CN208187553U - 一种具有测温功能的红外热成像相机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有测温功能的红外热成像相机。所述红外热成像相机包括：镜头(1)，其具有一个或更多个镜片；红外图像传感器(3)；以及衰减装置(2)，其包括第一衰减片、第二衰减片和驱动单元，所述第一衰减片和第二衰减片具有彼此不同的衰减系数，所述驱动单元驱动所述第一衰减片和第二衰减片，使得所述第一衰减片和/或第二衰减片切入或切出所述镜头与所述红外图像传感器之间的光路，或者使得所述第一衰减片和/或第二衰减片切入或切出所述镜头的两个镜片之间的光路。本实用新型的红外热成像相机，能够扩展测温范围，测量多挡温度的红外相机，并且可以防止被太阳灼伤。

Description

一种具有测温功能的红外热成像相机

技术领域

本实用新型涉及红外成像技术领域，特别是涉及一种具有测温功能的红外热成像相机的红外热成像相机。

背景技术

红外热成像相机由于图像传感器的特性，需要在使用中进行成像非均匀性校正(NUC)，在图像传感器前阻隔来自镜头的成像信息，将其余热辐射不均匀信号进行采集存储，然后在正常成像中，作为背景数据进行去除，以得到不受相机内部热量干扰的成像画面。Flir公开的专利CN205175557U提出了一种红外成像系统，在镜头外部设置快门组件，以用来校正红外图像传感器数据的非均匀性(NUC)。但快门组件仅仅用于非均匀性校正。

另外，太阳(或者其他远超测温范围上限的其他物体或部位)温度特别高，其在图像传感器上的成像会累积特别高的温度，灼伤传感器像元，导致图像传感器永久性的损坏。可见光镜头中，通常会有一个直径可变的光阑，起到拦截光线，控制到达图像传感器能量，实现对不同亮度物体成像。原理上来讲，直径可变的光阑是一个能量衰减装置，扩展了可见光相机的感光范围。在热成像相机中，尤其是测温类产品，由于光阑孔径不能精确控制，衰减系数也就不能精确得知，从而影响最终的测温精度。因此，红外领域通用的做法是切入切出一个衰减系数已知的衰减装置(小孔或者均匀衰减片)，只能实现一挡温度的扩展，而对于几千度高温的太阳，仍有大量的能量到达传感器上，造成探测器的灼伤，因而不能用来对于太阳的防护。

因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的上述缺陷中的至少一个。

实用新型内容

本实用新型实施例在于提供一种红外热成像相机来克服或至少减轻现有技术的上述缺陷中的至少一个。

本实用新型实施例提供一种具有测温功能的红外热成像相机，所述红外热成像相机包括：

镜头，其具有一个或更多个镜片；

红外图像传感器；以及

衰减装置，其包括第一衰减片和第二衰减片，所述第一衰减片和第二衰减片具有彼此不同的透过率，所述第一衰减片的透过率大于所述第二衰减片的透过率，所述第一衰减片和第二衰减片各自具有切入位置和切出位置，以切入或切出所述镜头与所述红外图像传感器之间的光路，或者切入或切出所述镜头的两个镜片之间的光路。

优选地，所述第一衰减片的透过率设置在3％-30％的范围内，所述第二衰减片的透过率设置在0-15％的范围内且大于0。

优选地，所述第一衰减片的透过率设置为8％的范围内，所述第二衰减片的透过率设置为3％。

优选地，所述第一衰减片、第二衰减片为麦拉片、塑料片，或者带有透过率膜层的红外玻璃片或晶体材料片，且所述第一衰减片和第二衰减片各自的厚度不超过1毫米。

优选地，所述衰减装置设置于所述镜头的内部，或者所述衰减装置设置于所述镜头与所述红外图像传感器之间。

优选地，所述红外热成像相机还包括控制电路和驱动单元，所述控制电路和所述驱动单元信号连接，所述驱动单元驱动所述第一衰减片和第二衰减片在切入位置和切出位置之间运动。

优选地，所述第一衰减片、第二衰减片分别由一个驱动单元驱动，所述驱动单元是电磁阀、霍尔器件、舵机或步进电机。

优选地，所述红外热成像相机包括测温范围选择单元，所述测温范围选择单元用于有用户选择测温范围，所述测温范围选择单元和所述控制电路信号连接，所述控制电路根据测温范围选择单元设定的测温范围来控制驱动单元，使得所述第一衰减片和第二衰减片处于与设定的测温范围相对应的切入或切出状态。

优选地，所述红外热成像相机具有三个可选的测温范围：

正常测温范围对应于第一衰减片和第二衰减片都不切入；

第一扩展测温范围对应于切入第一衰减片且移出第二衰减片；

第二扩展测温范围对应于切入第二衰减片且移出第一衰减片。

优选地，所述正常测温范围为-20℃至150℃；所述第一扩展测温范围为 0℃至1200℃；所述第二扩展测温范围为0℃至2000℃。

本实用新型的红外热成像相机，能够扩展测温范围，测量多挡温度的红外相机，并且可以防止被太阳灼伤及进行非均匀矫正。

附图说明

图1是根据本实用新型一实施例的红外热成像相机的示意图。

图2是本实用新型的红外热成像相机的非均匀性校正策略的示意图。

图3是本实用新型的红外热成像相机的防止太阳灼伤防护策略的示意图。

图4是本实用新型的红外热成像相机在执行防止太阳灼伤防护策略时的成像情况示意图。图中的白色亮点为太阳或高温物体。

附图标记：

1	镜头	4	硬件电路板
				2	衰减装置	5	控制线
3	红外图像传感器

具体实施方式

在附图中，使用相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。

在本实用新型的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

本实用新型的红外热成像相机能够拍摄高温物体、测量高温物体温度。

所述红外热成像相机包括：镜头1、红外图像传感器3以及衰减装置2。镜头1、红外图像传感器3以及衰减装置2通常设置在同一个相机外壳内。所述红外热成像相机还能够根据需要包括数据采集电路、控制电路(例如，图1 中的硬件电路板4)、连接线(例如，图1中的控制线5)等。控制电路可以是整个红外热成像相机的控制单元，也可以是仅仅用于衰减控制的控制单元。控制线5连接硬件电路板4，将硬件电路板4的控制信号传输至衰减装置2，控制衰减装置2中的驱动单元，以驱动相应的衰减片切入或切出。

所述镜头1可以采用任何适当的结构。在一个备选实施例中，所述镜头仅仅具有一个镜片。在另一实施例中，所述镜头具有2个或更多个镜片。此外，在镜头中还可以设置光阑等器件。通常设置直径固定的光阑，但是也可以在镜头中设置直径可变的光阑。

红外图像传感器3用于获取红外图像。可以采用任何适当分辨率、尺寸与规格的红外图像传感器。

衰减装置2包括第一衰减片、第二衰减片和驱动单元。所述第一衰减片和第二衰减片具有彼此不同的衰减系数，所述驱动单元驱动所述第一衰减片和第二衰减片，使得所述第一衰减片和/或第二衰减片切入或切出所述镜头与所述红外图像传感器之间的光路，或者使得所述第一衰减片和/或第二衰减片切入或切出所述镜头的两个镜片之间的光路。

衰减装置可以采用任何适当的方式安装。在一个实施例中，衰减装置通过螺钉固定在镜头后端。在另一个实施例中，可以将两个衰减片及其驱动单元放置于一个模块中，使用螺钉固定在镜头上。镜头和相机通过螺纹接口或者镜头卡口方式与相机外壳连接。

本实用新型的红外热成像相机在图像传感器和镜头之间或者镜头内部设置两个衰减片。通过控制两个衰减片是否切入，能够实现两挡的温度扩展、非均匀校正和防灼伤等功能。也就是说，衰减装置设置于所述镜头的内部，或者所述衰减装置设置于所述镜头与所述红外图像传感器之间。衰减装置设置于所述镜头的内部具有两个含义，一方面是指，衰减装置的两个衰减片切入或切出所述镜头的两个镜片之间的光路，另一方面是指，整个衰减装置封装在镜头的外周轮廓之内。

有利的是，第一衰减片和第二衰减片具有不同的透过率。在一个实施例中，第一衰减片的透过率高于第二衰减片的透过率。但是，本实用新型并不限于此。第一衰减片和第二衰减片具有相同的透过率；以及，第一衰减片的透过率低于第二衰减片的透过率，这两种方案，也在本实用新型的保护范围之内。

在一个备选实施例中，所述第一衰减片的透过率设置在3％-30％的范围内，所述第二衰减片的透过率设置在0-15％的范围内，有利的是，第二衰减片的透过率大于零，从而，能够设置三挡测温范围。第二衰减片的透过率低于第一衰减片的透过率。优选地，第一衰减片的透过率设置在3％-15％的范围内，所述第二衰减片的透过率设置在0-10％的范围内。例如，第一衰减片的透过率设置为8％，第二衰减片的透过率设置为3％；再例如，第一衰减片的透过率设置为 10％，第二衰减片的透过率设置为5％。有利的是，第二衰减片的透过率小于等于第一衰减片的透过率的50％。

两个衰减片可以满足太阳防护要求，尤其是适用于工业测温场景。工业测温场景中不会有比太阳温度更高的物体。另外，通过调整衰减片的透过率为该实施例的数值，能够很好地保证合理的衰减范围，以很好地满足太阳防护要求，同时良好地扩展测温范围。本实用新型允许一定程度的像素饱和，最终也并不会对图像传感器造成永久损伤。

所述第一衰减片、第二衰减片为麦拉片、塑料片，或者带有特定透过率膜层的红外玻璃片或晶体材料片，且每个衰减片的厚度不超过1毫米。需要指出的是，本实用新型的衰减片并不限于该特定的材料与厚度。

在一个备选实施例中，所述衰减装置设置于镜头内部，或者所述衰减装置设置于所述镜头与所述红外图像传感器之间。

为了使得衰减片在切入和切出位置之间切换，设置有驱动单元，尤其是受控的驱动单元。在一个备选实施例中，所述第一衰减片、第二衰减片分别由一个驱动单元驱动。所述驱动单元是电磁阀、霍尔器件、舵机或步进电机。有利的是，第一衰减片和第二衰减片的驱动单元，为同样规格的驱动单元。例如，采用相同规格的步进电机。

为了防灼伤，需要采取防止太阳灼伤防护策略。具体地，当所述红外图像传感器上局部像素饱和时，判断有高温物体进入，然后实施防灼伤策略。本实用新型的防止太阳灼伤防护策略为：

步骤S21：判断是否存在图像传感器局部像素饱和，如果是，转步骤S22；否则转至步骤S27；

步骤S22：判断第一衰减片是否已经使能，如果是，转步骤S25；否则转至步骤S23；

步骤S23：使能第一衰减片并转至步骤S24；

步骤S24：判断是否存在图像传感器局部像素饱和，如果是，转步骤S25；否则转至步骤S27。

步骤S25：判断第二衰减片是否已经使能，如果是，转步骤S26；否则转至步骤S27；

步骤S26：报警；例如，发出报警信号，说明在将两片衰减片都使能之后，仍然存在图像传感器局部像素饱和。

步骤S27：使能第二衰减片2，并转至步骤S28；

步骤S28：判断是否存在图像传感器局部像素饱和，如果是，则转步骤 S26；否则转步骤S29。

步骤S29：等待高温物体移出视野(即在无防护情况下，不存在图像传感器局部像素饱和)后，结束灼伤防护。

本实用新型的红外热成像相机能够设置2挡或3挡测温范围，并由使用者选择相应的测温范围。在结构上，所述红外热成像相机包括测温范围选择单元和控制电路。使用者使用测温范围选择单元来进行温度选择。测温范围选择单元例如是触控屏上的选择按键，或者是键盘、鼠标、麦克风等输入装置；或者是硬件旋钮等。

所述控制电路根据测温范围选择单元设定的测温范围来控制驱动单元，使得所述第一衰减片和第二衰减片处于与设定的测温范围相对应的切入或切出状态。所述控制电路的具体实现形式为集成电路，例如CPU等。

例如，如果用户选择正常测温范围，比如-20℃(零下二十摄氏度)至 150℃，则无需衰减片切入。如果用户选择高温测温范围则需要控制电路发送指令通过电路驱动衰减装置切入相应的衰减片。控制电路可以是独立的芯片，也可以是前文中提到的红外热成像相机所包括的控制电路。

在本实用新型中，不同的衰减片选用情况(即使能情况)对应于不同的测温范围。具体地，

正常测温温度：第一衰减片和第二衰减片都不切入；

第一扩展温度：切入第一衰减片；

第二扩展温度：切入第二衰减片，同时移出第一衰减片。

也就是说，在测温状态下，第一衰减片和第二衰减片仅能择一地使用(当然也可不使用)，而不能同时使用，以便保留NUC控制功能和防止太阳灼伤防护功能。

优选地，正常测温范围为-20至150℃；第一扩展测温范围为0至1200℃；第二扩展测温范围为0至2000℃。尽管该三挡测温范围是优选的，但是本实用新型不限于该具体的三挡测温范围。三挡测温范围可以根据需要设置。需要指出的是，具体的测温方法并非是本实用新型的保护范围，而是可以采用任何适当的已有或新开发的方法，因此本实用新型对此不展开描述。一种可用的示例测温方法为，以图像像素点的值(例如，亮度值)来表示温度。例如，如果像素点的取值范围为0-255，测温范围为0℃-1200℃。像素点的亮度值0表示 0℃，像素点的亮度值255表示1200℃，其他亮度值以插值法确定。像素饱和或像素过饱和，是指像素点的亮度值达到取值范围的最大值(例如，255)。

为了提高测温精度，本实用新型设置有非均匀校正控制策略。非均匀校正控制策略在固定的时间或者焦面温度变化较大时实施。所述固定的时间或者焦面温度变化阈值可以根据需要设定。例如，所述固定的时间(固定周期)设置为10分钟，或者甚至几秒钟，都是可行的。根据本实用新型一实施例的非均匀校正控制策略参见图2。

非均匀校正(NUC)是指通过切入快门片(衰减片)，来校正红外图像传感器非均匀的噪声本底的技术。具体地，参见图2，本实用新型的非均匀校正控制策略包括如下步骤：

步骤S11：判断第一衰减片是否使能？如果是，转至步骤S12；否则转至步骤S15；步骤S12：将第二衰减片2使能；

步骤S13：采集本底数据；

步骤S14：将第二衰减片2移开，并转至步骤S18；

步骤S15：将第一衰减片使能；

步骤S16：采集本底数据；

步骤S17：将第一衰减片移开；

步骤S18：结束。也就是说，在将衰减装置恢复到非均匀性校正前的状态后，结束非均匀性校正。

需要指出的是，本实用新型并不限于上述的具体步骤。也就是说，在第一衰减片和第二衰减片2都未使能的情况下，将第一衰减片和第二衰减片2 中的任一个用作内置挡片来进行非均匀矫正，有利的是，在第一衰减片和第二衰减片2都未使能的情况下，将透过率较低的衰减片用作内置挡片来进行非均匀矫正。在第一衰减片和第二衰减片2中的一个使能的情况下，将另外一片衰减片用作内置挡片来进行非均匀矫正。

优选地，在第一衰减片和第二衰减片2都未使能的情况下，同时将第一衰减片和第二衰减片2用作内置挡片来进行非均匀矫正。这样，内置挡片的透过率大体上相当于第一衰减片的透过率和第二衰减片2的透过率的乘积。在第一衰减片的透过率为8％，第二衰减片2的透过率为3％的情况下，内置挡片的透过率大体上等于0.24％，非常接近0，能够很好地实现非均匀矫正。

如前所述，在正常测温情况下，不会同时使用两个衰减片。在两片衰减片都使能的情况下，通常属于有太阳等非常高温的物体进入，处于太阳灼伤防护状态，非均匀性校正功能很难实现，不再考虑，或者可以发出报警信号或提示信号。

本实用新型的红外热成像相机，能够扩展测温范围，测量多挡温度的红外相机，并且可以防止被太阳灼伤。

本专利采用两个衰减片，能够同时实现扩展测温范围、防止太阳灼伤图像传感器、红外图像的均匀性校正三个功能。

本实用新型不同于现有技术，通过阻止所有外界光线进入图像传感器防止图像传感器被灼伤，而是实现了既能防护太阳灼伤、又能看到外界物体。也就是说，现有技术是阻止所有外界光线进入图像传感器防灼伤；而本实用新型是用衰减片来衰减外界光线，以进行防灼伤。防灼伤能力略差，但具有能够看到外界物体的优点(参见图4，图4中的白色亮点为太阳或高温物体)。

本实用新型的优点在于能够防止太阳灼伤的同时不丧失主要功能，并且通过检测高温区域的存在与否，能够判断太阳是否离开，从而在太阳离开后重新恢复正常测温功能。

最后需要指出的是：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。本领域的普通技术人员应当理解：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；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 (10)

1.一种具有测温功能的红外热成像相机，其特征在于，包括：

镜头(1)，其具有一个或多个镜片；

红外图像传感器(3)；以及

衰减装置(2)，其包括第一衰减片和第二衰减片，所述第一衰减片和第二衰减片具有彼此不同的透过率，所述第一衰减片的透过率大于所述第二衰减片的透过率，所述第一衰减片和第二衰减片各自具有切入位置和切出位置，以切入或切出所述镜头与所述红外图像传感器之间的光路，或者切入或切出所述镜头的两个镜片之间的光路。

2.如权利要求1所述的具有测温功能的红外热成像相机，其特征在于，所述第一衰减片的透过率设置在3％-30％的范围内，所述第二衰减片的透过率设置在0-15％的范围内且大于0。

3.如权利要求1所述的具有测温功能的红外热成像相机，其特征在于，所述第一衰减片的透过率设置为8％的范围内，所述第二衰减片的透过率设置为3％。

4.如权利要求1所述的具有测温功能的红外热成像相机，其特征在于，所述第一衰减片、第二衰减片为麦拉片、塑料片，或者带有透过率膜层的红外玻璃片或晶体材料片，且所述第一衰减片和第二衰减片各自的厚度不超过1毫米。

5.如权利要求1所述的具有测温功能的红外热成像相机，其特征在于，所述衰减装置设置于所述镜头(1)的内部，或者所述衰减装置(2)设置于所述镜头(1)与所述红外图像传感器(3)之间。

6.如权利要求1-5中任一项所述的具有测温功能的红外热成像相机，其特征在于，所述红外热成像相机还包括控制电路和驱动单元，所述控制电路和所述驱动单元信号连接，所述驱动单元驱动所述第一衰减片和第二衰减片在切入位置和切出位置之间运动。

7.如权利要求6所述的具有测温功能的红外热成像相机，其特征在于，所述第一衰减片、第二衰减片分别由一个驱动单元驱动，所述驱动单元是电磁阀、霍尔器件、舵机或步进电机。

8.如权利要求6所述的具有测温功能的红外热成像相机，其特征在于，所述红外热成像相机包括测温范围选择单元，所述测温范围选择单元用于有用户选择测温范围，所述测温范围选择单元和所述控制电路信号连接，所述控制电路根据测温范围选择单元设定的测温范围来控制驱动单元，使得所述第一衰减片和第二衰减片处于与设定的测温范围相对应的切入或切出状态。

9.如权利要求8所述的具有测温功能的红外热成像相机，其特征在于，所述红外热成像相机具有三个可选的测温范围：

正常测温范围对应于第一衰减片和第二衰减片都不切入；

第一扩展测温范围对应于切入第一衰减片且移出第二衰减片；

第二扩展测温范围对应于切入第二衰减片且移出第一衰减片。

10.如权利要求9所述的具有测温功能的红外热成像相机，其特征在于，所述正常测温范围为-20℃～150℃；所述第一扩展测温范围为0℃～1200℃；所述第二扩展测温范围为0℃～2000℃。