專利名稱：單目便攜式熱磁觀察儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及熱成像技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種單目便攜式熱磁觀察儀。
背景技術(shù)：
目前現(xiàn)有的熱成像儀的探測焦平面處理的原始數(shù)字圖像經(jīng)過轉(zhuǎn)換后，由于存在混疊現(xiàn)象難免產(chǎn)生模糊、邊緣銳化差、鋸齒形凸顯。圖像銳化的主要目的在于補(bǔ)償圖像輪廓、突出圖像的邊緣信息以使圖像顯得更為清晰，從而符合人類的視覺惰性觀察習(xí)慣。圖像銳化的實(shí)質(zhì)是增強(qiáng)原圖像的高頻分量。常規(guī)的銳化算法以此為依據(jù)，對整幅圖像進(jìn)行高頻增強(qiáng)。這就產(chǎn)生了一個問題由于退化圖像的高頻分量既包含有效信息，又含有隨機(jī)噪聲，整體銳化的做法在增強(qiáng)原始信息的同時也放大了高頻噪聲，表現(xiàn)為圖像經(jīng)過銳化后出現(xiàn)明顯的毛刺噪聲。整體銳化之所以導(dǎo)致噪聲放大，原因在于將所有像素高頻分量不加區(qū)分地視 為圖像的輪廓和邊緣，而忽略了其中也包含了噪聲。目前現(xiàn)有的熱成像儀的探測器感應(yīng)出的熱電信號中有一部份的熱磁紅外交變小信號更無法進(jìn)行放大識別提取，這部份的熱磁紅外交變信號都是判斷目標(biāo)與背景介質(zhì)的細(xì)節(jié)，微弱信號通過鍺、硒玻璃物鏡輻射到VOX氧化釩焦平面陣列探測器上的，這些微弱小信號中存在著一定的低頻、中頻、高頻熱磁紅外交變信號，尤其是小于17um以下的物標(biāo)，這種信號若能拾取、進(jìn)行有效放大與整形便可在惡劣環(huán)境狀態(tài)下提高空間分辨率與溫域背景補(bǔ)差效果，提高探測器的透霧、透塵能力，一般可提高15 20%的效果。紅外探測器是紅外成像系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，但紅外圖像的非均勻性直接影響系統(tǒng)的質(zhì)量。因此解決非均勻性校正成了頭等重要的問題。盡管世界范圍內(nèi)的FPA非均勻性校正問題的研究工作、技術(shù)途徑多種多樣，但目前在商業(yè)上有推廣價值的和軍事上能夠?qū)嵱玫倪€是兩點(diǎn)法或擴(kuò)展兩點(diǎn)法和其它非線性校正方法，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)校正法、時域高通濾波器法。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于針對現(xiàn)有車載熱成像儀整體銳化噪聲大，圖像經(jīng)過銳化后出現(xiàn)明顯的毛刺噪聲等問題，提供了一種運(yùn)用同極性相位背景補(bǔ)差技術(shù)，對熱信號與磁信號的進(jìn)行疊加，增強(qiáng)了空間分辨率以及對目標(biāo)像元的邊緣銳化、非均勻校正、自動增益控制的自適應(yīng)能力的車載熱成像儀。本實(shí)用新型為實(shí)現(xiàn)上述目的采用以下技術(shù)方案—種單目便攜式熱磁觀察儀，包括主腔體、紅外熱敏感應(yīng)探測器、固定在一起的鏡頭與鏡頭罩、固定在主腔體上的用于存放電池的電池盒、固定在主腔體后端內(nèi)的目鏡組件、固定在腔體上的控制電路組件，所述紅外熱敏感應(yīng)探測器與固定在一起的鏡頭與鏡頭罩連接后置于前端主腔體內(nèi)并固定，其特征在于所述控制電路板配置有熱磁模塊，所述熱磁模塊包括順序連接A/D轉(zhuǎn)換器、磁信號增強(qiáng)模塊、邊緣銳化控制模塊、D/A轉(zhuǎn)換器、運(yùn)算放大器，所述紅外熱敏感應(yīng)探測器與A/D轉(zhuǎn)換器連接。[0008]進(jìn)一步的說，還包括設(shè)置在控制電路組件之上的控制電路板，所述控制電路板上設(shè)置有用膠體固定的橡膠按鍵。進(jìn)一步的說，所述主腔體后端設(shè)置有視頻/充電接口。進(jìn)一步的說，所述主腔體后端設(shè)置電源指示燈。進(jìn)一步的說，所述主腔體后端設(shè)置電源開關(guān)。進(jìn)一步的說，所述磁信號增強(qiáng)模塊對紅外熱敏探測器輸出的信號進(jìn)行飽和度的抽樣、對比，識別出接收到的熱磁信號強(qiáng)弱，當(dāng)紅外熱敏探測器探測到物標(biāo)與空氣介質(zhì)中的熱敏感應(yīng)信號過強(qiáng)時，由磁信號增強(qiáng)模塊輸出一個門檻箝位控制電壓，由正負(fù)反饋電路分別同時抑制探測器焦平面內(nèi)部的陣列光伏二極管的前端感應(yīng)電壓，進(jìn)行非均勻性控制。 進(jìn)一步的說，所述磁信號增強(qiáng)模塊將A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號，進(jìn)行同極性相位疊加、拉普拉斯濾波變換、中值濾波加權(quán)處理以達(dá)到降噪效果，隨后再將降噪處理后的信號進(jìn)行LC耦合振蕩調(diào)制以獲取熱紅外視頻中的高頻、中頻、低頻，再將這些磁信號進(jìn)行反相放大、鑒相處理，并與A/D轉(zhuǎn)換器輸出的信號進(jìn)行同極性視頻信號二次疊加、整形放大。進(jìn)一步的說，所述邊緣銳化控制模塊先用導(dǎo)數(shù)方法檢出磁信號增強(qiáng)模塊輸出的圖像梯度信息，進(jìn)而設(shè)定門限，將幅值最大的一部分梯度位置視為圖像的邊緣和輪廓，再以梯度二值化信息為依據(jù)，對原始圖像進(jìn)行兩種高頻分量增強(qiáng)，最后通過邊緣銳化算法增強(qiáng)圖像邊緣和輪廓，輸出最終的圖像信號。進(jìn)一步的說，運(yùn)算放大器將D/A轉(zhuǎn)換器輸出的模擬信號進(jìn)行相位判別運(yùn)算，同極性信號進(jìn)行放大，最終輸出增強(qiáng)后的視頻信號。本實(shí)用新型具有以下有益效果一、本實(shí)用新型運(yùn)用同極性相位背景補(bǔ)差技術(shù)，進(jìn)行熱信號與磁信號的疊加，增強(qiáng)了空間分辨率以及對目標(biāo)像元的邊緣銳化、非均勻校正、自動增益控制的自適應(yīng)能力，可用于全天時全天候偵察，有效提高偵察部(分)隊(duì)的偵察作戰(zhàn)能力。二、本實(shí)用新型通過熱磁信號增強(qiáng)模塊還原出微弱的視頻分量中的熱磁交變信號，提高探測器的空間與溫差背景的分辨率。在極限范圍內(nèi)提高了探測器在惡劣環(huán)境中的寬動態(tài)透霧、透塵功能，使發(fā)現(xiàn)目標(biāo)辨認(rèn)距離得到了提高。三、本實(shí)用新型邊緣銳化控制模塊使用邊緣檢測算法檢出圖像的所有邊緣信息，所在的相位與極性信息進(jìn)而設(shè)定閾值判決哪些是真正的邊緣，哪些應(yīng)被視為噪聲信息，最后對認(rèn)定為邊緣的像素進(jìn)行微積分卷積碼冗余度差錯控制銳化，從而認(rèn)定為邊緣的像素則保持原狀達(dá)到邊緣清淅處理。該算法形成的電路模塊有很強(qiáng)的增強(qiáng)圖像邊緣和輪廓的能力，同時不會對圖像產(chǎn)生噪聲失真。四、本實(shí)用新型非均勻性增益控技術(shù)的使用避免了因外界復(fù)雜環(huán)境因素的非均勻信號過強(qiáng)造成燒壞焦平面陣列探測器、有效克服了環(huán)境因素造成焦平面探測器出現(xiàn)死像元(盲元)，提高了焦平面探測器的壽命，有效避免了強(qiáng)光、強(qiáng)磁環(huán)境下對探測器的損傷。

圖I為本實(shí)用新型整體裝配圖；圖2為本實(shí)用新型熱磁成像模塊組成方框圖；圖中主腔體-I、紅外熱敏感應(yīng)探測器_2、目鏡組件_3、控制電路組件-4、電池盒-5、電池-6、電池蓋板_7、控制電路板_8、橡膠按鍵_9、視頻輸出/充電接口 -10、電源開關(guān)-11、鏡頭-12、鏡頭罩-13、鏡頭罩前端蓋-14。
具體實(shí)施方式
熱磁成像儀在原有的紅外熱成像技術(shù)基礎(chǔ)上，運(yùn)用同極性相位背景補(bǔ)差技術(shù)，進(jìn)行熱信號與磁信號的疊加，增強(qiáng)了空間分辨率 以及對目標(biāo)像元的邊緣銳化、非均勻校正、自動增益控制的自適應(yīng)能力，可用于全天時全天候偵察，有效提高偵察部(分)隊(duì)的偵察作戰(zhàn)能力。一種單目便攜式熱磁觀察儀，包括主腔體、紅外熱敏感應(yīng)探測器、固定在一起的鏡頭與鏡頭罩、固定在主腔體上的用于存放電池的電池盒、固定在主腔體后端內(nèi)的目鏡組件、固定在腔體上的控制電路組件，所述紅外熱敏感應(yīng)探測器與固定在一起的鏡頭與鏡頭罩連接后置于前端主腔體內(nèi)并固定，其特征在于所述控制電路板配置有熱磁模塊，所述熱磁模塊包括順序連接A/D轉(zhuǎn)換器、磁信號增強(qiáng)模塊、邊緣銳化控制模塊、D/A轉(zhuǎn)換器、運(yùn)算放大器，所述紅外熱敏感應(yīng)探測器與A/D轉(zhuǎn)換器連接。如圖I所示，將紅外熱敏感應(yīng)探測器和熱磁、數(shù)傳、聚焦組成的控制電路組件連接后置入主腔體，用M3*8的螺釘將其固定,然后將鏡頭和鏡頭罩用M3*4的螺釘固定。進(jìn)一步的說，將紅外熱敏感應(yīng)探測器和熱磁、數(shù)傳、聚焦組成的控制電路組件連接體置入主腔體，用M3*8的螺釘固定。進(jìn)一步的說，將鏡頭與鏡頭罩連接后，用M3*6的螺釘固定，并蓋上鏡頭罩前蓋。進(jìn)一步的說，將控制電路板置于控制電路組件之上，并用M3*4的螺釘固定在主腔體上。進(jìn)一步的說，將橡膠按鍵用膠體固定在控制電路板上。進(jìn)一步的說，將視頻/充電接口用M3*4的螺釘固定在主腔體上。進(jìn)一步的說，將電源指示燈連接于主腔體上。進(jìn)一步的說，將電源開關(guān)用M3*4的螺釘固定在主腔體上。進(jìn)一步的說，將目鏡組件用M3*4的螺釘固定在主腔體上。進(jìn)一步的說，將電池盒用M3*4的螺釘固定在主腔體上。進(jìn)一步的說，將電池置入電池盒中。進(jìn)一步的說，用電池蓋板附于電池盒上并用M3*4的螺釘固定。本實(shí)用新型其工作原理步驟為(I)被判斷的物標(biāo)與空氣介質(zhì)背景補(bǔ)差的熱紅外輻射信號與熱磁交變信號，通過鍺、硒玻璃物鏡輻射到紅外熱敏探測器，紅外熱敏探測器將感應(yīng)到的熱紅外輻射信號和熱磁信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，形成模擬信號；(2 )前述信號進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；(3)磁信號增強(qiáng)模塊將步驟(2)中輸出的數(shù)字信號，通過同極性相位疊加、拉普拉斯濾波變換、中值濾波加權(quán)進(jìn)行降噪處理；(4)將前述經(jīng)過降噪處理后的信號通過LC耦合振蕩調(diào)制以獲取熱紅外視頻中的高頻(波長12 14. 5um)、中頻(波長9. 5 12um)、低頻(波長7. 2 9. 5um)磁信號，再將這些磁信號進(jìn)行反相放大、鑒相處理，并與步驟(2)輸出的信號進(jìn)行同極性視頻信號二次疊力口、整形放大，輸出增強(qiáng)后的視頻信號；(5)前述信號進(jìn)入邊緣銳化控制模塊，先使用邊緣檢測算法檢出圖像的所有邊緣信息，最后對認(rèn)定為邊緣的像素進(jìn)行微積分卷積碼冗余度差錯控制銳化處理，輸出銳化后的視頻信號；( 6 )前述信號進(jìn)入D/A轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換；(7)運(yùn)算放大器將模擬信號進(jìn)行相位判別運(yùn)算，同極性信號進(jìn)行放大，最終輸出增強(qiáng)后的視頻信號。進(jìn)一步的說，所述磁信號增強(qiáng)模塊對步驟(2)輸出的信號進(jìn)行飽和度的抽樣、對t匕，識別出接收到的熱磁信號強(qiáng)弱，當(dāng)紅外熱敏探測器探測到物標(biāo)與空氣介質(zhì)中的熱敏感 應(yīng)信號過強(qiáng)時，由磁信號增強(qiáng)模塊輸出一個門檻箝位控制電壓，由正負(fù)反饋電路分別同時抑制探測器焦平面內(nèi)部的陣列光伏二極管的前端感應(yīng)電壓。這樣由電子快門自動增益方式控制使停頓時間降到15毫秒(m/s)內(nèi)，滿足視覺惰性達(dá)到視覺連續(xù)要求O 25幀/秒)。這種處理方式既避免了因外界復(fù)雜環(huán)境因素的非均勻信號過強(qiáng)造成燒壞焦平面陣列探測器的情況，同時保證了視頻的連續(xù)性。進(jìn)一步的說，所述步驟(5)邊緣銳化控制模塊先用導(dǎo)數(shù)方法檢出圖像梯度信息，進(jìn)而設(shè)定門限，將幅值最大的一部分梯度位置視為圖像的邊緣和輪廓，再以梯度二值化信息為依據(jù)，對原始圖像進(jìn)行兩種高頻分量增強(qiáng)，最后通過邊緣銳化算法增強(qiáng)圖像邊緣和輪廓，輸出最終的圖像信號。一種熱磁成像裝置，包括紅外熱敏探測器、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、運(yùn)算放大器，其特征在于，還包括磁信號增強(qiáng)模塊、邊緣銳化控制模塊，所述紅外熱敏探測器、A/D轉(zhuǎn)換器、磁信號增強(qiáng)模塊、邊緣銳化控制模塊、D/A轉(zhuǎn)換器、運(yùn)算放大器順序連接。進(jìn)一步的說，所述磁信號增強(qiáng)模塊對紅外熱敏探測器輸出的信號進(jìn)行飽和度的抽樣、對比，識別出接收到的熱磁信號強(qiáng)弱，當(dāng)紅外熱敏探測器探測到物標(biāo)與空氣介質(zhì)中的熱敏感應(yīng)信號過強(qiáng)時，由磁信號增強(qiáng)模塊輸出一個門檻箝位控制電壓，由正負(fù)反饋電路分別同時抑制探測器焦平面內(nèi)部的陣列光伏二極管的前端感應(yīng)電壓。進(jìn)一步的說，所述磁信號增強(qiáng)模塊將A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號，進(jìn)行同極性相位疊加、拉普拉斯濾波變換、中值濾波加權(quán)處理以達(dá)到降噪效果，隨后再將降噪處理后的信號進(jìn)行LC耦合振蕩調(diào)制以獲取熱紅外視頻中的高頻、中頻、低頻，再將這些磁信號進(jìn)行反相放大、鑒相處理，并與紅外熱敏探測器輸出的信號進(jìn)行同極性視頻信號二次疊加、整形放大。進(jìn)一步的說，所述邊緣銳化控制模塊先用導(dǎo)數(shù)方法檢出磁信號增強(qiáng)模塊輸出的圖像梯度信息，進(jìn)而設(shè)定門限，將幅值最大的一部分梯度位置視為圖像的邊緣和輪廓，再以梯度二值化信息為依據(jù)，對原始圖像進(jìn)行兩種高頻分量增強(qiáng)，最后通過邊緣銳化算法增強(qiáng)圖像邊緣和輪廓，輸出最終的圖像信號。進(jìn)一步的說，運(yùn)算放大器將D/A轉(zhuǎn)換器輸出的模擬信號進(jìn)行相位判別運(yùn)算，同極性信號進(jìn)行放大，最終輸出增強(qiáng)后的視頻信號。邊緣銳化處理在拉普拉斯算子方式的基礎(chǔ)上，采用了梯度微積分等效面積同極性相位的像元疊加，同時采用了中值加權(quán)濾波電路。有效克服了在邊緣銳化的同時，降低了噪聲系數(shù)與邊緣鋸齒波的凸顯。[0054]邊緣檢測圖像銳化算法模塊原理圖像銳化是一種補(bǔ)償輪廓、突出邊緣信息以使圖像更為清晰的處理方法。銳化的目標(biāo)實(shí)質(zhì)增強(qiáng)原始圖像的高頻成分。常規(guī)的銳化算法對整幅圖像進(jìn)行高頻增強(qiáng)，結(jié)果呈現(xiàn)明顯噪聲。為此，在對銳化原理進(jìn)行深入研究處理的基礎(chǔ)上，采用邊緣檢測算法檢出邊緣高頻信息，然后根據(jù)檢出的邊緣對圖像進(jìn)行高頻增強(qiáng)的方法，有效地解決了圖像銳化后的噪聲問題，從而提高圖像清晰度。為此本電路是一種基于邊緣檢測的圖像銳化方法，在實(shí)現(xiàn)銳化的同時，增加了一個特殊有效方案避免了放大噪聲的問題?，F(xiàn)有整體銳化(銳化算法方程)相對加強(qiáng)高頻成分的方法在空間域上較常用的時反銳化掩模法。該方法在計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)起來很方便，其基本算法如下g (x, y)=f (x, y)+C[f (x，y)_l (x, y)](I)其中f (x，y)為原始圖像；I (x, y)是用人為方法模糊f (X，y)所得到的圖像；C是常數(shù)，用以控制圖像的銳化程度。式(I)中第二項(xiàng)的差值消除了原始圖像的大部分低頻成分，而較完整地保留了高頻部分。因此，在第一項(xiàng)上疊加此差值的C倍，將增強(qiáng)圖像的高頻分量，而低頻部分幾乎不受影響。在實(shí)現(xiàn)時，I (x,y)可用簡單局部平均法計(jì)算，領(lǐng)域尺寸取3X3窗口，掩模為
權(quán)利要求1.一種單目便攜式熱磁觀察儀，包括主腔體、紅外熱敏感應(yīng)探測器、固定在一起的鏡頭與鏡頭罩、固定在主腔體上的用于存放電池的電池盒、固定在主腔體后端內(nèi)的目鏡組件、固定在腔體上的控制電路組件，所述紅外熱敏感應(yīng)探測器置于前端主腔體內(nèi)并與鏡頭罩連接后固定，其特征在于所述控制電路板配置有熱磁模塊，所述熱磁模塊包括順序連接A/D轉(zhuǎn)換器、磁信號增強(qiáng)模塊、邊緣銳化控制模塊、D/A轉(zhuǎn)換器、運(yùn)算放大器，所述紅外熱敏感應(yīng)探測器與A/D轉(zhuǎn)換器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種單目便攜式熱磁觀察儀，其特征在于還包括設(shè)置在控制電路組件之上的控制電路板，所述控制電路板上設(shè)置有用膠體固定的橡膠按鍵。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種單目便攜式熱磁觀察儀，其特征在于所述主腔體后端設(shè)置有視頻/充電接口。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種單目便攜式熱磁觀察儀，其特征在于所述主腔體后端設(shè)置電源指示燈。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種單目便攜式熱磁觀察儀，其特征在于所述主腔體后端設(shè)置電源開關(guān)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及熱成像技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種單目便攜式熱磁觀察儀，包括主腔體、紅外熱敏感應(yīng)探測器、固定在一起的鏡頭與鏡頭罩、固定在主腔體上的用于存放電池的電池盒、固定在主腔體后端內(nèi)的目鏡組件、固定在腔體上的控制電路組件，所述紅外熱敏感應(yīng)探測器與固定在一起的鏡頭與鏡頭罩連接后置于前端主腔體內(nèi)并固定，所述控制電路板配置有熱磁模塊，所述熱磁模塊包括順序連接A/D轉(zhuǎn)換器、磁信號增強(qiáng)模塊、邊緣銳化控制模塊、D/A轉(zhuǎn)換器、運(yùn)算放大器，所述紅外熱敏感應(yīng)探測器與A/D轉(zhuǎn)換器連接。本實(shí)用新型可用于全天時全天候偵察，有效提高偵察部隊(duì)的偵察作戰(zhàn)能力。
文檔編號G01J5/00GK202522323SQ201220150170
公開日2012年11月7日 申請日期2012年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月11日
發(fā)明者張蔚楠, 李東方, 李建友, 胡海, 陳昌志 申請人:四川省眾望科希盟科技有限公司