CN103528693A - 一种便携式红外热像仪 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种便携式红外热像仪，包括：外壳；红外光学镜头组件，安装在外壳上；红外探测器，安装在所述外壳上，并且接收经过了红外光学镜头组件的红外辐射并产生电信号；机芯组件，安装在所述外壳上，并且电连接到红外探测器，用于接收红外探测器的电信号并生成红外图像；LCD触摸屏，可拆卸地安装在外壳上，并且与机芯组件电连接，用于控制机芯组件和/或显示红外图像。本发明实施例的便携式红外热像仪中，可通过不同的硬件组合方案而应用于不同环境，实现了一机多用；可以通过LCD触摸屏实现丰富的扩展功能，方便了操作。

Description

一种便携式红外热像仪

技术领域

本发明涉及红外成像技术领域，尤其是涉及一种便携式红外热像仪。

 

背景技术

红外热成像技术是一种通过使用红外成像测量仪“查看”或“测量”物体辐射热能的技术。红外线因波长过长，无法被人眼感知。然而，在红外世界中，只要物体的温度在绝对零度以上就会向外辐射热量。因此，我们可以通过探测其热度来进行成像。

红外成像技术具有环境适应能力强，在夜间和恶劣天气下工作良好；隐蔽性好，抗干扰能力强；可识别可见光无法识别的伪装目标；红外成像系统的体积小、重量轻、功耗低、可靠性高，可应用于精确制导武器等优点，在军事和民用领域都有着巨大的应用前景。

红外探测器是红外热成像系统中最核心的部分，根据原理分为制冷型和非制冷型。以制冷型红外探测器为核心的热成像仪存在诸如成本高、功耗大、系统庞大、结构复杂、携带不便、集成度差、可靠性差以及成品率低等不足，从而无法大规模的在军用和民用方面得到发展。

近年来，国内外都将研究重点放在了非制冷型红外成像技术领域，非制冷型红外热像仪相对于制冷型具有造价低、功耗小、性能可靠以及易于操作等突出的优点，因此非制冷型红外热成像技术成为主流的研究方向。但由于非制冷红外热成像仪整体的性能很大程度上受限于其核心探测器件，即所采用的焦平面阵列，而受到国外的技术封锁以及自身工艺的限制，我国自主研发的非制冷红外焦平面普遍存在着响应线性度差、焦平面均匀性差等问题，加之器件性能不稳定，如果外围电路设计不当将直接导致成像噪声大、画面质量低、抗干扰能力差、探测温度范围窄等致命问题。

现有的红外热像仪通常成像方式单一，图像处理方法简单，功能单调，因而造成应用范围狭小。

 

发明内容

本发明的目的之一是提供一种体积小、扩展功能丰富的便携式红外热像仪。

本发明公开的技术方案包括：

提供了一种便携式红外热像仪，其特征在于，包括：外壳；红外光学镜头组件，所述红外光学镜头组件安装在所述外壳上；红外探测器，所述红外探测器安装在所述外壳上，并且接收经过了所述红外光学镜头组件的红外辐射并产生电信号，所述红外光学镜头组件通过夹具连接到所述红外探测器，所述夹具中包括快门组件；机芯组件，所述机芯组件安装在所述外壳上，并且电连接到所述红外探测器，用于接收所述红外探测器的电信号并且根据所述电信号生成红外图像；LCD触摸屏，所述LCD触摸屏可拆卸地安装在所述外壳上，并且与所述机芯组件电连接，用于控制所述机芯组件和/或显示所述红外图像。

本发明的一个实施例中，所述红外光学镜头组件包括电机，所述电机驱动所述红外光学镜头组件中的元件以调节所述红外光学镜头组件的焦距和/或光圈。

本发明的一个实施例中，所述快门组件包括快门和步进电机，所述步进电机驱动所述快门组件中的快门运动。

本发明的一个实施例中，还包括数据通信接口，所述数据通信接口与所述机芯组件电连接，用于所述便携式红外热像仪与外部设备进行数据通信。

本发明的一个实施例中，所述LCD触摸屏通过柔性扁平电缆与所述机芯组件电连接。

本发明的一个实施例中，所述机芯组件包括：电源模块，所述电源模块用于为其他模块提供电源；探测器驱动及A/D转换模块，所述探测器驱动及A/D模块用于驱动所述红外探测器并且对所述红外探测器输出的电信号进行A/D转换；第一信号处理模块，所述第一信号处理模块对由所述探测器驱动及A/D转换模块进行A/D转换后的信号进行处理并生成红外图像；第二信号处理模块，所述第二信号处理模块用于对所述红外图像进行处理；其中所述第二信号处理模块包括启用切换开关，所述启用切换开关能够使所述第二信号处理模块在启用状态和禁用状态之间切换；其中所述第二信号处理模块包括网络接口。

本发明的一个实施例中，所述LCD触摸屏电连接到所述第一信号处理模块。

本发明的一个实施例中，所述第一信号处理模块包括触摸屏控制模块，所述触摸屏控制模块用于控制在所述LCD触摸屏上显示控制菜单并且接收用户的控制输入，并将所述控制输入发送到所述第一信号处理模块。

本发明的一个实施例中，所述触摸屏控制模块还用于控制在所述LCD触摸屏上显示所述红外图像。

本发明的一个实施例中，所述外壳底部设有连接孔。

本发明实施例的便携式红外热像仪中，可通过不同的硬件组合方案而应用于不同环境，实现了一机多用；可以通过LCD触摸屏实现丰富的扩展功能，方便了操作；第一信号处理模块+第二信号处理模块分别进行不同的图像处理，保证了图像清晰稳定；并且结构设计方便了不同应用环境下的携带与固定。

 

附图说明

图1是本发明一个实施例的便携式红外热像仪的结构示意图。

图2是本发明一个实施例的机芯组件的框图示意图。

图3是本发明一个实施例的第一信号处理模块和第二信号处理模块的框图示意图。

图4是本发明一个实施例的控制菜单的示意图。

 

具体实施方式

下面将结合附图对本发明实施例的便携式红外热像仪进行详细说明。

如图1所示，本发明的一种实施例中，一种便携式红外热像仪包括外壳1、红外光学镜头组件2、红外探测器3、机芯组件5和LCD触摸屏6。

红外光学镜头组件2安装在外壳1上。红外探测器3安装在外壳1上，并且接收经过了红外光学镜头组件2的红外辐射并产生电信号，红外光学镜头组件2通过夹具7连接到红外探测器3。夹具7中包括快门组件70。

机芯组件5安装在外壳1上，并且电连接到红外探测器3，用于接收红外探测器的电信号并且根据电信号生成红外图像。例如，一个实施例中，机芯组件5可以通过探测器底座8连接到红外探测器3。

LCD触摸屏6安装在外壳上，并且与机芯组件5电连接，用于控制机芯组件和/或显示红外图像。

一个实施例中，红外光学镜头组件2可以还包括电机（图中未示出），该电机驱动红外光学镜头组件2中的其他元件以调节红外光学镜头组件2的焦距和/或光圈。

一个实施例中，前述的快门组件7包括快门和步进电机（图中未示出），该步进电机驱动快门组件中的快门运动。

一个实施例中，外壳上还可以设有数据通信接口，例如BNC接口，该数据通信接口与机芯组件5电连接，用于该便携式红外热像仪与外部设备进行数据通信。

一个实施例中，LCD触摸屏6通过柔性扁平电缆9与机芯组件5电连接。该柔性扁平电缆9例如可以是0.5mm间距的FPC（柔性电路板）。

一个实施例中，机芯组件5可以包括电源模块53、探测器驱动及A/D转换模块50、第一信号处理模块51和第二信号处理模块52。

电源模块53用于为其他模块提供电源，例如，提供高精度低噪声电压。

探测器驱动及A/D模块50用于驱动红外探测器3并且对红外探测器3输出的电信号进行A/D转换。

第一信号处理模块51对由探测器驱动及A/D转换模块50进行A/D转换后的信号进行处理并生成红外图像。

第二信号处理模块52用于对红外图像进行进一步的处理。

一个实施例中，机芯组件5的框图示意图如图2所示，第一信号处理模块51和第二信号处理模块52的框图示意图如图3所示。

图2和图3所示的实施例中，第一信号处理模块51由FPGA实现，第二信号处理模块由DSP实现。

一个实施例中，第二信号处理模块52可以包括启用切换开关（图中未示出），该启用切换开关能够使该第二信号处理模块52在启用状态和禁用状态之间切换。也就是说，通过该启用切换开关可以启用第二信号处理模块52的功能或者禁用第二信号处理模块52的功能。其中，该启用切换开关可以是物理存在的开关，也可以是状态可以翻转的信号。

本发明的实施例中，第二信号处理模块还包括网络接口。该网络接口可以接收外部的针对该便携式红外热像仪的控制信号。也就是说，能够通过该网络接口控制该便携式红外热像仪工作。

本发明的实施例中，机芯组件5的各个模块（例如，电源模块53、探测器驱动及A/D转换模块50、第一信号处理模块51和第二信号处理模块52）之间可以用镀金排针相连，从而在信号高质量传输的同时还起到了固定的作用，保证了热成像仪在不同环境中稳定工作。排针对称分布于PCB两端，方便接插且实用美观。

一个实施例中，LCD触摸屏6可以是电连接到第一信号处理模块51。

一个实施例中，第一信号处理模块51还包括触摸屏控制模块，该触摸屏控制模块用于控制在LCD触摸屏6上显示控制菜单并且接收用户的控制输入，并将接收的控制输入发送到第一信号处理模块51。

一个实施例中，LCD触摸屏6上的控制菜单可以如图4所示。图4的实施例中，控制菜单的选项可以包括文件、设置、图像、测温、电机等等。其中，文件选项包括打开、关闭、浏览、保存；设置选项包括热像仪开关、数据采集开关、视频压缩、探测器控制、功率控制；图像选项包括非均匀性校正、图像增强、伪彩色、缩放；测温选项包括测温范围、误差校正；电机选项包括快门控制、焦距控制。每个选项均对应该便携式红外热像仪的特定功能。当用户在触摸屏上选择某个选项时，用户的输入被接收并转换成输入信号，该输入信号被发送到第一信号处理模块51，然后控制该便携式红外热像仪执行相应的功能。

一个实施例中，触摸屏控制模块还用于控制在LCD触摸屏6上显示红外图像。

一个实施例中，外壳1的底部可以设有连接孔10，该连接孔10用于将本发明实施例的便携式红外热像仪固定于三脚架或其他固定装置上。

一个实施例中，外壳1上还可以设有SD卡插槽12，用于供SD卡插入。

下面简要描述本发明实施例中的便携式红外热像仪的工作过程。

该便携式红外热成像仪工作时：

1. 红外光学镜头组件2对焦于目标物体上，接收来自目标物体的红外辐射，然后将该热能量汇聚于红外探测器3的焦平面阵列上；

2. 红外探测器3的焦平面阵列感应红外辐射并通过内部读出电路将该红外热信号转换为模拟电信号；

3. 探测器底座8通过相关引脚将该模拟电信号输出至探测器驱动及A/D模块50进行精确的A/D转换；

4. 转换后的数字信号通过板间镀金排针以较小的失真送入第一信号处理模块51，此时第一信号处理模块51对转换成数字信号的红外热图像进行相应的图像处理，包括剔除坏点、一点校正、两点校正、自适应拉伸、图像放大、图像增强等，处理后的数据依据具体协议转换成支持在不同的硬件接口间传输的BT.656格式和兼容LCD触摸屏的格式。10路BT.656格式视频信号经过专用视频编码芯片转换成NTSC/PAL制式视频，以方便在不同的终端上显示；50路嵌入菜单信息的LCD相关信号通过0.5mm间距柔性扁平电缆9输出至LCD触摸屏6，以完成实时显示与实时控制。

5. 10路BT.656格式视频信号通过板间镀金排针送入第二信号处理模块52，进行更为复杂的算法处理、H.264视频压缩、SD存储以及网络接口传输与通信等。第二信号处理模块52将处理后的10路信号返回第一信号处理模块52进行相关显示。此外，第二信号处理模块52也单独包含控制菜单，通过网络接口通信以便于在可操控终端对设备进行控制；通过相应算对电机发出相关命令控制镜头进行自动调焦。

特别的，本发明的实施例中，考虑到便携式热成像仪的适应性与灵活性，可以采用不同的硬件组合方式，用户可以根据具体应用环境选择适当的组合：

1. 作为简单成像仪器，该便携式红外热像仪可以不包含第二信号处理模块和LCD触摸屏；

2. 作为手持式热像仪，该便携式红外热像仪可以不包含同轴线缆视频输出模块，而由LCD做相关控制，同时根据具体需求确定是否需要第二信号处理模块进行复杂处理和存储；

3. 作为包含可操控终端的监视仪，该便携式红外热像仪可以不包含LCD触摸屏6，所有控制均通过网络接口通信在终端完成。

本发明实施例的便携式红外热像仪中，可通过不同的硬件组合方案而应用于不同环境，实现了一机多用；可以通过LCD触摸屏实现丰富的扩展功能，方便了操作；第一信号处理模块+第二信号处理模块分别进行不同的图像处理，保证了图像清晰稳定；并且结构设计方便了不同应用环境下的携带与固定。

以上通过具体的实施例对本发明进行了说明，但本发明并不限于这些具体的实施例。本领域技术人员应该明白，还可以对本发明做各种修改、等同替换、变化等等，这些变换只要未背离本发明的精神，都应在本发明的保护范围之内。此外，以上多处所述的“一个实施例”表示不同的实施例，当然也可以将其全部或部分结合在一个实施例中。

Claims (10)

1.一种便携式红外热像仪，其特征在于，包括：

外壳；

红外光学镜头组件，所述红外光学镜头组件安装在所述外壳上；

红外探测器，所述红外探测器安装在所述外壳上，并且接收经过了所述红外光学镜头组件的红外辐射并产生电信号，所述红外光学镜头组件通过夹具连接到所述红外探测器，所述夹具中包括快门组件；

机芯组件，所述机芯组件安装在所述外壳上，并且电连接到所述红外探测器，用于接收所述红外探测器的电信号并且根据所述电信号生成红外图像；

LCD触摸屏，所述LCD触摸屏可拆卸地安装在所述外壳上，并且与所述机芯组件电连接，用于控制所述机芯组件和/或显示所述红外图像。

2.如权利要求1所述的便携式红外热像仪，其特征在于：所述红外光学镜头组件包括电机，所述电机驱动所述红外光学镜头组件中的元件以调节所述红外光学镜头组件的焦距和/或光圈。

3.如权利要求1所述的便携式红外热像仪，其特征在于：所述快门组件包括快门和步进电机，所述步进电机驱动所述快门组件中的快门运动。

4.如权利要求1所述的便携式红外热像仪，其特征在于：还包括数据通信接口，所述数据通信接口与所述机芯组件电连接，用于所述便携式红外热像仪与外部设备进行数据通信。

5.如权利要求1所述的便携式红外热像仪，其特征在于：所述LCD触摸屏通过柔性扁平电缆与所述机芯组件电连接。

6.如权利要求1所述的便携式红外热像仪，其特征在于，所述机芯组件包括：

电源模块，所述电源模块用于为其他模块提供电源；

探测器驱动及A/D转换模块，所述探测器驱动及A/D模块用于驱动所述红外探测器并且对所述红外探测器输出的电信号进行A/D转换；

第一信号处理模块，所述第一信号处理模块对由所述探测器驱动及A/D转换模块进行A/D转换后的信号进行处理并生成红外图像；

第二信号处理模块，所述第二信号处理模块用于对所述红外图像进行处理；

其中所述第二信号处理模块包括启用切换开关，所述启用切换开关能够使所述第二信号处理模块在启用状态和禁用状态之间切换；

其中所述第二信号处理模块包括网络接口。

7.如权利要求6所述的便携式红外热像仪，其特征在于：所述LCD触摸屏电连接到所述第一信号处理模块。

8.如权利要求7所述的便携式红外热像仪，其特征在于：所述第一信号处理模块包括触摸屏控制模块，所述触摸屏控制模块用于控制在所述LCD触摸屏上显示控制菜单并且接收用户的控制输入，并将所述控制输入发送到所述第一信号处理模块。

9.如权利要求8所述的便携式红外热像仪，其特征在于：所述触摸屏控制模块还用于控制在所述LCD触摸屏上显示所述红外图像。

10.如权利要求1所述的便携式红外热像仪，其特征在于：所述外壳底部设有连接孔。

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