专利名称：多波段图象融合红外成像系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及红外线技术，具体说就是一种多波段图象融合红外成像系统。 背景技术：
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，在发达的国家中也仅限于军用，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。

发明内容本实用新型的目的在于提供一种结合红外传感器与可见光CCD传感器的特点，将 所传输的双重图像进行融合处理的多波段图象融合红外成像系统。本实用新型的目的是这样实现的它是由红外光学系统、红外传感器、红外信号 处理模块、以太网交换处理模块、可见光光学系统、C⑶传感器、控制接口模块、控制云台、 AC24V变压器、以太网络环境和控制主机组成的，红外光学系统连接红外传感器，红外传感 器连接红外信号处理模块，红外信号处理模块连接以太网交换处理模块，可见光光学系统 连接CXD传感器，CXD传感器连接控制接口模块，控制接口模块分别连接以太网交换处理模 块和控制云台，控制云台连接AC24V变压器，以太网交换处理模块连接以太网络环境，以太 网络环境连接控制主机。本实用新型一种多波段图象融合红外成像系统，结合红外传感器与可见光CCD传感器的特点，将所传输的双重图像进行融合处理，经过精密的算法的接合，形成一个有效的融合图像，使之具有红外热图像的优点也可以如可见光图像般清晰可见。图像数据传输接口采用TCP/IP网络传输协议，使之可以接入以太网络与远程控制计算机进行实时数据分 析。

图1为本实用新型的热成像原理图；图2为本实用新型的图像融合示意图；图3为本实用新型的融合流程图；图4为本实用新型的硬件系统结构方框图。
具体实施方式
以下结合附图举例对本实用新型作进一步说明。实施例1 结合图4，本实用新型一种多波段图象融合红外成像系统，它是由红外 光学系统(1)、红外传感器(2)、红外信号处理模块(3)、以太网交换处理模块(4)、可见光光 学系统(5)、CCD传感器(6)、控制接口模块(7)、控制云台(8)、AC24V变压器(9)、以太网 络环境(10)和控制主机(11)组成的，红外光学系统(1)连接红外传感器(2)，红外传感器 (2)连接红外信号处理模块(3)，红外信号处理模块(3)连接以太网交换处理模块(4)，可见 光光学系统(5)连接CXD传感器(6)，CXD传感器(6)连接控制接口模块(7)，控制接口模 块⑵分别连接以太网交换处理模块⑷和控制云台(8)，控制云台⑶连接AC24V变压 器(9)，以太网交换处理模块(4)连接以太网络环境(10)，以太网络环境(10)连接控制主 机(11)。实施例2 结合图1-图3，本实用新型一种多波段图象融合红外成像系统，工作原 理如下红外成像传感器可以分别在近红外、短波红外、中波红外和热红外波段成像。其 中，近红外(0. 7-1. Iym)波段的成像传感器的作用机理与可见光成像传感器相似，主要 依靠探测场景的反射成像，它在黄昏和拂晓前后所成的图像中含有相当丰富的图像细节信 息。中波红外(3-5 μ m)和热红外(8-14 μ m)波段的成像传感器主要通过获取场景的红外 辐射成像，具有更好的云雾穿透能力。可见光传感器和红外传感器是两种最常用的传感器。可见光成像传感器获取场景 的各种反射信息，有较高的时空分辨率，所成的图像含有丰富的几何和纹理细节，能够提供 目标所在场景的细节信息，有利于观察者对场景的整体认知。可见光图像是人们最熟悉，最 易于释义的图像。但是可见光传感器在恶劣的天气条件下对大气的穿透成像能力较差，在 夜间的成像能力尤其差；另外，大气湍流引起光路中空气折射指数的随机波动，会导致图像 的随机模糊。图像融合是通过一定的算法，用多幅源图像(即输入图像)生成一幅或几幅图像 的过程，生成的融合图像有着单一源图像所不具备的优点，含有更多、更准确的信息，从而 更适合于人眼机器视觉或者更适合后续的图像处理任务，融合图像去除了源图像中的部分 冗余信息，信息量较源图像的总的信息量有了明显的减少。图像融合技术所处理的二维图像数据可能在传感器类型、观察条件、相机位置或获取时间上有所不同。这些图像中含有互补的信息和冗余的信息，冗余信息包括一致的和 冲突的信息，其中冲突信息是必须去除的。所以图像融合应该通过互补信息提高系统的 完备性；通过冗余信息降低信息的不确定性、不准确性和模糊性，提高系统的可靠性和置信 度；降低冗余度；去除源图像中的冲突信息；从而对探测器缺陷进行补偿，并获取场景的准 确的、有意义的解释。双相机多波段图像融合所用红外与可见光相机是通过网络协议将图片传输 到电脑中并显示出，其红外镜头所照射出的带有景物鲜明的对比，即辐射温度的对比，这 也就是所谓红外热成像图。那么，数字可见光相机，所程现出的可见光图像，便是人们肉 眼可以直接观看到的图像，它同样是通过一个IP地址来传输电脑中。由于采用红外智 能摄像机，其传感器最新一代非制冷式焦平面红外 探测器，图像更清晰，它的工作波段在 7.5μπι-13.5μπι属热红外。其数字摄像机采用(XD。红外与可见光图像融合其过程如下 首先，在图像配准中采用像素级多传感器图像配准方法，以小波算法分配图像空间；其次， 分别对红外与可见光图像进行预处理。最后，进行图像融合。本实用新型是结合红外传感器与可见光CCD传感器的特点，将所传输的双重图像 进行融合处理，经过精密的算法的接合，形成一个有效的融合图像，使之具有红外热图像的 优点也可以如可见光图像般清晰可见。图像数据传输接口采用TCP/IP网络传输协议，使之 可以接入以太网络与远程控制计算机进行实时数据分析。
权利要求一种多波段图象融合红外成像系统，它是由红外光学系统(1)、红外传感器(2)、红外信号处理模块(3)、以太网交换处理模块(4)、可见光光学系统(5)、CCD传感器(6)、控制接口模块(7)、控制云台(8)、AC24V变压器(9)、以太网络环境(10)和控制主机(11)组成的，其特征在于红外光学系统(1)连接红外传感器(2)，红外传感器(2)连接红外信号处理模块(3)，红外信号处理模块(3)连接以太网交换处理模块(4)，可见光光学系统(5)连接CCD传感器(6)，CCD传感器(6)连接控制接口模块(7)，控制接口模块(7)分别连接以太网交换处理模块(4)和控制云台(8)，控制云台(8)连接AC24V变压器(9)，以太网交换处理模块(4)连接以太网络环境(10)，以太网络环境(10)连接控制主机(11)。
专利摘要本实用新型提供一种结合红外传感器与可见光CCD传感器的特点，将双重图像融合处理的多波段图象融合红外成像系统。它是由红外光学系统、红外传感器、红外信号处理模块、以太网交换处理模块、可见光光学系统、CCD传感器、控制接口模块、控制云台组成的，红外光学系统连接红外传感器，红外传感器连接红外信号处理模块，红外信号处理模块连接以太网交换处理模块，可见光光学系统连接CCD传感器，CCD传感器连接控制接口模块，控制接口模块分别连接以太网交换处理模块和控制云台，本实用新型图像数据传输接口采用TCP/IP网络传输协议，使之可以接入以太网络与远程控制计算机进行实时数据分析。
文档编号G01J5/10GK201594861SQ20092024451
公开日2010年9月29日 申请日期2009年12月30日 优先权日2009年12月30日
发明者王宏民 申请人:哈尔滨理工大学