CN204461611U - 双色红外成像系统 - Google Patents

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曹春香
倪希亮
杨习荣
方俊永
种明
苏艳梅
徐敏
许允飞
刘迪
汪梦雅
袁中强
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Institute of Remote Sensing and Digital Earth of CAS
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曹春香
倪希亮
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Abstract

本实用新型公开了一种双色红外成像系统，包括壳体、双波段红外镜头和微杜瓦组件；微杜瓦组件包括量子阱红外探测器、微杜瓦、A/D转换电路、FPGA、量子阱驱动电路、控制器和通讯接口；量子阱红外探测器设置于微杜瓦内，用于接收透过双波段红外镜头的红外线，并把光信号转换为电信号。本双色红外成像系统能接收双波段红外镜头所透射的双波段红外线，并通过微杜瓦组件形成双色图像，在目标温度反演过程中，根据双波段各自温度响应曲线可以分别反演出目标物不同波段内的温度值，并计算两个温度值之比，确定目标物在两个波段内的发射率之比，进而高精度的获取目标物实际温度，克服了单一波段在形成图像中，目标物温度准确度不高的技术问题。

Description

双色红外成像系统
技术领域
本实用新型涉及一种红外成像设备，尤其涉及一种双色红外成像系统。
背景技术
由于红外遥感能通过红外摄像机探测远距离的植被等地面作物所反射或辐射红外特性差异的信息，确定地面物体性质、状态和变化规律等数据，因此，在农业监测和地震后的抗震救灾中发挥着重要的作用。但目前的红外摄像机仅能对单一波段进行成像，在所形成的图像中，温度的准确度不高。
实用新型内容
本实用新型目的是提供一种双色红外成像系统，其能够对中波和热红外进行成像，并能高精度地反演目标的温度。
本实用新型解决技术问题采用如下技术方案：一种双色红外成像系统，其包括壳体、双波段红外镜头和微杜瓦组件；
所述壳体的一个侧壁上开设有第一开口，所述双波段红外镜头固定于所述壳体上，并位于所述第一开口内；
所述微杜瓦组件设置于所述壳体内，且所述微杜瓦组件包括量子阱红外探测器、微杜瓦、A/D转换电路、FPGA、量子阱驱动电路、控制器和通讯接口；
所述量子阱红外探测器设置于所述微杜瓦内，用于接收透过所述双波段红外镜头的红外线，并输出模拟温度信号；
所述A/D转换电路信号连接于所述量子阱红外探测器，用于将所述模拟温度信号转换为数字温度信号；
所述量子阱驱动电路连接至所述量子阱红外探测器；
所述FPGA信号连接于所述A/D转换电路和量子阱驱动电路，用于接收所述A/D转换电路所产生的数字温度信号，以及控制所述量子阱驱动电路驱动所述量子阱红外探测器，并使所述量子阱红外探测器处于工作状态；
所述控制器与所述FPGA信号连接，所述FPGA将其接收的数字温度信号传输至所述控制器，所述控制器对所述数字温度信号进行处理；
所述通讯接口与所述控制器信号连接。
可选的，所述壳体呈长方体状，所述第一开口位于所述壳体长度方向的一个侧壁上，所述双波段红外镜头的轴线与壳体的长度方向平行。
可选的，所述控制器为DSP。
可选的，所述微杜瓦组件还包括制冷机，所述制冷机固定于所述微杜瓦上。
可选的，所述壳体的顶壁开设有第二开口，所述通讯接口从所述第二开口伸出，并位于所述壳体外部。
可选的，所述通讯接口为RS485接口。
本实用新型具有如下有益效果：本实用新型的双色红外成像系统能接收双波段红外镜头所透射的3.5um-5.5um以及7-9.5um的红外线，并把光信号转换为相应的电信号，形成双色图像，在目标温度反演过程中，根据双波段各自温度响应曲线可以分别反演出目标物不同波段内的温度值，并计算两个温度值之比，确定目标物在两个波段内的发射率之比，进而高精度的获取目标物实际温度，克服了单一波段在形成图像中，目标物温度的准确度不高的技术问题。
附图说明
图1为本实用新型的双色红外成像系统的结构示意图；
图2为本实用新型的双色红外成像系统的结构示意图(去除壳体的顶壁)；
图3为本实用新型的微杜瓦组件的电路结构示意图；
图中标记示意为：1-壳体；2-双波段红外镜头；3-微杜瓦组件；31-量子阱红外探测器；32-微杜瓦；33-A/D转换电路；34-FPGA；35-量子阱驱动电路；36-控制器；37-通讯接口；38-制冷机。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本实用新型的技术方案作进一步阐述。
实施例1
本实施例提供了一种双色红外成像系统，其包括壳体1、双波段红外镜头2和微杜瓦组件3；
所述壳体1呈长方体状，在所述壳体1长度方向的一个侧壁上开设有第一开口，所述双波段红外镜头2设置于所述第一开口内，并固定于所述壳体1上；所述双波段红外镜头2的轴线与所述壳体1的长度方向平行；
所述微杜瓦组件3固定于所述壳体1内，所述微杜瓦组件包括量子阱红外探测器31(QWIP量子阱FPA芯片)、微杜瓦32、A/D转换电路33、FPGA34、量子阱驱动电路35、控制器36和通讯接口37，其中所述控制器36可以为DSP。
所述量子阱红外探测器31固定于所述微杜瓦32内，所述微杜瓦32的窗口朝向所述双波段红外镜头2，以使得透过所述双波段红外镜头2的红外线能通过所述微杜瓦32的窗口到达量子阱红外探测器31，所述的制冷机38与微杜瓦32相连，为所述量子阱红外探测器31提供工作需要的低温真空环境。本实施例中，所述量子阱红外探测器31可以固定于所述微杜瓦32的中部，以使得所述量子阱红外探测器31位于微杜瓦32内的低温环境，从而提高所述量子阱红外探测器31的精度；本实施例中，优选地，所述量子阱红外探测器31能接收所述双波段红外镜头2所透射的所有红外线，并生成模拟温度信号。
所述量子阱红外探测器31与所述A/D转换电路33连接，以通过所述A/D转换电路33将所述量子阱红外探测器31所生成的模拟温度信号转变为数字温度信号。
所述FPGA34与所述A/D转换电路33和量子阱驱动电路35信号连接，用于接收所述A/D转换电路33所产生的数字温度信号，并控制所述量子阱驱动电路35驱动所述量子阱红外探测器31，使所述量子阱红外探测器31处于工作状态；此时，所述量子阱驱动电路35连接于所述量子阱红外探测器31。
所述控制器36信号连接于所述FPGA34，所述FPGA34将其接收的数字温度信号传输至所述控制器36，所述控制器36对所述信号进行处理，可以得到目标物温度对应的灰度图像。此图像大小为128×128。
所述通讯接口37与所述控制器36信号连接，以在所述通讯接口37信号连接至电脑时，所述电脑能读取所述控制器36处理后的数据，并在所述电脑上显示；优选地，所述通讯接口37为RS485接口，以使得所述控制器36处理后的信号能传输较远的距离。
本实施例中，为使得所述微杜瓦32的工作温度稳定，所述微杜瓦组件3还包括制冷机38，所述制冷机38固定于所述微杜瓦2上；优选地，所述制冷机38可以为散热翅片或者半导体制冷器；所述散热翅片上还可以设置风扇，以提高所述散热翅片的散热效果。
本实施例中，所述量子阱红外探测器31应位于所述双波段红外镜头2的焦平面上，此时，为方便所述双色红外成像系统的调试，所述量子阱红外探测器31与所述双波段红外镜头2之间的距离应该是可调的；更进一步，为实现对所述量子阱红外探测器31的位置的调整，本实施例中，所述壳体1内设置有导轨，所述导轨沿所述壳体1的长度方向，所述微杜瓦组件3可滑动地设置于所述导轨上；当然，也可以通过调整双波段红外镜头2的位置实现所述量子阱红外探测器31和双波段红外镜头2之间的距离的调整，此时，所述壳体1的第一开口为螺纹孔，所述双波段红外镜头2的外壁上设置有与所述螺纹孔配合的外螺纹，所述双波段红外镜头2通过螺纹配合固定于所述第一开口内，当旋转所述双波段红外镜头2时，即可以实现所述双波段红外镜头2位置的调整。
本实施例中，所述双波段红外镜头2的整体指标：焦距为50mm；光圈F数为2.0；其波段范围为3.5um-5.5um；7-9.5um；其成像视场为21.74°，成像范围为19.2mm；其对3.5-5.5um以及7-9.5um的透过率为大于85％；其直径为70mm；并采用手动对焦模式，对焦距离为2m至无穷远。
本实施例中，为方便将所述双色红外成像系统的通讯接口37连接其他设备，所述壳体1的高度方向的一个侧壁，即所述壳体1的顶壁上开设有第二开口，所述通讯接口37从所述第二开口伸出，并位于所述壳体1的外部。
本实用新型的双色红外成像系统由于双色图像同时获得，使得系统参数一致，获取的数据无时间和位置差，易于后期图像定标、纠正和融合；而且通过一个双波段红外镜头与所述量子阱红外探测器组成单光学系统可以减小整个系统体积和重量，并使得系统功耗减小。
以上实施例的先后顺序仅为便于描述，不代表实施例的优劣。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种双色红外成像系统，其特征在于，包括壳体(1)、双波段红外镜头(2)和微杜瓦组件(3)；
所述壳体(1)的一个侧壁上开设有第一开口，所述双波段红外镜头(2)固定于所述壳体(1)上，并位于所述第一开口内；
所述微杜瓦组件(3)设置于所述壳体(1)内，且所述微杜瓦组件(3)包括量子阱红外探测器(31)、微杜瓦(32)、A/D转换电路(33)、FPGA(34)、量子阱驱动电路(35)、控制器(36)和通讯接口(37)；
所述量子阱红外探测器(31)设置于所述微杜瓦(32)内，用于接收透过所述双波段红外镜头(2)的红外线，并输出模拟温度信号；
所述A/D转换电路(33)信号连接于所述量子阱红外探测器(31)，用于将所述模拟温度信号转换为数字温度信号；
所述量子阱驱动电路(35)连接至所述量子阱红外探测器(31)；
所述FPGA(34)信号连接于所述A/D转换电路(33)和量子阱驱动电路(35)，用于接收所述A/D转换电路(33)所产生的数字温度信号，以及控制所述量子阱驱动电路(35)驱动所述量子阱红外探测器(31)，并使所述量子阱红外探测器(31)处于工作状态；
所述控制器(36)与所述FPGA(34)信号连接，所述FPGA(34)将其接收的数字温度信号传输至所述控制器(36)，所述控制器(36)对所述数字温度信号进行处理；
所述通讯接口(37)与所述控制器(36)信号连接。
2.根据权利要求1所述的双色红外成像系统，其特征在于，所述壳体(1)呈长方体状，所述第一开口位于所述壳体(1)长度方向的一个侧壁上，所述双波段红外镜头(2)的轴线与壳体(1)的长度方向平行。
3.根据权利要求2所述的双色红外成像系统，其特征在于，所述控制器(36)为DSP。
4.根据权利要求3所述的双色红外成像系统，其特征在于，所述微杜瓦组件(3)还包括制冷机(38)，所述制冷机(38)固定于所述微杜瓦(32)上。
5.根据权利要求4所述的双色红外成像系统，其特征在于，所述壳体(1)的顶壁开设有第二开口，所述通讯接口(37)从所述第二开口伸出，并位于所述壳体(1)外部。
6.根据权利要求5所述的双色红外成像系统，其特征在于，所述通讯接口(37)为RS485接口。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN107725669A (zh) * 2017-09-01 2018-02-23 烟台艾睿光电科技有限公司 一种成像系统及其高精度减振结构
CN117268563A (zh) * 2023-10-07 2023-12-22 北京航空航天大学 一种基于黑体辐射的辐射出射度与灰度关系曲线测量方法

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