一种基于近红外波段的透烟透雾成像装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于近红外波段的透烟透雾成像装置及方法，涉及成像设备技术领域，包括：设置于头盔左右两侧的光源和相机，所述光源和相机通过同步信号线连接；所述光源为近红外激光线扫描光源，所述光源包括半导体红外激光器、振镜、准直透镜和鲍威尔棱镜；所述相机为具备卷帘快门曝光功能的近红外相机，所述相机包括近红外图像传感器和同步信号模块，所述近红外图像传感器的曝光方式为卷帘快门形式，所述同步信号模块的输出包括场同步信号和行同步扫描信号。本发明专利技术中通过近红外激光线扫描光源与近红外相机卷帘快门方式降低了进入近红外相机的后向散射光，从光学角度降低了后向散射对图像对比度和清晰度的影响，从源头提高了成像的质量。成像的质量。成像的质量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于近红外波段的透烟透雾成像装置及方法


[0001]本专利技术涉及成像设备
，具体而言，尤其涉及一种基于近红外波段的透烟透雾成像装置及方法。

技术介绍

[0002]火灾现场视觉探测直接影响火场救援，但低能见度下的火场环境使得救援人员不能够快速准确识别火场中的信息，以致于无法及时营救遇险人员。火灾中燃烧物的不完全燃烧产生了大量烟雾，导致人眼的可见度直线下降，促使原本十分熟悉的环境变的无法辨认。火场环境燃烧产生的粒子因其光学特性对设备成像质量有较大影响，其影响主要表现在烟雾粒子对光线的散射，烟雾粒子的散射作用使红外成像对比度降低，所以消防救援领域关键技术之一是在低能见度下实现对人员和物体清晰成像。
[0003]目前从光学角度出发缓解烟雾粒子散射主要有三个技术途径：偏振成像技术、距离选通成像技术和减小光路重叠技术。目前最为直接减小散射的方法是减小光路重叠技术，减小光源与相机光路的重叠区，光源与相机的摆放关系如图1所示。图1(a)中，当相机和光源位置相邻时，相机与光源光路区域存在大面积重合，散射区11变大，受到后向散射光线影响较为强烈。图1(b)中，光源与相机之间分开一定的距离，光路重合区域减小，散射区11变小，后向散射影响减小，减小的程度和相机与光源之间的距离呈现正相关，但光源与相机的大距离不利于实际现场的安装和操作。图1(c)光源与相机光路完全不存在重合，仅仅依靠光源路径上的散射光5实现对相机部分视场照明，由于相机与光源光路不存在重合区域，所以后向散射影响最小，但此方法为照亮目标面，需要光源的功率大幅度提高。
[0004]在减小光路重叠技术中，为了进一步减小光路的重合，专利CN106534632A提出了“同步扫描成像系统”，但该系统对光源与相机的安装距离要求大于1/2最远成像距离，且系统在安装位置确定后，只能够对固定距离目标面成像。为了解决此问题，专利技术CN109581787A提出了“一种使用激光点扫描的水下成像装置及方法”，该方法使用二维激光点扫描光源，以及具备卷帘快门曝光的CMOS相机，通过点状激光同步扫描照亮相机瞬时视场。该方法中要求二维激光扫描的水平扫描频率尽可能高，此外，当提高
[0005]水平扫描频率就必须减小反射镜的尺寸，光斑聚集在1毫米左右的反射镜上，5将会导致反射镜内部构件烧毁，这就限制了有效探测距离。为了克服该缺点，
[0006]专利CN113596298A提出了“一种水下激光同步场扫描成像装置及方法”，主要包含线状激光源和卷帘快门曝光的sCMOS图像传感器相机。通过线状激光源对瞬时视场同步扫描照明，以此来减小水下成像中的后向散射影响。
[0007]综上所述，以上方法在水下去后向散射中取得了较好的成果，但以上方法对0于低能见度下实现透烟透雾成像是不适用的。有以下几点原因，第一，以上方法都是针对水下去后向散射影响，所以使用光源均为可见光，具体都是蓝色或者绿色光源，目的是为了减小水中粒子对激光的衰减作用。然而，透烟透雾成像中更多需要考量的因素是散射效应，且蓝色和绿色激光对于人眼会
[0008]造成不可逆转的伤害。所以，在透烟透雾成像中应使用波长更长的光源。一5方面减小后向散射影响，另一方面，避免对于人眼的伤害。第二，以上方法
[0009]中所采用的相机，均为可见光波段的CMOS相机，且以上方法中所述相机对于近红外波段成像没有进行任何的优化处理，因此在空气中使用近红外光源时，存在响应严重不足，灵敏度下降问题。第三，以上所述后两种方法设备
[0010]位置关系中，其光源与相机均为上下安装的放置关系，该安装关系会占据较0大的纵向空间，难以应用于穿戴式设备中，因此，上述三种专利技术所涉及技术，
[0011]均无法在火场中的透烟透雾成像领域获得应用。

技术实现思路

[0012]根据上述提出近红外成像设备在火场救援，浓烟浓雾等环境下图像对比5度下降，有效探测距离不足的技术问题，而提供一种基于近红外波段的透烟透雾成像装置及方法，可以极大程度减小近红外波段透烟透雾成像中的后向散射影响。
[0013]本专利技术采用的技术手段如下：
[0014]一种基于近红外波段的透烟透雾成像装置，包括：设置于头盔左右两侧0的光源和相机，所述光源和相机通过同步信号线连接；
[0015]所述光源为近红外激光线扫描光源，所述光源包括半导体红外激光器、振镜、准直透镜和鲍威尔棱镜，所述半导体红外激光器产生一束近红外激光，所述近红外激光通过准直透镜变为平行激光，所述平行激光束通过鲍威尔棱镜形成线状激光，所述线状激光通过振镜反射到目标面上形成线状光斑，所述振镜在振镜驱动信号控制下进行一维摆动；
[0016]所述相机为具备卷帘快门曝光功能的近红外相机，所述相机包括近红外图像传感器和同步信号模块，所述近红外图像传感器的曝光方式为卷帘快门形式，所述近红外图像传感器以条带状曝光区域对成像面实现滚动式曝光，所述同步信号模块的输出包括场同步信号和行同步扫描信号；当所述近红外图像传感器以卷帘快门形式曝光时，所述同步信号模块同时输出场同步信号。
[0017]进一步地，条带状曝光视场与条带状曝光区域的移动方向一致，所述条带状曝光区域的行数受曝光时间控制，当曝光时间减小时条带状曝光区域变窄，同时目标面上的条带状曝光视场变窄，随着条带状曝光视场对目标面完成一次滚动式扫描。
[0018]进一步地，所述行同步信号通过同步电路模块发送至微控制器，所述微控制器通过控制振镜驱动信号改变振镜摆动角度，进而使振镜进行一维摆动。
[0019]进一步地，所述线状光斑的摆动方向与相机的曝光视场移动方向一致，使目标面上瞬时曝光视场依次被照亮，进而使整个视场被光源照射。
[0020]进一步地，所述光源的照明方式包括直接红外照明法和间接式红外照明法，所述直接红外照明法的近红外激光线扫描区域与相机行曝光区域重合，所述间接式红外照明法的近红外激光线扫描区域与相机曝光区域不重合，通过近红外激光路径上的散射光对曝光区域红外照明。
[0021]本专利技术还提供了一种基于近红外波段的透烟透雾成像方法，基于上述任一项基于近红外波段的透烟透雾成像装置实现，包括如下步骤：
[0022]所述图像传感器开始以卷帘快门曝光，所述同步信号模块向光源中的同步电路模
块发送场同步信号；
[0023]所述同步电路模块接收场同步信号并发送时序脉冲给光源中的微控制器；
[0024]所述微控制器控制红外激光器发出激光，所述激光经过振镜反射后照射到成像目标面上，所述激光在目标面形成一条线状激光光斑，所述线状激光光斑与图像传感器的曝光视场重合；
[0025]所述同步信号模块将图像传感器内部重置寄存器的行同步扫描信号缓冲后，通过同步信号线发送至光源；
[0026]所述光源接收行同步扫描信号并改变振镜中反射镜的角度，使线状激光光斑与相机中曝光视场同向运动并保持重合，直至一次曝光结束；
[0027]所述线状激光光斑运行到目标面的最左端时，所述同步信号模块发送场消隐信号至光源本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于近红外波段的透烟透雾成像装置，其特征在于，包括：设置于头盔左右两侧的光源和相机，所述光源和相机通过同步信号线连接；所述光源为近红外激光线扫描光源，所述光源包括半导体红外激光器、振镜、准直透镜和鲍威尔棱镜，所述半导体红外激光器产生一束近红外激光，所述近红外激光通过准直透镜变为平行激光，所述平行激光束通过鲍威尔棱镜形成线状激光，所述线状激光通过振镜反射到目标面上形成线状光斑，所述振镜在振镜驱动信号控制下进行一维摆动；所述相机为具备卷帘快门曝光功能的近红外相机，所述相机包括近红外图像传感器和同步信号模块，所述近红外图像传感器的曝光方式为卷帘快门形式，所述近红外图像传感器以条带状曝光区域对成像面实现滚动式曝光，所述同步信号模块的输出包括场同步信号和行同步扫描信号；当所述近红外图像传感器以卷帘快门形式曝光时，所述同步信号模块同时输出场同步信号。2.根据权利要求1所述的基于近红外波段的透烟透雾成像装置，其特征在于，条带状曝光视场与条带状曝光区域的移动方向一致，所述条带状曝光区域的行数受曝光时间控制，当曝光时间减小时条带状曝光区域变窄，同时目标面上的条带状曝光视场变窄，随着条带状曝光视场对目标面完成一次滚动式扫描。3.根据权利要求1所述的基于近红外波段的透烟透雾成像装置，其特征在于，所述行同步信号通过同步电路模块发送至微控制器，所述微控制器通过控制振镜驱动信号改变振镜摆动角度，进而使振镜进行一维摆动。4.根据权利要求1所述的基于近红外波段的透烟透雾成像装置，其特征在于，所述线状光斑...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴厚德，刘振义，李持尧，翟予铮，王洪昌，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：