低成本红外可视温度监控系统设计

1、低成本红外可视温度监控系统设计摘要随着红外监控设备分辨力的提高，红外监控的应用范 围更加的广泛。通过对探测器输出的数字信号处理，即可完成对目 标的监控与温度判断。这种具备温度监控能力的红外监测系统在安 保、消防、电力等领域有着巨大的应用前景。由于红外摄像机与系 统成本高昂，限制该类系统的应用。而使用成本较低基于fpga的电路完成信号处理，并且利用红外与可见光监控共同工作，则可以 在相对较低的成本下，实现红外可视温度监控。关键词fpga温度监控红外探测红外信号处理低成本一、红外温度监控的应用及实现随着科技的发展，许多行业自动化程度日益提高，产生了大量 无人值守的设备与工作区域。然而工业运行中，即

2、使无人值守也要 保证设备防火及安全运行的要求，这对现场监控系统提出了更高要 求。设备火灾与设备老化故障往往与温度异常升高有关，所以应用 于这些现场的监控系统必须具备温度报警功能。传统的红外及烟雾 监控仅针对明火，无法提前预防；在敏感点设置温度传感器的方法， 成本高，仅适合小范围系统。而在监控面积大，可能故障点多，而 成本又有限的场合，具备温度监控能力的红外摄像系统则更能满足 需求。目前在电力行业中的无人变电站监控、工业生产中高功率设 备运行监控、教育行业中各种高功率实验设备的监控则是此类红外 温度监控的重要应用场合。红外温度监控设备的主要部分有红外监控摄像机、硬盘摄像机、 监控计算机与远程控制

3、终端组成。红外监控摄像机主要完成可见光 到视频电信号的转化。硬盘摄像机主要完成将原始视频信号转变为 适合网络播放的各种视频格式并通过网络接口提供给监控计算机 或外部计算机访问。同时硬盘录像机也提供定时、即时回放等辅助 操作功能。监控计算机是整个监控系统的控制核心，通过控制软件 及接口对前端设备实现命令控制。远程控制终端是普通计算机，通 过网络访问获得监控数据并进行相关系统操作。红外监控实现温度监控的关键在于利用红外视频进行温度判断。红外辐射是指波长在0.751000微米之间的电磁波。普朗克 定律看，只要物体的温度没有达到绝对零度，物体就有电磁辐射发 射。这意味着所有物体都在发射各种波长的红外辐

4、射。红外摄像机是通过红外感光元件感应监控目标的红外辐射强度 来形成图像。通常红外摄像机形成的是灰度信号，即画面上灰度即 对应了物体红外辐射强度。而根据红外辐射理论，物体温度越高、 与环境的温差越大，红外辐射的强度越强，那么摄像机获得的灰度 信号就越亮。如果通过实验获红外探测单元黑体辐射强度与温度的 对应列表，就可以通过软件对探测数据处理获得对应点灰度与温度 的换算，从而达到远程非接触的温差测量的要求。二、低成本方案改进(1)改进原理国际上针对红外探测器机芯的开发方案主要有2种方案：基于fpga的实时图像处理平台；基于dsp的实时图像处理平台或结合fpga和dsp的综合图像处理平台。目前成品红外

5、摄像机往往采用美 国flir公司，法国ulis公司，美国fluke公司等公司的成品红外 探测器。这些红外探测器精度高，能直接输出灰度视频信号。其信 号处理电路往往采用结合fpga和dsp两种电路结构的处理平台。 这种处理方式利用fpga进行图像的输入输出操作，用dsp完成复 杂的图像处理工作所以成像效果较好、精度高。但是此类方案实现 成本高，造成成品红外摄像机价格居高不下。在红外电力或是高功率实验设备监控中，目标对象如故障接头、 线圈等与环境温差很高，对探测器的精度要求相对较低，可以用仅 依靠fpga的电路来完成相应处理功能。如果能自行设计基于fpga的信号处理电路将能降低红外摄像机成本从而降低系统造价。基于fpga的实时图像开发平台的实现原理为，红外辐射通过红 外感应单元进行采集之后，将光信号转换成为电信号，电信号再经 过a/d转换成数字信号，然后在fpga中进行各种处理，处理后的 信号再进过视频编码就可以在监视器上输出得到的信号。（2）改进设计实现基于fpga的红外探测电路主要由红外感应单元、数模转换、信 号预处理和视频编码几个部分组成。目前红外感应单元由于技术含 量高