本发明专利技术公开了一种手持式红外热像仪，包括分色滤光片（400），用于将目标光源中的8-14μm红外光与0.4-0.7μm可见光分开，所述分色滤光片（400）在非制冷红外探测器（102）、目标光源（500）之间，三者在同面同轴上构成同轴光路结构。目标光源经分色滤光片（400），将可见光反射至可见光系统（200）中的电荷耦合器件CCD（202），红外线透射至非制冷红外探测器（102）。本发明专利技术解决了传统热像仪旁轴光路探测所产生的相差问题，弥补了近距离小目标探测时图外图像与可见光图像无法配准的缺陷。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种红外热像仪，确切地说涉及一种手持式红外热像仪。
技术介绍
自然界的各种物体都呈现出一定的温度，而物体的温度往往能够反映出它处的物理状态。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密切相关。因此可以通过物体红外辐射的测量，根据红外辐射与温度的对应关系，来确定物体表面的温度。一般，温度越高，红外辐射越强。这种非接触式的红外辐射测温方法与接触式的方法相比有极大的优势，例如可以适应不同的测量环境，所测物体的温度可以很高等。红外热像仪作为一种将光、机、电技术融为一体的高新技术产品，将人眼不可见的温度分布(红外波段0. 9 14微米)通过光电转换成人眼熟悉的灰度图像或者是人工彩色图像，这一光电转换过程扩大了人眼的光谱响应波段、增加了人获取信息的能力。影响红外热像仪目标红外辐射的因素很多，且红外图像不如可见光那样能够清晰地反应出物体的大小、颜色、形状、位置等信息，于是将电荷耦合器件tXD(Charge-C0Upled Device)与红外热像仪结合成为发展趋势。根据致冷需求，可分为制冷和非制冷红外热像仪。这两种红外热像仪存在以下不足。①以光子探测为代表的制冷型红外热像仪虽已经应用于通信、医学、军事和工业等诸多领域，但因其严苛的低温制冷工作环境，造成系统庞大、结构复杂且成本偏高，从而无法大规模的推广应用。②传统手持式红外热像仪的非制冷红外焦平面与可见光CCD感光面置于同面不同轴的位置，正如旁轴取景数码相机的缺点一样，热像仪的CCD可见光图像与红外图像各自在不同的成像光路上，即存在相差。当观察者应用显示设备观察可见光图与红外图像叠加时或画中画时，由于旁轴光路的相差原因，可见光与红外图像的中心与边缘部分接合不正确，即使采用软件进行图像配准纠正处理，程序复杂且存在信息丢失、图像失配等缺点， 尤其是在探测近距离小物体时图像失配情况更加明显。③传统的红外热像仪，由于材料及工艺水平的限制，非制冷红外焦平面普遍存在均勻性差等缺点，使得红外图像动态范围窄、成像不清晰。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，解决针对制冷型红外热像仪系统庞大、结构复杂且成本偏高， 无法大规模的推广应用和非制冷红外焦平面手持式热像仪存在相差导致的信息丢失、图像失配以及因材料、工艺水平所带来的红外图像动态范围低、成像不清晰等问题。本明提供一种手持式非制冷热像仪。本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案是一种手持式红外热像仪，包括红外系统、可见光系统、照明系统、FPGA模块、存储器，其特征是红外系统中的非制冷红外探测器IRFPA与目标光源处在同面同轴，在非制冷红外探测器IRFPA与目标光源两者之间设置有分色滤光片，目标光源经分色滤光片，将可见光反射至可见光系统中的电荷耦合器件(XD，红外线透射至非制冷红外探测器IRFPA。本专利技术中所述的分色滤光片能将0. 4 0. 7um和8 14um的光谱分开。本专利技术中所述红外系统中的非制冷红外探测器采用384X288焦平面阵列，像元 35umX35um，光谱响应范围为8 14um。红外系统中的红外镜头采用三片锗透镜组合式可调焦镜头，透过波长对应8 14um，焦距35mm。本专利技术中所述可见光的可见光CXD采用高清晰520线SONY摄像头模组，图像传感器尺寸为1/3英寸，PAL制式有效像素为752(H) X 582 (V)。可见光镜头根据红外探测的空间分辨率和视场角及图像叠加的比例，选配焦距6mm或12mm。本专利技术中为方便可见光电荷耦合器件CXD夜间正常工作，配备LED光源。本专利技术的有益效果①结合分色滤光片的分光技术，解决了传统红外热像仪旁轴光路探测所产生的相差问题，弥补了近距离小目标探测时图外图像与可见光图像无法配准的缺陷。②本专利技术系统简小、结构简单、成本低、可大规模推广应用。③本专利技术所测得到的红外图像动态范围高、成像更清晰。附图说明图1本专利技术手持式红外热像仪同轴光路结构图； 图2传统手持式红外热像仪旁轴光路结构图3手持式红外热像仪系统框图； 图4分色滤光片400 700nm波段反射光谱； 图5分色滤光片8 14um波段透射光谱； 图6 CXD感光像元； 图7全红外图像显示数据截取； 图8 6mm镜头全可见光图像显示数据截取； 图9 12mm镜头全可见光图像显示数据截取； 图10可见光背景、红外画中画显示数据截取； 图11红外背景、可见光画中画显示数据截取。具体实施例方式下面将结合附图及具体实施方式对本专利技术作进一步的描述。图3示出了手持式红外热像仪系统框图。如图3所示，该红外热像仪包括红外系统 (100)、可见光系统(200)、照明系统(300)、FPGA模块、存储器、显示屏IXD模块。红外系统 (100)由红外镜头(101)、红外焦平面阵列探测器IRFPA (102)、数模转换芯片(103)组成。 红外镜头(101)用于接收被测物体的红外辐射；红外焦平面阵列探测器IRFPA (102)把通过红外镜头的红外辐射转换成模拟量的电信号，数模转换芯片(103)将模拟量的电信号转换成数字量的电信号，再传送至FPGA模块。为了保证同轴光路结构的手持式红外热像仪能够实现全红外图像、全可见光图像以及红外/可见图像叠加功能的实现，需要反射率及透过率都比较理想的分色滤光片。根据非制冷红外探测器性能参数选择合适的红外镜头，同时计算红外系统的视场角及空间分辨率，并以相应的可见/红外图像分辨率选择可见光CCD系统以及不同的CCD镜头。空间分辨率是指能够识别的两个相邻目标的最小距离，是评定红外热像仪的重要指标，代表红外热像仪的最小分辨单元，空间分辨率=像素间距(Pixel Size)/镜头焦距(Lens Focal Length)。实施例一本专利技术的同轴光路结构要求目标发出的光源既要被CCD可见光感光面接收，同时又要被非制冷红外焦平面接收，这就需要将可见光与远红外光分开的特定波段带通滤光片。作为优选之一采用高透8 14um红外、高反0. 4 0. 7um可见光的分色滤光片，该分色滤光片用锗作为常用的镀膜基底，％F3作为低折射率薄膜材料，ZnS作为高折射率薄膜材料，利用长波通干涉截止滤光片的设计原理，将规整的λ /4多层介质膜叠加，得到很高的可见光反射率；同时设计膜系，使得远红外透射率也能达到要求。目标光源经该分色滤光片后，短波部分光谱如图4所示(分光光度计测得)，长波部分光谱如图5所示(傅里叶红外光谱仪测得)，反射率及透过率都比较理想，符合分光要求。实施例二由于人眼的最小分辨率约为0. 5mrad。所以红外系统的空间分辨率大于0. 5mrad。作为优选之一本专利技术的红外系统的空间分辨率为lmrad，非制冷红外探测器102采用的是 384X288焦平面阵列(像元的尺寸为35X35um，视场角X18° );红外镜头101采用的是焦距为35mm的电动调焦红外镜头。实施例三在本明中可见光系统O00)的空间分辨率应与红外系统探测目标的空间分辨率Imrad 成比例关系即当图像叠加时可见图像像素与红外图像像素比为1:1时，可见光系统的空间分辨率相应为Imrad ；当可见光像素与红外图像像素比为1 4时，可见光系统的空间分辨率则达到0. 5mrad。作为优选之一可见光系统200中的可见光(XD202采用的是1本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘子骥，姜宇鹏，辛勇明，王然，李伟，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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