紅外熱成像技術的研究

摘要：該文在研究攝像機成像技術的基礎上，結合物體發熱會產生紅外光的特性，研究了一種紅外熱成像攝像機的實現方式。根據紅外熱成像攝像機的應用，可以分為兩類：一類紅外熱成像測溫儀器，第二類紅外熱成像安防監控攝像機。

關鍵詞：攝像機 紅外線 發熱物體 DSP 模數轉換

中圖分類號：TN219文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）01（b）-00-01

1 背景

紅外熱成像測溫儀與目前市場上應用的溫度計的區別是溫度計是點測溫，只能得到點的溫度，而紅外熱成像測溫儀則是面陣測溫，可以得到二維面陣中所有像素點的實時溫度。紅外熱成像儀器的應用主要應用于故障檢測之類的應用，應用于電力行業進行高壓線的故障檢測，應用于建筑行業屋頂管道的檢測，應用于能源行業氣體泄漏點的監測，應用于自動化機械行業高速轉動裝置的故障檢測；應用于醫療行業，用于人體病變部位檢測。

2 實現原理

紅外熱成像測溫儀的架構如圖1所示。

FPGA負責采集配置探測器并采集探測器的灰度值，并進行非均勻校正和細節增強等算法處理；FPGA把原始raw數據和處理后的數據通過數字接口傳輸給DSP，原始raw數據用于DSP的測溫算法，把每個像素點的灰度數據轉換成相應的溫度數據，疊加在FPGA傳輸給DSP的處理后的YUV數據上面進行圖像和溫度的疊加顯示。

紅外熱成像攝像機的架構如圖2所示。

FPGA負責采集配置探測器并采集探測器的灰度值，并進行非均勻校正和細節增強等算法處理；FPGA把處理后的數據通過數字接口傳輸給視頻芯片，輸出視頻信號。

3 關鍵技術

3.1 光學系統

項目的設計中，紅外光學鏡頭共有3種。我們可以根據產品的應用環境選擇使用手調鏡頭、消熱差鏡頭還是電動鏡頭。然后根據成像距離選擇鏡頭的焦距。第一種手調鏡頭，焦距為11 mm、15 mm、28 mm、40 mm、75 mm，這類鏡頭適合手持儀器使用。第二類鏡頭，為消熱差鏡頭，焦距為11 mm、15 mm、28 mm、40 mm、75 mm、100 mm和150 mm。這類鏡頭一旦成像距離調試好后，進行螺紋緊固，不再進行焦距調整。成像效果不會受到鏡片的發熱而產生變化。此類鏡頭適合安防實時監控。第三類鏡頭為電動鏡頭，焦距為50 mm、75 mm、100 mm和150 mm，這類鏡頭適合遠距離實時監測使用，客戶在后端進行變焦成像。

3.2 電學系統

電路系統的設計分為模擬部分和數字部分。模擬部分為AD電路和DA電路。AD電路把探測器的模擬視頻信號轉成數字信號給FPGA進行后續處理。DA電路根據FPGA給出的數字量產生探測器相應的電壓信號，控制探測器的電壓以及探測器的上電順序，以及控制TEC對探測器的溫度進行控制的。數字部分以FPGA為主芯片，外圍有SRAM、FLASH、視頻芯片輔助FPGA進行數字圖像處理。

3.3 結構和機械系統

根據電路板的尺寸設計合適的外部結構，該結構需要考慮探測器的散熱問題，以及紅外擋片的的尺寸以及安放位置。

3.4 非均勻校正方式

非均勻校正方式分為擋片校正和無擋片校正。擋片校正目前在市場上仍占據主體地位，它校正后的圖像均勻性比較好，畫面干凈，噪聲較少。無擋片校正，是事先出廠前把各個溫度段的數據校正好，然后存儲起來。應用時再根據各個溫度段把事先校正好的數據讀出來，把讀出來的數據利用二次曲線擬合出新的校正參數，用新的參數參與校正，而且上一幀校正好的數據參與下次校正過程中的計算，如此不斷的迭代，最終達到圖像均勻的效果。但是該方法的均勻性沒有擋片的效果好。

4 結語

隨著紅外熱成像技術的成熟，以及DSP芯片的運算性能、圖像智能分析識別算法的發展，紅外熱成像測溫儀和紅外熱成像攝像機逐步走向智能化、業務化，使滿足各行各業的特定業務需求。因此紅外熱成像技術發展前景巨大，值得大家深入研究。

參考文獻

[1]蔡毅，湯錦亞.對紅外熱成像技術發展的幾點看法[J].紅外技術，2000（2）.