一种红外热像仪校正装置和方法

技术领域

本发明涉及红外技术领域，尤其涉及一种红外热像仪校正装置和方法。

背景技术

红外非均匀性是指由于红外焦平面阵列材料、生产工艺、以及光学系统等原因造成红外焦平面阵列在接收相同的辐射量时，探测器各个像元的输出不一致，在图像上表现为条形或块状的纹理等相对固定的空间噪声，严重影响了成像质量。因此工程中采用非均匀校正技术以提高红外焦平面阵列器件的图像质量，目前广泛应用的是原理简单、算法复杂度低、易于实现、效果较好的基于黑体定标图像进行计算获得校正系数的非均匀校正方法。但是由于需要采集不同温度的黑体图像用以校正红外焦平面阵列的像元响应，在工程应用现场往往因为无法提供黑体辐射源而无法进行两点校正工作。为了解决红外热像仪非均匀校正，特别是广泛应用的两点校正法对标准辐射源的需要，亟需一种与红外热像仪集成为一体且能够快速提供标准辐射源功能的简易装置。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对现有技术中的缺陷，如何提供一种与红外热像仪集成为一体并且能够快速提供标准辐射源功能的简易校正装置。

为了解决上述技术问题，在一个方面，本发明提供了一种红外热像仪校正装置。

本发明实施例的红外热像仪校正装置包括：镜头盖、加热和制冷装置、温度传感器、温度控制器、驱动和传动装置、位置传感器和镜头盖控制器；其中，所述温度传感器设置在所述镜头盖内表面，用于采集所述镜头盖内表面不同位置点的温度；所述温度控制器基于所述温度传感器采集的温度控制所述加热和制冷装置对所述镜头盖进行加热或制冷，以使所述镜头盖内表面温度达到预设的校正温度；所述位置传感器用于测量所述镜头盖当前处于打开状态还是关闭状态；所述镜头盖控制器用于基于所述位置传感器测量的镜头盖状态控制所述驱动和传动装置对所述镜头盖执行打开动作或关闭动作，以使所述镜头盖处于目标状态。

优选地，当需要所述红外热像仪成像时，所述镜头盖的目标状态为打开状态；当需要校正所述红外热像仪时，所述镜头盖的目标状态为关闭状态。

优选地，所述镜头盖的内表面由发射率大于预设阈值的高发射率材料制成。

优选地，所述镜头盖为双层结构；所述加热和制冷装置设置在所述镜头盖内，采用分布式结构对所述镜头盖进行加热或制冷。

优选地，所述温度控制器还用于当所述红外热像仪完成校正后，切断所述加热和制冷装置的供电。

优选地，所述温度控制器和所述镜头盖控制器设置在所述红外热像仪的电子舱内。

优选地，所述高发射率材料包括：经过表面处理的铝合金、铜或陶瓷。

优选地，所述加热和制冷装置为帕尔贴器件，所述温度传感器为热电偶传感器或铂电阻。

优选地，所述驱动和传动装置为电机、蜗轮蜗杆装置或齿轮减速器，所述位置传感器为电位器或轴角编码器。

在另一方面，本发明提供了一种红外热像仪校正方法。

本发明实施例的红外热像仪校正方法包括：所述镜头盖控制器控制所述镜头盖处于关闭状态，并将通过所述位置传感器获取的镜头盖状态发送到所述红外热像仪；所述温度控制器通过所述加热和制冷装置以及所述温度传感器，使所述镜头盖内表面的温度达到并保持预设低温，从而使所述红外热像仪进行该低温下的校正；所述温度控制器通过所述加热和制冷装置以及所述温度传感器，使所述镜头盖内表面的温度达到并保持预设高温，从而使所述红外热像仪进行该高温下的校正；所述镜头盖控制器控制所述镜头盖处于打开状态，并将通过所述位置传感器获取的镜头盖状态发送到所述红外热像仪，以使所述红外热像仪对场景和目标成像。

本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明实施例的红外热像仪校正装置包括：镜头盖、加热和制冷装置、温度传感器、温度控制器、驱动和传动装置、位置传感器和镜头盖控制器；其中，温度传感器设置在镜头盖内表面，用于采集镜头盖内表面不同位置点的温度；温度控制器基于温度传感器采集的温度控制加热和制冷装置对镜头盖进行加热或制冷，以使镜头盖内表面温度达到预设的校正温度；位置传感器用于测量镜头盖当前处于打开状态还是关闭状态；镜头盖控制器用于基于位置传感器测量的镜头盖状态控制驱动和传动装置对镜头盖执行打开动作或关闭动作，以使镜头盖处于目标状态。通过以上设置，可以解决红外热像仪进行非均匀性校正时，尤其是进行广泛应用的两点校正或多点校正时，需要黑体作为标准辐射源提供图像，导致校正无法随时在系统进行的问题，能够使红外热像仪具备一体化的标准辐射源，随时进行两点或多点校正。

附图说明

图1是本发明实施例中红外热像仪校正装置的第一组成示意图；

图2是本发明实施例中红外热像仪校正装置的第二组成示意图；

图3是本发明实施例中红外热像仪校正装置的第三组成示意图；

图4是本发明实施例中红外热像仪校正装置的镜头盖打开状态示意图；

图5是本发明实施例中红外热像仪校正装置的镜头盖关闭状态示意图；

图6是本发明实施例中红外热像仪校正方法的主要步骤示意图；

图7是本发明实施例中红外热像仪校正方法的执行流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是本发明实施例中红外热像仪校正装置的第一组成示意图；图2是本发明实施例中红外热像仪校正装置的第二组成示意图；图3是本发明实施例中红外热像仪校正装置的第三组成示意图；图4是本发明实施例中红外热像仪校正装置的镜头盖打开状态示意图；图5是本发明实施例中红外热像仪校正装置的镜头盖关闭状态示意图。如图1到图5所示，本发明实施例的红外热像仪校正装置可以包括：镜头盖、加热和制冷装置、温度传感器、温度控制器、驱动和传动装置、位置传感器和镜头盖控制器。

具体地，上述镜头盖用于对红外热像仪的镜头进行防护，在本发明实施例中，镜头盖为双层结构，其内表面由发射率大于预设阈值(该阈值接近于1)的高发射率材料制成，从而使镜头盖具有标准辐射源功能，以上高发射率材料可以是经过表面处理的铝合金、铜或陶瓷。

实际应用中，可以采用热传导效率高、易于进行表面发黑处理的金属材料作为镜头盖本体结构材料。优选地，可以采用重量较轻的铝合金材料。镜头盖靠近镜头一端的内层和远离镜头一端的外层中间可以设置加热和制冷装置。内层和外层的外表面均进行发黑处理，以提高表面发射率。可选地，也可采用具有更高导热率的金属铜作为镜头盖本体，也可根据需要采用具有更高表面发射率的陶瓷材料作为镜头盖内表面材料。

温度传感器设置在镜头盖内表面，用于采集镜头盖内表面不同位置点的温度。具体应用中，温度传感器设置在加热和制冷装置与镜头盖内层结构之间，与镜头盖内层结构紧密贴合以准确测量镜头盖内层温度。优选地，可以采用外型尺寸较小、热响应较快、精度能够满足需求的热电偶传感器作为温度传感器。作为一个优选方案，可以采用多个温度传感器形成分布式结构，以准确获取镜头盖内层不同位置的温度。温度传感器3也可以采用铂电阻或其它集成温度传感器。

加热和制冷装置用于对镜头盖内表面进行均匀加热或制冷，其可以设置在镜头盖两层结构的中间，并与镜头盖紧密贴合以实现良好导热。实际场景中，可以采用重量较轻、易于控制的帕尔贴制冷器作为加热和制冷装置，以实现对镜头盖内表面的加热或制冷。优选地，可以采用多个加热和制冷装置形成分布式结构，以均匀地对镜头盖内层结构进行加热或制冷。

温度控制器可以设置在红外热像仪电子舱中，其主要由温度采集模块、温度控制模块、电流控制模块等组成，能够基于温度传感器采集的镜头盖温度、并根据控制指令(可以是工作人员发出的指令，也可以是预先编写的指令)控制加热和制冷装置，使镜头盖内表面温度达到进行非均匀校正需要的校正温度，并向红外热像仪发送镜头盖内表面温度值。可以理解，由于镜头盖具有高发射率，同时其内表面温度均匀可控，因此镜头盖可以作为红外热像仪非均匀校正时所需的标准辐射源。

位置传感器能够测量镜头盖相对关闭状态的角度位置，以判断镜头盖当前处于打开状态还是关闭状态。实际应用中，当需要进行非均匀校正时，镜头盖应处于关闭状态(关闭状态为对应于校正场景的目标状态)；当需要红外热像仪成像时，镜头盖应处于打开状态(打开状态为对应于成像场景的目标状态)。

实际应用中，位置传感器可以设置在与镜头盖位置联动的合适位置，用来感应镜头盖位置是否打开或关闭。具体地，可以采用外形尺寸较小、使用简单的电位器作为位置传感器，也可采用各类轴角编码器作为位置传感器。

驱动和传动装置作为执行装置，可与镜头盖本体结构相连接，能够对镜头盖执行打开动作或关闭动作。实际应用中，可以采用直流电机和涡轮蜗杆装置作为驱动和传动装置，也可以采用步进电机或齿轮减速器等作为驱动和传动装置。

镜头盖控制器设置在红外热像仪电子舱中，可以由位置采集模块、运动控制模块、电机驱动模块等组成，用于基于位置传感器测量的镜头盖状态控制驱动和传动装置对镜头盖执行打开动作或关闭动作，以使镜头盖处于目标状态。镜头盖控制器还可以将镜头盖的状态发送到红外热像仪。

以下将介绍本发明实施例的红外热像仪校正装置的工作原理。当红外热像仪对场景和目标成像时，通过镜头盖控制器控制镜头盖处于打开状态，此时场景和目标发出的红外辐射进入红外热像仪，红外热像仪正常成像；当红外热像仪进行非均匀校正时，通过镜头盖控制器控制镜头盖处于关闭状态；当进行低温校正时，温度控制器控制加热和制冷装置工作于制冷状态下，并采集温度传感器温度值，当达到指定温度时，温度控制器控制加热和制冷装置保持温度稳定，并将温度值发送给红外热像仪，红外热像仪可开始低温校正工作；完成低温校正后，温度控制器可根据指令控制加热和制冷装置工作于加热状态下，并采集温度传感器温度值，当达到指定温度时，温度控制器控制加热和制冷装置保持温度稳定，并将温度值发送给红外热像仪，红外热像仪可开始高温校正工作；当红外热像仪完成非均匀校正后，温度控制器根据指令切断加热和制冷装置供电，以减小红外热像仪功耗，同时镜头盖控制器根据指令控制镜头盖处于打开状态，恢复到对场景和目标的正常成像状态。当红外热像仪准备关机时，镜头盖控制器根据指令控制镜头盖处于关闭状态，以保护镜头不受外界环境影响。镜头盖关闭后，如果系统断电，镜头盖仍然保持断电状态。

图6是本发明实施例中红外热像仪校正方法的主要步骤示意图；图7是本发明实施例中红外热像仪校正方法的执行流程示意图。如图6、7所示，本发明实施例的红外热像仪校正装置的红外热像仪校正方法可以执行以下步骤：

步骤S601，镜头盖控制器控制镜头盖处于关闭状态，并将通过位置传感器获取的镜头盖状态(即镜头盖已经关闭到位的信息)发送到红外热像仪。

步骤S602，温度控制器通过加热和制冷装置以及温度传感器，使镜头盖内表面的温度达到并保持预设低温，从而使红外热像仪进行该低温下的校正。在一个实施例中，根据非均匀校正的具体要求，温度控制器通过控制加热和制冷装置的电流流向和大小，控制镜头盖内表面温度在低温状态，并通过温度传感器获取镜头盖内表面温度信息。通常非均匀校正低温不高于5℃。镜头盖内表面各测温点误差满足要求后，进行该温度下的非均匀校正。

步骤S603，温度控制器通过加热和制冷装置以及温度传感器，使镜头盖内表面的温度达到并保持预设高温，从而使红外热像仪进行该高温下的校正。在一个实施例中，根据非均匀校正的具体要求，温度控制器通过控制加热和制冷装置的电流流向和大小，控制镜头盖内表面温度在高温状态，并通过温度传感器获取镜头盖内表面温度信息。通常非均匀校正高温不低于30℃。镜头盖内表面各测温点误差满足要求后，进行该温度下的非均匀校正。

步骤S604，镜头盖控制器控制镜头盖处于打开状态，并将通过位置传感器获取的镜头盖状态(即镜头盖已经打开到位的信息)发送到红外热像仪，以使红外热像仪对场景和目标正常成像。

这样，基于以上提供的红外热像仪校正装置，本发明相对于其它需要单独配置黑体进行非均匀校正的方法，提供了一种简便易行、有效且方便的非均匀测试方法。

综上所述，本发明实施例的红外热像仪校正装置包括：安装有加热及制冷装置的镜头盖、设置在镜头盖上的温度传感器、具有温度控制功能的温度控制器、具有位置检测功能的位置传感器、具有执行镜头盖开关功能的驱动和传动装置、已经具有镜头盖开关控制功能的镜头盖控制器。基于以上设置，本发明能够在为红外热像仪镜头提供防护的同时，提供一个可控温的标准辐射源，解决了红外热像仪进行非均匀校正时需要使用独立黑体作为标准辐射源的问题，使红外热像仪能够不受场地和设施的约束而随时进行非均匀校正。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。