一种高分辨率热像仪制造技术

本实用新型专利技术提供一种采用非制冷焦平面探测器实现高精度动态红外热成像的高分辨率热像仪。它是由焦平面探测器、驱动电路、图像预处理电路、ＵＳＢ数据接口、控制电路、ＬＶＤＳ输出电路和液晶显示器组成的，焦平面探测器连接驱动电路，驱动电路连接图像预处理电路，图像预处理电路连接控制电路，控制电路分别连接ＵＳＢ数据接口和ＬＶＤＳ输出电路，ＬＶＤＳ输出电路连接液晶显示器。本实用新型专利技术广泛应用在工业检测、环境监测、热能排放等领域。对热成像的分辨率、热场的动态采集、温度标定的技术进行深入研究，为热成像技术在工业和其他领域的应用提供有效的解决方案。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及红外技术，具体说就是一种高分辨率热像仪。
技术介绍
红外热像仪是利用红外探测器、光学成像物镜和光机扫描系统(目前先进的焦平 面技术则省去了光机扫描系统)接受被测目标的红外辐射能量分布图形反映到红外探测 器的光敏元上，在光学系统和红外探测器之间，有一个光机扫描机构(焦平面热像仪无此 机构)对被测物体的红外热像进行扫描，并聚焦在单元或分光探测器上，由探测器将红外 辐射能转换成电信号，经放大处理、转换或标准视频信号通过电视屏或监测器显示红外热 像图。这种热像图与物体表面的热分布场相对应；实质上是被测目标物体各部分红外辐射 的热像分布图由于信号非常弱，与可见光图像相比，缺少层次和立体感，因此，在实际动作 过程中为更有效地判断被测目标的红外热分布场，常采用一些辅助措施来增加仪器的实用 功能，如图像亮度、对比度的控制，实标校正，伪色彩描绘等技术。1800年，英国物理学家 F. W.赫胥尔发现了红外线，从此开辟了人类应用红外技术的广阔道路。在第二次世界大战 中，德国人用红外变像管作为光电转换器件，研制出了主动式夜视仪和红外通信设备，为红 外技术的发展奠定了基础。二次世界大战后，首先由美国德克萨兰仪器公司经过近一年的 探索，开发研制的第一代用于军事领域的红外成像装置，称之为红外寻视系统(FLIR)，它是 利用光学机械系统对被测目标的红外辐射扫描。由光子探测器接收两维红外辐射迹象，经 光电转换及一系列仪器处理，形成视频图像信号。这种系统、原始的形式是一种非实时的自 动温度分布记录仪，后来随着五十年代锑化铟和锗掺汞光子探测器的发展，才开始出现高 速扫描及实时显示目标热图像的系统。六十年代早期，瑞典AGA公司研制成功第二代红外 成像装置，它是在红外寻视系统的基础上增加了测温的功能，称之为红外热像仪。开始由于 保密的原因，在发达的国家中也仪限于军用，投入应用的热成像装置可在黑夜或浓厚云雾 中探测对方的目标，探测伪装的目标和高速运动的目标。由于有国家经费的支撑，投入的研 制开发费用很大，仪器的成本也很高。以后考虑到在工业生产发展中的实用性，结合工业红 外探测的特点，采取压缩仪器造价，降低生产成本并根据民用的要求，通过减小扫描速度来 提高图像分辨率等措施逐渐发展到民用领域。六十年代中期，AGA公司研制出第一套工业 用的实时成像系统(THV)，该系统由液氮致冷，IlOV电源电压供电，重约35公斤，因此使用 中便携性很差，经过对仪器的几代改进，1986年研制的红外热像仪已无需液氮或高压气，而 以热电方式致冷，可用电池供电；1988年推出的全功能热像仪，将温度的测量、修改、分析、 图像采集、存储合于一体，重量小于7公斤，仪器的功能、精度和可靠性都得到了显著的提 高。九十年代中期，美国FSI公司首先研制成功由军用技术(FPA)转民用并商品化的新一 红外热像仪(CCD)属焦平面阵列式结构的一种凝成像装置，技术功能更加先进，现场测温 时只需对准目标摄取图像，并将上述信息存储到机内的PC卡上，即完成全部操作，各种参 数的设定可回到室内用软件进行修改和分析数据，最后直接得出检测报告，由于技术的改 进和结构的改变，取代了复杂的机械扫描，仪器重量已小于二公斤，使用中如同手持摄像机一样，单手即可方便地操作。如今，红外热成像系统已经在电力、消防、石化以及医疗等领域 得到了广泛的应用。红外热像仪在世界经济的发展中正发挥着举足轻重的作用。红外热像仪一般分光机扫描成像系统和非扫描成像系统。光机扫描成像系统采用 单元或多元(元数有8、10、16、23、48、55、60、120、180甚至更多)光电导或光伏红外探测 器，用单元探测器时速度慢，主要是帧幅响应的时间不够快，多元阵列探测器可做成高速实 时热像仪。非扫描成像的热像仪，如近几年推出的阵列式凝视成像的焦平面热像仪，属新一 代的热成像装置，在性能上大大优于光机扫描式热像仪，有逐步取代光机扫描式热像仪的 趋势。其关键技术是探测器由单片集成电路组成，被测目标的整个视野都聚焦在上面，并且 图像更加清晰，使用更加方便，仪器非常小巧轻便，同时具有自动调焦图像冻结，连续放大， 点温、线温、等温和语音注释图像等功能，仪器采用PC卡，存储容量可高达500幅图像。红外热电视是红外热像仪的一种。红外热电视是通过热释电摄像管(PEV)接受被 测目标物体的表面红外辐射，并把目标内热辐射分布的不可见热图像转变成视频信号，因 此，热释电摄像管是红外热电视的光键器件，它是一种实时成像，宽谱成像(对3 5 μ m及 8 14 μ m有较好的频率响应)具有中等分辨率的热成像器件，主要由透镜、靶面和电子枪 三部分组成。其技术功能是将被测目标的红外辐射线通过透镜聚焦成像到热释电摄像管， 采用常温热电视探测器和电子束扫描及靶面成像技术来实现的。红外热像仪是通过吸收目 标物体的能量辐射生成红外图像和温度测量的仪器。红外能量是一种肉眼看不见的能量， 它的波长很长，无法被肉眼探测到。它是电磁波谱中的一部分，人类将它感知为热量。与可 见光不同，在红外领域里，凡是温度在绝对零度以上的物体都能够散发热量。即使如冰块这 样表面非常寒冷的物体，同样能够发射红外能量。物体的温度越高，它所辐射的红外能量就 越强。红外热像仪能够帮助我们看见肉眼无法看见的情况。红外热像仪能够生成红外图像 或热辐射图像，并且能够提供精确的非接触温度测量功能。几乎所有物体在发生故障之前， 温度都会随之升高，因此在很多领域内，红外热像仪绝对是一种经济有效的检测工具。由于 很多行业都将高效生产、能源管理、提高产量和生产安全作为企业发展的重要目标，因此红 外热像仪正在被不断的应用在各种行业和各种应用领域中。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种采用非制冷焦平面探测器实现高精度动态红外 热成像、解决动态温场的动态采集、实时数据处理和实时热成像的高分辨率热像仪。本技术的目的是这样实现的它是由焦平面探测器、驱动电路、图像预处理 电路、USB数据接口、控制电路、LVDS输出电路和液晶显示器组成的，焦平面探测器连接驱 动电路，驱动电路连接图像预处理电路，图像预处理电路连接控制电路，控制电路分别连接 USB数据接口和LVDS输出电路，LVDS输出电路连接液晶显示器。本技术一种高分辨率热像仪，基于非制冷红外探测器，采用嵌入式微处理器 实现高分辨率热成像。广泛应用在工业检测、环境监测、热能排放等领域。本技术对热 成像的分辨率、热场的动态采集、温度标定的技术进行深入研究。通过研究和探索热成像技 术的闭环温度标定技术，解决热成像过程中温度数据的绝对值对探测器完全依赖性和受测 试环境和方法的影响。为热成像技术在工业和其他领域的应用提供有效的解决方案。附图说明图1为本技术的实时温度反馈标定系统结构图；图2为本技术的算法调试流程图之一；图3为本技术的算法调试流程图之二 ；图4为本技术的图像算法分析效果图；图5为本技术的主要开发软件构成示意图；图6为本技术的系统软件界面；图7为本技术的.核心硬件系统结构图。具体实施方式以下结合附图举例对本技术做进一步说明。实施例1 结合图7，本技术一种高分辨率热像仪，它是由焦平面探测器(1)、 驱动电路(2)、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高分辨率热像仪，它是由焦平面探测器（１）、驱动电路（２）、图像预处理电路（３）、ＵＳＢ数据接口（４）、控制电路（５）、ＬＶＤＳ输出电路（６）和液晶显示器（７）组成的，其特征在于：焦平面探测器（１）连接驱动电路（２），驱动电路（２）连接图像预处理电路（３），图像预处理电路（３）连接控制电路（５），控制电路（５）分别连接ＵＳＢ数据接口（４）和ＬＶＤＳ输出电路（６），ＬＶＤＳ输出电路（６）连接液晶显示器（７）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王宏民，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：实用新型
国别省市：93[中国|哈尔滨]