺失的或损坏的绝缘、结构损坏、例如加固的缺失、混凝土墙壁中的裂缝、电安装、潮湿或水损坏时，其特征在于：
处理装置(6)适于在摄像机图像上图形化地指示缺陷，并在图像的数字拷贝上设置该指示。
25.根据权利要求16到24中任一个的红外摄像机，其特征在于：通过自动聚焦装置来调节光学部件以聚焦到对象上。
26.根据权利要求16到25中任一个的红外摄像机，其特征在于：
包含电动机(10A)的视差补偿装置(5，6，10A)或手动机械调节装置以受控的角方向设置光源(8)，以引导其光束朝向目标。
27.根据权利要求16到26中任一个的红外摄像机，其特征在于：
在光源(8’)前面的视差补偿装置(5，6，10B)使可见光源光束弯曲以朝向目标。
28.根据权利要求26或27的红外摄像机，其特征在于：视差补偿装置相对于到目标的聚焦距离是可控的。
29.根据权利要求16到28中任一个的红外摄像机，其特征在于：还包括在光学部件中的能够透过摄像机的近红外波长区域和激光的可见光波长周围的窄区域的滤光器装置。
30.根据权利要求16到29中任一个的红外摄像机，其特征在于：
光束形成装置(11；19)将从光源(8’；17)发出的光束分为在目标上指示尺寸和位置的成型光束，红外检测器装置(2)从此处接收辐射。
31.根据权利要求16到21、29或30中任一个的红外摄像机，其特征在于：光源(12；17，18)光束和从对象(4)到红外检测器装置(2)的光束是彼此共轴的。
32.根据权利要求31的红外摄像机，其特征在于：光源(12)很小并安装在红外物镜系统(13A，13B)中切出的孔中。
33.根据权利要求31的红外摄像机，其特征在于：
在摄像机的红外物镜系统前面设置的倾斜的半透明圆盘(18)；以及
引导来自光源(17)的光束被圆盘(18)反射，该圆盘透过从目标对象(4)到红外检测器装置(2)的红外辐射。
34.根据权利要求16到33中任一个的红外摄像机，其特征在于：红外检测器装置(2)是红外焦平面阵列(FPA)。
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