单通道可见光与红外图像采集融合监测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种单通道可见光与红外图像采集融合监测系统，包括双波段前端光学镜头、分光器、可见光图像传感器和红外图像传感器；双波段前端光学镜头设置在单通道的前端，分光器设置在该双波段前端光学镜头的后方，分光器将光分为两束，其中一束光为透射的红外光束，通过红外图像传感器接收，另一束光为反射的可见光光束，通过可见光图像传感器接收；可见光图像传感器接收的可见光经采集、处理后，通过通讯传输电路发送出去；红外图像传感器接收的红外光经采集、处理后，通过通讯传输电路发送出去。本发明专利技术可实现单通道双光谱图像的高准确度实时融合。

Fusion Monitoring System of Single Channel Visible and Infrared Image Acquisition

The invention discloses a single-channel visible and infrared image acquisition and fusion monitoring system, which comprises a dual-band front-end optical lens, a splitter, a visible image sensor and an infrared image sensor; a dual-band front-end optical lens is located at the front end of a single channel, and a splitter is located behind the dual-band front-end optical lens, and the splitter divides the light into two beams, one of which is a beam. The transmitted infrared beam is received by the infrared image sensor, and the other is the reflected visible beam, which is received by the visible image sensor; the visible light received by the visible image sensor is collected and processed, and sent out through the communication transmission circuit; the infrared light received by the infrared image sensor is collected and processed, and sent out through the communication transmission circuit. The invention can realize high accuracy real-time fusion of single channel and double spectrum images.

【技术实现步骤摘要】
单通道可见光与红外图像采集融合监测系统
本专利技术涉及双光谱图像监测系统，尤其涉及一种单通道可见光与红外图像采集融合监测系统。
技术介绍
在某些工业设备状态监控领域中，需要在观察识别目标物外观的同时又能得到目标物体的温度分布信息，这种双光谱图像融合技术能够直观生动、快速准确的识别发热目标物体的整体形态及温度分布，可以显著提升目标识别及状态监测效率。目前国内外对于可见光和红外图像双光谱融合的系统都采用了两套各自独立的光学通道设计方案，双光学通道物理上不同轴，视场上必然存在偏差，使用时必须针对不同距离的目标进行配准适配。这种双光学通道系统只有目标物距离不变时时才能实现两幅图像的准确配准融合，而当相机和目标相对位置发生改变时，必须进行重新配准，现有的任何处理器都无法实现同视场运动目标不同距离的双光谱图像的实时配准融合。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于针对现有技术中传统双光路监测系统存在的双光实时配准融合的缺陷，提供一种可实现双光谱高准确度的实时融合的单通道可见光与红外图像采集融合监测系统。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种单通道可见光与红外图像采集融合监测系统，包括光采集模块和光处理模块；其中，光采集模块包括单通道、双波段前端光学镜头、分光器、可见光图像传感器和红外图像传感器；所述双波段前端光学镜头、分光器依序设置于单通道的出光口，所述可见光图像传感器和红外图像传感器设置于分光器的光路通道上，分光器将从单通道射入的光分为两束，其中一束光为透射的红外光束，通过红外图像传感器接收，另一束光为反射的可见光光束，通过可见光图像传感器接收；所述光处理模块包括可见光驱动与数据采集单元、可见光信号处理单元、红外驱动与数据采集单元和红外信号处理单元；可见光驱动与数据采集单元和可见光信号处理单元对所述可见光图像传感器接收的可见光进行采集、处理；红外驱动与数据采集单元和红外信号处理单元对所述红外图像传感器接收的红外光进行采集、处理。本专利技术所述的监测系统中，可见光信号处理单元和所述红外信号处理单元集成于同一电路板上，采用同一主频时钟信号。本专利技术所述的监测系统中，还包括反射器，设置在所述分光器与所述可见光图像传感器之间，改变所述分光器反射的可见光的光路，使可见光入射到所述可见光图像传感器的探测阵列上。本专利技术所述的监测系统中，可见光图像传感器前方还设有波段调整器。本专利技术所述的监测系统中，所述可见光图像传感器为可见光CMOS或CCD。本专利技术所述的监测系统中，所述红外图像传感器为红外UFPA探测器。本专利技术所述的监测系统中，可见光CMOS或CCD及UFPA探测器连接图像融合模块，以将采集的图像发送到图像融合模块。本专利技术所述的监测系统中，图像融合模块包括可见光图像采集单元、UFPA图像采集单元及双波段图像预处理单元，所述可见光图像采集单元和UFPA图像采集单元连接至双波段图像预处理单元，以对待融合的可见光CMOS或CCD采集的可见光图像及UFPA探测器采集的红外线图像进行预处理。本专利技术所述的监测系统中，图像融合模块还包括可见光驱动单元和UFPA驱动单元，分别连接至可见光CMOS或CCD和UFPA探测器以进行驱动。本专利技术所述的监测系统中，图像融合模块的双波段图像预处理单元通过通讯数据交换单元连接至上位控制系统，以接收融合的图像。本专利技术产生的有益效果是：本专利技术采用单一光学通道设计，通过将双波段前端光学镜头设置在单通道的前端，并通过分光器将光分为两束，其中透射的红外光束通过红外图像传感器接收，反射的可见光光束通过可见光图像传感器接收；再分别采集和处理红外光和可见光，最后实现双光融合输出。本专利技术保证了可见光、红外光物理上的绝对同轴，无论目标远或近、静或动都能实现双光谱高准确度的实时融合。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1是本专利技术实施例单通道可见光与红外光双波段图像融合系统组成示意图；图2是本专利技术实施例单通道可见光与红外光双波段图像融合系统电路原理框图；图3是本专利技术实施例单通道可见光与红外光双波段图像融合系统底层嵌入式软件结构框图；图4是本专利技术实施例单通道可见光与红外光双波段图像融合系统中全双波段前端光学镜头的结构示意图；图5是本专利技术实施例单通道可见光与红外光双波段图像融合中的波段调整器的结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术实施例的单通道图像融合系统是以单通道同时对目标进行双波段光学成像，并通过对可见光和长波红外图像的像素级融合实现对目标的视觉信息和温度信息的实时分辨。因此，该系统光学成像部分的作用是通过单一光学成像孔径，也即光学单通道，同时接收目标反射或发射的可见光波段和红外波段的光波能量，将其通过光学变换分别清晰地成像在系统的光传感器上，如可见光CMOS或CCD和红外UFPA探测器上。如图1所示，本专利技术实施例的单通道可见光与红外图像采集融合监测系统，包括单通道(图未示)、双波段前端光学镜头10、分光器20、可见光图像传感器40和红外图像传感器30。双波段前端光学镜头10设置在单通道的前端，能将两个波段的光能量同时汇聚在后续的分光器20上；双波段前端光学镜头10的结构如图4所示，可见光调整镜头结构示意图如图5所示。分光器20设置在该双波段前端光学镜头的后方，分光器20将光分为两束，其中一束光为透射的红外光束，通过红外图像传感器30接收，另一束光为反射的可见光光束，通过可见光图像传感器40接收。本专利技术的一个实施例中，可见光图像传感器40可选择可见光CMOS或CCD，红外图像传感器30可选用红外UFPA探测器。如图2所示，该监测系统还包括可见光图像传感器的驱动与数据采集单元80和可见光信号处理单元51，可见光图像传感器40接收的可见光经采集、处理后，形成可见光图像信息。该监测系统还包括红外图像传感器的驱动与数据采集单元90和红外信号处理单元52，红外图像传感器30接收的红外光经采集、处理后，形成红外图像信息。本专利技术的一个较佳实施例中，可见光和红外图像数据的采集采取同步时序设计，可见光图像传感器采用CMOS，红外图像传感器采用采用非制冷焦平面阵列UFPA，两者的驱动电路采用同一主频时钟信号，可实现两个波段图像的严格同时采集，保证了图像融合的实时性。本专利技术的一个具体实施例中，系统电路组成部分如图2所示，其工作原理为：光学镜头将可见光和红外光信号分波段聚焦在可见光图像传感器CMOS或CCD和红外焦平面阵列UFPA上，可见光经CMOS或CCD驱动与数据采集后经处理电路，再由通讯传输电路发送给上位控制器。红外通道经UFPA驱动、红外数据采集、处理后，也由通讯接口发送给上位控制器。本专利技术的一个实施例中，如图1所示，可见光信号处理单元51和红外信号处理单元52集成在一个电路板50上。如图1所示，当使用集成的电路板50时，需要改变分光器20的其中一束出射光的光路，若改变可见光的光路，则需要在分光器20与可见光图像传感器之间设置一个反射器60，改变分光器20反射的可见光的光路，使可见光入射到可见光图像传感器40的探测阵列上。相应地，如果电路板50放置在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单通道可见光与红外图像采集融合监测系统，其特征在于，包括：光采集模块和光处理模块；其中，光采集模块包括单通道、双波段前端光学镜头、分光器、可见光图像传感器和红外图像传感器；所述双波段前端光学镜头、分光器依序设置于单通道的出光口，所述可见光图像传感器和红外图像传感器设置于分光器的光路通道上，分光器将从单通道射入的光分为两束，其中一束光为透射的红外光束，通过红外图像传感器接收，另一束光为反射的可见光光束，通过可见光图像传感器接收；所述光处理模块包括可见光驱动与数据采集单元、可见光信号处理单元、红外驱动与数据采集单元和红外信号处理单元；可见光驱动与数据采集单元和可见光信号处理单元对所述可见光图像传感器接收的可见光进行采集、处理；红外驱动与数据采集单元和红外信号处理单元对所述红外图像传感器接收的红外光进行采集、处理。

【技术特征摘要】
1.一种单通道可见光与红外图像采集融合监测系统，其特征在于，包括：光采集模块和光处理模块；其中，光采集模块包括单通道、双波段前端光学镜头、分光器、可见光图像传感器和红外图像传感器；所述双波段前端光学镜头、分光器依序设置于单通道的出光口，所述可见光图像传感器和红外图像传感器设置于分光器的光路通道上，分光器将从单通道射入的光分为两束，其中一束光为透射的红外光束，通过红外图像传感器接收，另一束光为反射的可见光光束，通过可见光图像传感器接收；所述光处理模块包括可见光驱动与数据采集单元、可见光信号处理单元、红外驱动与数据采集单元和红外信号处理单元；可见光驱动与数据采集单元和可见光信号处理单元对所述可见光图像传感器接收的可见光进行采集、处理；红外驱动与数据采集单元和红外信号处理单元对所述红外图像传感器接收的红外光进行采集、处理。2.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于，所述可见光信号处理单元和所述红外信号处理单元集成于同一电路板上，采用同一主频时钟信号。3.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于，还包括反射器，设置在所述分光器与所述可见光图像传感器之间，改变所述分光器反射的可见光的光路，使可见光入射到所述可见光图像传...

【专利技术属性】
技术研发人员：李哲，王钊，张忠元，黎炎，邓璐，韩冬，保承家，陈扬，张波，黄松，
申请(专利权)人：国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司，国网甘肃省电力公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42