CN1991317A - 红外热像仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种红外热像仪，包括：光学系统，用于接收被测物体的红外辐射；红外探测器，用于将所述光学系统接收的红外辐射转换成电信号；以及信号处理和系统控制设备，用于将所述红外探测器生成的电信号转换成红外视频图像。在本发明中，将多种先进技术和功能集成于单个红外热像仪，从而实现了体积较小、重量较轻、操作较简单、功能较多、扩展性较好等优点。
Description
技术领域
本发明涉及红外成像领域，更具体地，本发明涉及一种红外热像仪。
背景技术
自然界的各种物体都呈现出一定的温度，而物体的温度往往能够反映出它所处的物理状态。例如，一直没有工作的机器(发动机、电子仪器等)，其温度与所处环境的温度一致，然而当它处于工作状态时温度就会高于环境温度。因此，可以通过测量物体的温度来了解它的物理状态及变化情况。
由于不同物体的温度差别很大，且测量环境千差万别，因此使用温度计等来测量温度的接触式方法有很大的局限性。
凡是温度高于绝对零度的物体都会产生红外辐射，并且物体的红外辐射与它的表面温度分布密切相关。因此可以通过对物体红外辐射的测量，根据红外辐射与温度的对应关系，来确定物体表面的温度。一般地，温度越高，红外辐射越强。这种非接触式的红外辐射测温方法与接触式的方法相比具有极大的优势，例如可以适应不同的测量环境，所测物体的温度可以很高等。
红外热像仪是实现红外辐射测温的仪器。它通过光学系统将物体的红外辐射提供到红外探测器上，该红外探测器将强弱不等的辐射信号转换成相应的电信号，经过放大和视频处理等，形成视频信号送到视频监视器上显示出来。对于每个像点都可以根据其红外辐射计算出相应的温度。红外图像或视频具有直观的特点，便于迅速发现问题并确定温度异常的位置。
目前常见的红外热像仪已经实现了基本的红外成像和测温功能，能够对成像区域进行精确测温。美国专利US 5386117就公开了这样一种红外热像仪。
随着科学技术的进步，特别是近几年来电子技术的飞速发展，传统红外热像仪所采用的技术已逐渐显得落后，导致了红外热像仪的体积和重量较大、操作较复杂、红外图像或视频显示效果不佳等缺点。
因此需要提供一种具有新颖功能的新型红外热像仪，它可以克服传统红外热像仪的上述缺点。
发明内容
本发明提供了一种红外热像仪，包括：光学系统，用于接收被测物体的红外辐射；红外探测器，用于将所述光学系统接收的红外辐射转换成电信号；以及信号处理和系统控制设备，用于将所述红外探测器生成的电信号转换成红外视频图像。
在本发明的一个实施方式中，该信号处理和系统控制设备将所述视频图像处理成视频图形阵列制式。并且该信号处理和系统控制设备还包括一个视频转换模块，用于将所述视频图形阵列制式转换成逐行倒相制式或国家电视委员会制式。
在本发明的一个实施方式中，该红外热像仪还包括输入设备，用于输入命令和/或相应数据，以及所述输入设备包括一个触摸屏。
在本发明的一个实施方式中，该红外热像仪还包括输出设备，用于输出红外图像和/或相应数据，以及所述触摸屏还充当作为所述输出设备的显示屏。
在本发明的一个实施方式中，该红外热像仪还包括输出设备，用于输出红外图像和/或相应数据，以及所述输出设备包括一个有机发光显示器目镜。
在本发明的一个实施方式中，该红外热像仪还包括输入设备，用于输入命令和/或相应数据，以及所述输入设备包括一个自动语音识别系统。
在本发明的一个实施方式中，该红外热像仪还包括存储设备，用于存储红外图像和/或相应数据，以及所述存储设备包括安全数字卡。
在本发明的一个实施方式中，该红外热像仪还包括网络端口，用于与外部设备通信，以及所述网络端口包括一个蓝牙端口。
在本发明的一个实施方式中，该红外热像仪还包括网络端口，用于与外部设备通信，以及所述网络端口包括一个USB OTG端口。
在本发明中，将多种先进技术和功能集成于单个红外热像仪，从而实现了体积较小、重量较轻、操作较简单、功能较多、扩展性较好等优点。
附图说明
通过以下结合附图的说明，并且随着对本发明的更全面了解，本发明的其它目的和效果将变得更加清楚和易于理解，其中：
图1示出了根据本发明的红外热像仪的原理框图；
图2示出了自动语音识别工作过程；
图3示出了根据本发明的红外热像仪的透视图。
在所有的上述附图中，相同的标号表示具有相同、相似或相应的特征或功能。
具体实施方式
下面结合附图描述本发明的具体实施方式。
图1示出了根据本发明的红外热像仪的原理框图。如图1所示，该红外热像仪100包括光学系统101、红外探测器103、信号预处理设备105、信号处理和系统控制设备107、输入设备109、输出设备111、存储设备113、以及网络端口115。
光学系统101用于接收被测物体的红外辐射，根据视场大小和像质的要求而由不同红外光学透镜组成，起着对被测物体的红外辐射进行汇聚、滤波和聚焦等作用。
红外探测器103把通过光学系统101的红外辐射转换成电信号。红外探测器103可以采用非制冷焦平面红外探测器。焦平面红外探测器由数以万计的传感元件组成阵列，传感元件响应率的均匀性较好，尺寸以微米计，功耗极小，分为制冷型和非制冷型两大类。
在本发明的一个实施方式中，采用了320×240的非制冷焦平面红外探测器。
在本发明的另一个优选实施方式中，采用了384×288的非制冷焦平面红外探测器，有效像素比采用320×240的增加了44％，单个像素的尺寸更小，使得所获取的红外图像或视频更细腻。
信号预处理设备105对由红外探测器103输出的电信号进行预处理，包括对电信号进行前置放大、模数转换等。相应地，信号预处理设备105可以包括前置放大器、模数转换器等(未示出)。
在一方面，信号处理和系统控制设备107将经过信号预处理设备105处理的反映被测物体的红外辐射的电信号处理转换成视频信号，提供到作为显示设备的输出设备111进行显示。另一方面，可以根据使用者的命令，进行相应的控制操作，例如，控制调节图像显示效果、控制将视频图像存储到存储设备113、控制对红外图像的分析、控制与外部设备的通信等等。换句话说，信号处理和系统控制设备107控制着以下将描述的输入设备109、输出设备111、存储设备113、和网络端口115的操作。
在本发明的一个实施方式中，该信号处理和系统控制设备107以微处理器的形式构成整个红外热像仪的一个组成部分。换句话说，该信号处理和系统控制设备107嵌入在红外热像仪中。该实施方式的优势是与该信号处理和系统控制设备107作为一个独立系统形成红外热像仪的外围辅助设备相比，能减小体积和重量等。
在本发明的一个实施方式中，信号处理和系统控制设备107将视频信号处理成VGA(视频图形阵列)制式。此前VGA制式只用于计算机的显示制式。VGA制式具有640×480的显示分辨率，与作为输出设备111的真彩色高亮度TFT液晶显示屏相配合，可以极大的提高画面的清晰程度。
一般的VGA显示都需要专业显示卡。在本发明的红外热像仪中将复杂的显卡功能进行了精简浓缩，集成到了红外热像仪中，无需配备体积庞大的显示卡就实现了VGA显示输出功能。
在本发明的一个实施方式中，信号处理和系统控制设备107将视频信号处理成SVGA(超级视频图形阵列)制式，具有更高的显示分辨率。
在本发明的另一个实施方式中，信号处理和系统控制设备107还包括一个视频转换模块(未示出)，该视频转换模块可以将VGA制式视频信号转换成PAL(逐行倒相)或NTSC(国家电视系统委员会)制式的视频信号，以满足不同使用者的需求。换句话说，在该实施方式中，本发明的红外热像仪支持3种显示制式-VGA、PAL、NTSC。其中，PAL和NTSC制式是当前红外热像仪普遍采用的显示制式，它们的分辨率都是320×240，显示效果并不是很好。
输入设备109用于输入命令和/或相应数据。相应数据包括使用者对红外图像的注释等。
在本发明的一个实施方式中，输入设备109包括一个触摸屏(未示出)，用于接收使用者操作红外热像仪的命令。在启动红外热像仪之后，输出设备111(例如显示屏)上会实时地列出可以进行的操作选项，使用者可以随时地通过触摸笔直接点击触摸屏上相关操作选项。接收到命令后，红外热像仪，更具体地说，信号处理和系统控制设备107就会马上执行相应操作，导致显示下一级的操作选项、将视频图像存储到存储设备113、与外部设备进行通信等等。
与只能通过几个简单的按键结合菜单对红外热像仪发出操作命令的传统红外热像仪相比，根据本发明的该红外热像仪可以极大地方便使用者使用，使得使用者不需要记住一些对应于操作命令的按键(或组合键)就可以方便地使用红外热像仪。
另外，这种友好的人机交流方式也为红外热像仪集成更多功能提供了便利，再多的功能只要通过轻轻点击触摸屏就都可以轻松实现。另外的一个优点是这种具有触摸屏的红外热像仪可以降低操作难度，从而减少用于操作培训的时间。
顺便说一下，在本发明的该实施方式中，该触摸屏还充当作为输出设备111的显示屏。
在本发明的另一个实施方式中，输入设备109还包括一个自动语音识别系统。传统的红外热像仪必须由使用者以按键的方式进行操作，但是在某些特殊环境下使用者可能无法腾出手对红外热像仪进行操作，比如两只手都在操作其他设备的情况。考虑到这种情况，在该实施方式中，红外热像仪的输入设备109还包括自动语音识别功能。
图2示出了自动语音识别工作过程200。它可以包括语音信号采集过程、信号降噪预处理过程、语音训练和生成模板过程、语音识别和模板匹配过程、以及执行相关操作过程。
在正式使用语音识别功能前，使用者操作红外热像仪采集语音信号以进行语音训练，生成语音模板。生成的语音模板可以存储于存储设备113。处于语音工作模式的红外热像仪一旦检测到外部有语音发出，就迅速进行语音数据处理和模板匹配，对于使用者所说的常用操作命令，能够迅速准确地做出响应，即执行相关的操作。
考虑到使用环境的复杂性，该实施方式的红外热像仪在语音识别处理时还可以自动地根据环境情况选择是否进行信号降噪预处理，以保证语音识别的准确性。
该实施方式中的自动语音识别系统包括一个麦克风，用于采集语音信号。
在本发明的另一个实施方式中，该麦克风还用于采集在录制红外图像时进行的对图像内容的注释。
输出设备111用于输出红外图像和/或相应数据。相应数据包括对红外图像的分析结果等等。
在本发明的一个实施方式中，红外热像仪的输出设备111包括一个显示屏和一个目镜。其中显示屏和目镜上显示的视频图像都来自信号处理和系统控制设备107。并且，该显示屏也可作为输入设备109，更具体地说，该显示屏也可作为前面所述的触摸屏使用。
在本发明的一个实施方式中，采用OLED(有机发光显示器)作为目镜显示设备。
OLED是继TFT(薄膜晶体管)液晶后的新一代平面显示器技术。传统的红外热像仪一般采用小液晶屏或小型CRT(阴极射线管)作为目镜，这样做使得结构复杂、体积庞大，且相关电路复杂导致功耗大。
OLED由非常薄的有机材料涂层和玻璃基板构成，当有电荷通过时这些有机材料就会发光。它的构造很简单，由于是自身材料发光所以不需要背光源照明。它的厚度薄，只有1.5毫米，相当于液晶屏厚度的四分之一多一点。OLED的刷新频率比液晶屏快1000倍左右，其视频显示更加流畅和清晰。并且屏的观看角度比液晶屏大(最高可达165度)，即使在强光下仍然如此。使用温度范围大大优于液晶屏，可达零下40度。
在本发明的一个实施方式中，输出设备111还包括一个放音设备，用于在回放存储的红外视频图像时播放存储的相应的注释。
存储设备113用来存储红外视频图像和/或相应的数据。相应的数据包括上述注释、用于实现控制的软件等等。
在本发明的一个实施方式中，存储设备113包括标准闪存(CF)卡。
而在本发明的另一个实施方式中，存储设备113包括安全数字(SD)卡。与CF卡相比，SD卡接口简单并且可靠，与红外热像仪只通过9个引脚连接，而CF卡却有50个引脚。SD卡读写速度很快，可以实时记录视频数据。SD卡存储密度很大(单SD卡的容量可达数G字节)。SD卡比CF卡面积小、厚度薄，从而便于携带。
大容量高速SD卡的采用，为实时进行红外图像录像提供了基础。本发明的红外热像仪还具有红外录像功能，且可以设定不同的录像帧频，以对监测目标的状态进行连续记录存储。
网络端口115用来与外部设备进行通信。
当需要对不同区域同时进行红外监测时，可以将多台红外热像仪通过网络端口115连接起来组成红外热像仪监测网。并且可以实现远程监控红外热像仪的工作，比如所有的红外热像仪通过其各自的网络端口和网络布线连接到位于远程监控室的主机上，所述主机可以是一台计算机。主机可以根据需要调用显示某台红外热像仪的图像，或是在主机上同时显示多路图像。主机还可以对红外图像进行专门的图像分析和处理。每台红外热像仪的红外图像都可以通过网络进行传输和交换。网络端口的加入实现了红外监测资源的共享。
在本发明的一个实施方式中，网络端口115包括一个蓝牙端口，以与也具有蓝牙端口的外部设备进行数据的交流。
在本发明的另一个实施方式中，网络端口115还包括一个以太网端口。
在本发明的又一个实施方式中，网络端口115还包括一个USBOTG(Universal Serial Bus On-the-Go：通用串行总线即插即用)端口。
USB OTG端口除了传统的USB功能之外，还可以使红外热像仪本身配置成主机，直接连接并控制其他USB设备。换句话说，可以在彻底脱离计算机的情况下实现红外热像仪和其他各种数字设备间的直接连接和数据传送。
因此，根据本发明的该红外热像仪可以直接外接USB接口的打印机，在工作现场打印红外分析图纸。可以外接USB接口的鼠标，与VGA显示的高分辨率液晶屏配合对红外热像仪进行操作。甚至可以外接USB存储盘、移动硬盘等，实现存储容量的扩展。
而且，根据本发明的红外热像仪集成的USB OTG端口可以通过添加相应的驱动程序连接各种外部USB设备，从而具有非常大的扩展性。
目前红外热像仪大多还在使用传统金属和塑胶材料作为结构件的主要材质。然而，在本发明的红外热像仪中在结构件方面采用了先进的镁铝合金材料。这种材料具有刚度大、重量轻、导热性好的特点，使得红外热像仪坚固耐用、轻便，并具有很好的电磁屏蔽性能，能够更好地适应复杂的使用环境。
总之，本发明提供了一种新型的红外热像仪，其将多种先进技术和功能集成于一身，从而具备了体积较小、重量较轻、操作较简单、功能较多、扩展性较好等优点。
图3示出了根据本发明的红外热像仪的透视图，其中图3A为右视图，图3B为后视图，图3C为左视图。
其中，图3A中示出了USB OTG端口301和OLED目镜303；图3B中示出了蓝牙端口305、自动语音识别系统307、和VGA显示的触摸屏309(其也充当显示屏)；图3C中示出了大容量SD存储卡的放置位置311。
本领域的技术人员从图3中可以明显地看出，根据本发明的红外热像仪将多种功能集成于一身。换句话说，在本发明中，将多种先进技术和功能集成于单个红外热像仪，从而实现了体积较小、重量较轻、操作较简单、功能较多、扩展性较好等优点。
在对实施方式的描述中，以概图或框图的形式示出了该红外热像仪所包括的部件，以避免不必要的细节使本发明变得难以理解。
不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其它改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。
Claims (10)
1.一种红外热像仪，包括：
光学系统，用于接收被测物体的红外辐射；
红外探测器，用于将所述光学系统接收的红外辐射转换成电信号；以及
信号处理和系统控制设备，用于将所述红外探测器生成的电信号转换成红外视频图像。
2.根据权利要求1所述的红外热像仪，其中该信号处理和系统控制设备将所述视频图像处理成视频图形阵列制式。
3.根据权利要求2所述的红外热像仪，其中该信号处理和系统控制设备还包括一个视频转换模块，用于将所述视频图形阵列制式转换成逐行倒相制式或国家电视委员会制式。
4.根据权利要求1所述的红外热像仪，其中该红外热像仪还包括输入设备，用于输入命令和/或相应数据，以及其中所述输入设备包括一个触摸屏。
5.根据权利要求4所述的红外热像仪，其中该红外热像仪还包括输出设备，用于输出红外图像和/或相应数据，以及其中所述触摸屏还充当作为所述输出设备的显示屏。
6.根据权利要求1所述的红外热像仪，其中该红外热像仪还包括输出设备，用于输出红外图像和/或相应数据，以及其中所述输出设备包括一个有机发光显示器目镜。
7.根据权利要求1所述的红外热像仪，其中该红外热像仪还包括输入设备，用于输入命令和/或相应数据，以及其中所述输入设备包括一个自动语音识别系统。
8.根据权利要求1所述的红外热像仪，其中该红外热像仪还包括存储设备，用于存储红外图像和/或相应数据，以及其中所述存储设备包括安全数字卡。
9.根据权利要求1所述的红外热像仪，其中该红外热像仪还包括网络端口，用于与外部设备通信，以及其中所述网络端口包括一个蓝牙端口。
10.根据权利要求1所述的红外热像仪，其中该红外热像仪还包括网络端口，用于与外部设备通信，以及其中所述网络端口包括一个USB OTG端口。
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Owner name: WUHAN GAODE INFRARED TECHNOLOGY CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: HUANG LI Effective date: 20071123 |
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| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20071123 Address after: 430070 Hubei Province, Wuhan city Hongshan District Luoyu Road No. 546 Applicant after: Wuhan high tech Infrared Technology Co., Ltd. Address before: 430070 No. 26 Bookstore Road, Hongshan District, Hubei, Wuhan Applicant before: Huang Li |
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