红外测温仪技术总结,红外测温仪技术知识

1、红外热成像测温仪技术总结1红外成像测温仪红外热像仪探测器分为：非制冷640X480探测器和非制冷320X240探测器，能够提供清晰的红外图像。1.1主要技术指标及功能特点1.1.1技术指标表1红外成像测温仪技术指标红外成像测温仪产品功能项目技术参数红外热像仪技术 指标探测器类型：非制冷焦平面探测器工作波段：814um； 像元数：320X240 或 640X480； 视场角：N24X18；调焦方式：3m内手动调焦（旋钮）、3m外定焦； 帧频：N25Hz；测温范围：T0C+150C；测温精度：2C或读数的土2% （取大值）；系统技术指标显示：微型目镜显示器，在强光下能清晰显示；电池工作时间：W2.

2、5小时，1用1备；头盔重量：W720g，平衡性好；环境温度：-10C50C；1.1.2功能特点a）温度自动校正；b）拍照，SD卡存储（32GB）。c）激光定位；d）显示器显示中心点温度测量值、全屏最高温度测量值、温度报警阈值、 电池电量、色柱；e）实时追踪最高温点，具备过热现象自动判别，超出设置告警温度值即 可发出蜂鸣器报警；f）报警温度阈值可调节（以1C为单位）；g）低电量报警（小于5%）;1.2系统组成及工作原理测温型红外热像仪由成像部分、显示部分、按键控制部分三部分组成。系统原理框图如图2所示。图2 测温型红外热像仪原理框图测温型红外热像仪工作原理：夕卜界景物的红外辐射经光学系统聚焦到红

3、 外焦平面探测器的光敏面上，探测器里的红外光电转换阵列完成将光信号转 换成电信号，经A/D采样，将图像信息转换成数字信息。这些数字信息经过 图像非均匀性校正、坏点替换、图像滤波等算法处理后，在FPGA的时序控 制下将图像显示到显示器上。拍照，图像数据直接从处理器写ASD卡。1.3分系统设计1.3.1红外成像部分（1 ）红外探测器测温型红外热像仪选用进口凝视红外焦平面非制冷非晶硅探测器。目 前，国内红外焦平面探测器的发展与国外卜差距还很大，相比而言，国外卜技术 更成熟。本系统采用的探测器为国外著名红外探测器厂商最新产品，购货渠 道畅通，能够批量进口，易于购买，不仅能够支持该项目的顺利研制，还能

4、够实现批量装备，是高性能要求的军事装备应用首选探测器。测温型红外热像仪选用探测器主要技术指标如下：类型：微测辐射热计；探测器材料：非晶硅；探测元(像素)数目：320X240、640X480 ；像元尺寸：17 u m;响应波段：814um;a) 红外光学设计红外光学部分采用了透射式光学系统，满足轻量化要求的同时通过光学 被动补偿方式，使系统能够在-40笆+80笆温度范围内良好成像。系统通过 两片透镜来实现，具有结构形式简单的特点。如图3所示。图3系统光路图系统设计温度范围为-40笆+80笆通过点列图和光学传递函数MTF ) 可以全面反映系统成像质量，图68分别为系统-40笆、20笆和80笆时的点

5、 列图和MTF，如图所示，不同温度下系统RMS点斑均在AIRY斑内，-40笆和20笆时，系统全视场MTF均超过0.4 ,80笆时，系统全视场MTF超过0.3 , 说明系统在高低温状态下，系统均能良好成像。ED弟$ 昌h图6 -40笆时，光学系统性能图图4 20笆时，光学系统性能图ED弟$ 昌h图6 -40笆时，光学系统性能图图4 20笆时，光学系统性能图岑/ & 3旦一岑/ & 3旦一图5 80笆时，光学系统性能图对于目视系统，一般要求畸变小于5%，设计系统全视场畸变小于3% , 满足使用要求。设计采用投射式固定焦距光学系统，在冲击时，镜片不会发 生移动，不会影响目标成像。（2）红外成像电路设

6、计系统硬件电路提供与系统功能相适应的底层物理支持，包括高速运算处 理单元，大容量存储器等。系统采用具有自主知识产权的“低功耗智能型” 红外热成像机芯组件，主要由探测器驱动电路、数据采集电路、图像处理电 路、电源转换电路、快门电机驱动电路等部分组成。1）探测器驱动电路：功能框图如图6所示，该单元实现红外图像的采集 和探头的控制。被测目标的红外光波经过光学聚焦于红外探测器，再经过红 外探测器将红外热图像变成电图像，并进行电图像的放大、处理输出模拟图 像。2）数据采集电路：该单元负责原始红外数据的采集。通过采用高性能运 放和高精度、高速、低噪声的16位A/D转换器，得到高质量的红外图像数 据，为后端

7、的图像处理和成像部分提供优质的数据源。模拟信号/ | A/D转换数字信号图7数据采集保持部分电路3）图像处理电路：本系统采用FPGA架构。FPGA处理器负责完成成像 处理算法、校温算法、菜单叠加、存储模块及其他扩展功能，在完成运算功 能的同时能够保证图像的实时性。本系统中采用的FPGA是一款高性能数字 信号处理器，专门针对复杂的信号处理任务和通信结构进行了优化。该芯片 具有资源丰富、运算速度快、并行处理强等特点，能有效减少图像延时，保 障系统实时性。图像处理板图8图像处理电路框图4）电源转换电路电源转换电路普遍采用高效率DC/DC电路，并通过综合优化，合理选择 相关器件，精心配置电路参数，使得

8、DC/DC转换电路基本工作于其最高转换 效率状态，整个系统的平均转换效率高达90%以上。对整个机芯上的发热器 件，都采取了各种措施进行散热处理。由于上述措施，使得整个系统的功耗 和发热量都控制在一个很低的水平，机芯长时间工作也不会有任何的影响。MCU对整个机芯进行电源管理，有序上电，实时监控电压，保护机芯， 即使外界电压过高过低也不会烧坏机芯。红外算法设计系统借助功能强大的硬件平台实现先进的智能型图像处理算法，能极大 地提高图像质量和系统灵敏度。1）非均匀校正由于红外焦平面阵列每个光敏元的响应率不可能完全一致，其直流偏置 也不同，因此会产生图像的非均匀性。这种非均匀性导致系统的温度分辨率 下降

9、，使目标图像的质量受到严重影响。本单位采用了基于参照元并结合动态实时补偿的线性两点校正技术，简 单有效的去除了图像非均匀性。此算法依据探测器对不同温度的均匀参照元 响应，来计算增益和偏移因子，同时加上动态实时补偿技术，有效去除了温 度漂移的问题。该算法在获取高质量的红外图像的同时，具有运算量小、硬 件实现简单、可实时处理等优点。下图为非均匀性校正前后对比图像。从两 幅图对比可以看出，均匀性校正后的图像质量有着明显的改善。非均匀校正前后图像对比如图9所示。图9非均匀性校正前后的图像2）自动亮度对比度调节本机采用一种保证图像细节损失最小的灰度映射算法进行自动亮度对比 度调节，系统可以自动调节图像亮

10、度、对比度，在任何天气、季节、场景下 都保证得到最佳人眼观察效果，从而能够给使用者一个适宜的视觉感知；并 且通过亮度、对比度的滤波，有效地避免了场景中出现过亮的物体（如视场 中同时出现天空和地面目标等）造成图像整体过亮而将观测目标淹没情况。图10自动亮度对比度调节前后图片根据经验，图像中往往存在一些对于观察图像没有很大意义的高灰度级 和低灰度级象素点，为保证感兴趣区域的显示效果，可以抛掉这部分象素 后进行调光映射。传统线性映射算法能够确保大部分场景比较适宜人眼的 观测，但当图像中出现某些过亮、过暗的目标时，一部分图像细节会被淹 没，图10左边一幅图即为传统线性映射所得到的效果。本机采用的智能型 图像处理算法，能够自动进行分区域多梯度非线性处理，在从16位原始数 据向8位数据映射时，既保证适宜的人眼观测效果，又能凸显重要的图像 细节，图10右边一幅图即为最终自动亮度对比度处理后的效果。1.3.2测温部分设计凡是温度高于绝对零度的物体都会产生红外辐射，并且物体的红外辐射 与它的表面温度分布