具有图形温度曲线的热成像相的制造方法

具有图形温度曲线的热成像相的制造方法
【专利摘要】使用热成像相机监测对象的随时间推移的温度的方法和设备。所述方法和设备可以选择的时间间隔在场景内从所选择的温度数据源收集红外温度数据，并在数字显示器上显示所收集的温度数据的图形曲线。
【专利说明】具有图形温度曲线的热成像相机
【背景技术】
[0001]在各种情况下均使用热成像相机。例如，在维修检查期间经常使用热成像相机来对设备进行热检查。这种设备可包括旋转机械、电器面板、或成排的断路器、其它类型的设备。热检查可以检测诸如过热机械或电气元件的设备热点，有助于确保在出现更严重的问题之前及时地维修或更换过热设备。
[0002]取决于相机的配置，热成像相机也可生成同一对象的可见光图像。相机可以协作方式显示红外图像和可见光图像，例如以帮助操作人员解释由热成像相机所生成的热图像。不同于通常在不同对象之间提供良好对比度的可见光图像，与真实世界场景相比通常难以识别和区分热图像中的不同特征。出于该原因，操作人员会依赖于可见光图像来帮助解释和聚焦热图像。
[0003]在热成像相机配置成生成热图像和可见光图像的应用中，相机会包括两组独立的光学系统:可见光光学系统和红外光学系统，其中可见光光学系统将可见光聚焦于可见光传感器上以便生成可见光图像，并且红外光学系统将红外辐射聚焦于红外传感器上以便生成红外图像。适当地配置这些套光学系统的各套光学系统可决定操作人员使用热成像相机的难易程度以及由热成像相机所生成的可见光图像与红外图像的质量。
[0004]在某些情况下，通过使用热成像相机目视观察实时图像或保存的红外图像会难以检测到温度的变化。例如，如果对象通常在升高的温度下工作，会难以检测到已经变热对象的温度升高。此外，如果随时间段缓慢地发生温度变化，或者如果只是间歇性地发生温度变化，仅仅通过目视观察图像也会难以注意到热图像中的变化。在这种情况下，如果在使用热成像相机的时间内具有更好的方式来监测和检测温度变化将是有利的。此外，关于实时图像的仅以数字形式可用的某些参数，如最小或最大温度或中心框平均温度，不容易由人眼监测到随时间的变化。

【发明内容】

[0005]总体上，本公开涉及热成像相机，其收集温度数据并将温度数据显示为图形曲线。
[0006]本发明的某些实施例提供使用热成像相机监测对象的随时间推移的温度的方法。该方法包括定位所述热成像相机，其中将所述热成像相机聚焦于一场景，所述热成像相机包括数字显示器和存储器。该方法还包括在所述数字显示器上显示所述场景的红外图像，从所述数字显示器上的所述红外图像选择温度数据源，以及选择用于从所选择的温度数据源收集温度数据的时间间隔。该方法还可包括以所选择的时间间隔从所选择的温度数据源收集温度数据，在所述数字显示器上显示所收集的温度数据的图形曲线，以及将所述图形曲线或所收集的温度数据存储于所述热成像相机的所述存储器中。
[0007]另外，本发明的某些实施例提供使用热成像相机监测对象的随时间推移的温度的方法。该方法包括定位所述热成像相机，其中将所述热成像相机聚焦于一场景，所述热成像相机包括数字显示器和存储器。该方法还可包括在所述数字显示器上显示所述场景的红外图像，从所述红外图像选择温度数据源包括选择全部所述红外图像、选择少于全部所述红外图像的一部分所述红外图像或者选择所述红外图像上的离散点。该方法还可包括选择用于从所选择的温度数据源收集温度数据的时间间隔，以所选择的时间间隔从所选择的温度数据源收集温度数据，以及在所述数字显示器上显示所收集的温度数据的图形曲线，其中，以所选择的时间间隔将所收集的温度数据作为数据点显示，并且连接所述数据点以构成表示随时间推移的温度的图线。该方法还可包括将所述图形曲线或所收集的温度数据存储于所述热成像相机的所述存储器中。
[0008]此外，本发明的某些实施例可提供一种热成像相机，其包括红外相机模块、可见光相机模块、数字显示器、处理器和存储器。在这样的实施例中，数字显示器可配置成显示场景的红外图像，并且允许用户从红外图像选择温度数据源。该处理器可配置成以由用户选择的时间间隔从所选择的温度数据源收集温度数据并且生成随时间推移的所收集的温度数据的图形曲线，以及数字显示器进一步配置成显示图形曲线。存储器可配置成存储图形曲线或所收集的温度数据。
[0009]在附图和下面的描述中阐述一个或多个实施例的细节。从说明书、附图以及从权利要求将明了其它特征、目的和优点。
【专利附图】

【附图说明】
[0010]图1是根据一些实施例的热成像相机的透视前视图；
[0011]图2是图1所示热成像相机的透视后视图；
[0012]图3是示出根据一些实施例的热成像相机的组件的功能框图；
[0013]图4A至图4D是在热成像相机的显示器上示出的样本图像，其示出可见光图像和红外图像的画中画型同时显示，并示出根据一些实施例的所选定的红外数据源；
[0014]图5是根据一些实施例的使用热成像相机的方法的流程图；以及
[0015]图6是根据一些实施例的图形温度曲线的示例。
【具体实施方式】
[0016]下面的详细描述本质上是示例性的，且并不旨在以任何方式限制本发明的范围、应用性或配置。相反，下面的描述为实施各种实施例提供一些实践意义上的解释说明。对所选元件提供构造、材料、尺寸和制造工艺的示例，以及所有其它元件采用对于本发明领域内的那些普通技术人员而言已知的构造、材料、尺寸和制造工艺。本领域技术人员将认识到一些特定示例具有各种合适的替代方案。
[0017]热成像相机可用于检测所观察场景内的热模式。热成像相机可检测到由场景发出的红外辐射，并将红外辐射转换成表示热模式的红外图像。在一些示例中，热成像相机也可从场景捕获可见光以及将可见光转换成可见光图像。取决于热成像相机的配置，相机可包括用于将红外辐射聚焦到红外传感器上的红外光学系统和用于将可见光聚焦到可见光传感器上的可见光光学系统。
[0018]为了帮助用户观察场景中的温度变化，热成像相机可针对正在由相机监测的场景提供表示温度数据随时间变化的图形温度曲线，且该温度曲线可显示在相机的显示器上。这种图形温度曲线可包括红外图像中特定点(诸如图像的中心点或由用户所选定的不同的个别点)的温度，或可包括来自图像的特定区域或部分的信息，诸如该区域内的平均温度、最小温度和/或最大温度。用于图形温度曲线的温度数据可以连续地收集或以完全可调的间隔和持续时间来收集，从而使得温度变化对于操作人员而言更容易明了和/或由此可识别这种变化的时间。此外，可连续地保存图形数据，因此如果在间隔期间的任意时刻捕获图像，则对于完整间隔而言的图形可与红外图像文件相关联/附加到红外图像文件。
[0019]图1和图2分别示出示例性热成像相机100的前和后透视图，其包括壳体102、红外透镜组件104、可见光透镜组件106、显示器108、激光器110、以及触发控制器112。壳体102容纳热成像相机100的各个组件。热成像相机100的底部包括用于通过一只手握住和操作相机的手柄。红外透镜组件104接收来自场景的红外辐射，并且将辐射聚焦于红外传感器上，以生成场景的红外图像。可见光透镜组件160接收来自场景的可见光并且将可见光聚焦于可见光传感器上，以生成同一场景的可见光图像。热成像相机100响应于按压触发控制器112来捕获可见光图像和/或红外图像。此外，热成像相机100控制显示器108以便显示由相机生成的红外图像和可见光图像，例如，以帮助操作员对场景进行热检查。热成像相机100还包括耦接到红外透镜组件104的聚焦机构，其配置成移动红外透镜组件的至少一个透镜以便调节由热成像相机生成的红外图像的聚焦。
[0020]在操作中，热成像相机100通过接收以红外波长光谱从场景发射的能量并处理红外能量以生成热图像并且生成图形温度曲线来检测场景中的热模式。热成像相机100也可通过接收可见光波长光谱能量并处理可见光能量以生成可见光图像来生成同一场景的可见光图像。正如下面更详细描述的，热成像相机100可包括配置成捕获场景的红外图像的红外相机模块和配置成捕获同一场景的可见光图像的可见光相机模块。红外相机模块可接收通过红外透镜组件104投射的红外辐射并由此生成红外图像数据和图形温度曲线。可见光相机模块可接收通过可见光线透镜组件106投射的光并由此生成可见光数据。
[0021 ] 在一些示例中，热成像相机100基本同时(例如，在同一时间)收集或捕获红外能量和可见光能量，使得由相机基本在同一时间生成同一场景的可见光图像和红外图像。在这些示例中，由热成像相机100生成的红外图像表示在特定时间段内在场景内的局部温度，而由相机生成的可见光图像表示同一时间段的同一场景。在其它示例中，热成像相机可在不同的时间段捕获来自场景的红外能量和可见光能量。
[0022]可见光透镜组件106包括将可见光能量聚焦于可见光传感器上以生成可见光图像的至少一个透镜。可见光透镜组件106限定通过组件的至少一个透镜的曲率中心的可见光光轴。可见光能量投射通过透镜的前部且聚焦于透镜的相对侧上。可见光透镜组件106可包括单个透镜或连续布置的多个透镜(例如，两个，三个，或多个透镜)。此外，可见光透镜组件106可具有固定焦距，或可包括用于改变可见光光学系统的聚焦的聚焦调节机构。在其中可见光透镜组件106包括聚焦调节机构的示例中，聚焦调节机构可以是手动调节机构或自动调节机构。
[0023]红外透镜组件104还包括将红外能量聚焦于红外传感器上以生成热图像以及生成用于图形温度曲线的数据的至少一个透镜。红外透镜组件104限定通过组件的透镜曲率中心的红外光轴。在操作过程中，红外能量引导通过透镜的前部并聚焦于透镜的相对侧上。红外透镜组件104可包括单个透镜或可连续布置的多个透镜(例如，两个，三个，或多个透镜)。
[0024]如上面简要描述的，热成像相机100包括用于调节由相机捕获的红外图像的聚焦的聚焦调节机构。在图1和图2所示的示例中，热成像相机100包括聚焦环114。聚焦环114可操作地耦接(例如，机械和/或电耦接)到红外透镜组件104的至少一个透镜且配置成将所述至少一个透镜移动到各个聚焦位置，以便聚焦由热成像相机100捕获的红外图像。聚焦环114可绕壳体102的至少一部分手动旋转以便移动聚焦环所可操作地耦接的所述至少一个透镜。在一些示例中，聚焦环114也可操作地耦接到显示器108，使得聚焦环114的旋转使同时显示在显示器108上的可见光图像的至少一部分和红外图像的至少一部分相对于彼此移动。在不同的示例中，热成像相机100可包括手动聚焦调节机构，其以不同于聚焦环114的配置来实施。
[0025]在一些示例中，热成像相机100可包括除了手动调节聚焦机构之外的或代替它的自动调节聚焦机构。自动调节聚焦机构可操作地耦接到红外透镜组件104的至少一个透镜且配置成例如响应于来自热成像相机100的指令来自动地将至少一个透镜自动地移动到各个聚焦位置。在这种示例的一种应用中，热成像相机100可使用激光器110以电子测量目标场景中的对象和相机之间的距离(称为到目标的距离)。然后热成像相机10控制自动调节聚焦机构，以便将红外透镜组件104的至少一个透镜移动到对应于由热成像相机100确定的到目标的距离数据的聚焦位置。聚焦位置可对应于到目标的距离数据，因为聚焦位置可配置成将目标场景中的对象放置在聚焦的确定距离处。在某些示例中，由自动调节聚焦机构设定的聚焦位置可由操作人员手动控制，例如，通过旋转聚焦环114。
[0026]如由激光器110测得的到目标的距离数据可被存储且与相应的捕获图像相关联。对于使用自动聚焦捕获的图像而言，将作为聚焦过程的一部分来收集该数据。在一些实施例中，当捕获图像时，热成像相机也将检测并保存到目标的距离数据。当捕获图像时，通过使用激光器110或者替代地，通过检测透镜位置并且将该透镜位置与关联于该透镜位置的已知到目标的距离相互关联而由热成像相机获得该数据。到目标的距离数据可由热成像相机100用于指导用户将相机定位到距离目标的相同距离处，诸如通过基于当用户重新定位相机时获得的激光测量来指导用户更靠近或更远离目标移动，直到获得与较早图像相同的到目标的距离。热成像相机还可自动地将透镜设定到与较早图像中所使用的相同位置，或者可指导用户重新定位透镜，直到获得初始透镜设定。
[0027]在热成像相机100的操作过程中，操作人员会希望查看由相机生成的场景的热图像和/或同一场景的可见光图像和/或红外数据的图形曲线。由于该原因，热成像相机100可包括显示器。在图1和图2的示例中，热成像相机100包括显示器108，其位于与红外透镜组件104和可见光透镜组件106相对的壳体102的后部。显示器108可配置成显示由相机生成的可见光图像、红外图像、同时显示可见光图像和红外图像的融合图像和/或红外数据的图形曲线。在不同的示例中，显示器108可远离(例如，独立于)热成像相机100的红外透镜组件104和可见光透镜组件106，或显示器108可相对于红外透镜组件104和/或可见光透镜组件106处于不同的空间布置。因此，虽然图2中示出显示器108位于红外透镜组件104和可见光透镜组件106的后面，但是对于显示器108而言其它位置也是可能的。
[0028]热成像相机100可包括用于控制相机的操作和调节相机的不同设定的各种用户输入媒介。示例性的控制功能可包括调节红外和/或可见光光学系统的聚焦、打开/关闭快门、捕获红外和/或可见光图像等。在图1和图2所示的示例中，热成像相机100包括用于捕获红外和可见光图像的可按压触发控制器20，和用于控制相机的操作的其它方面的形成用户界面一部分的按钮116。用户输入媒介的不同数量或配置是可能的，并且应当理解本公开并不限于此。例如，热成像相机100可包括触摸屏显示器108，其通过按压屏幕的不同部分来接收用户的输入。
[0029]图3是示出热成像相机100示例组件的功能框图。热成像相机100包括红外相机模块200、前端电路202。红外相机模块200和前端电路202有时合称为红外相机100的前端级或前端组件204。热成像相机100还可以包括可见光相机模块206、显示器108、用户界面208、以及输出/控制装置210。电源(图中未示出)向热成像相机100的各个组件提供工作电源，并且在某些示例中，可包括可再充电或不可再充电的电池和功率生成电路。
[0030]图3是示出热成像相机100示例组件的功能框图。热成像相机100包括红外相机模块200、前端电路202。红外相机模块200和前端电路202有时以组合的形式称为红外相机100的前端级或前端组件204。热成像相机100还可以包括可见光相机模块206、显示器108、用户界面208、以及输出/控制装置210。
[0031]红外相机模块200可配置成接收由目标场景发射的红外能量且将红外能量聚焦于红外传感器上，以生成红外能量数据，例如，其可以红外图像的形式显示于显示器108上和/或存储于存储器内。红外相机模块200可包括用于执行属于本文所述模块的功能的任意合适组件。在图3所示的示例中，红外相机模块200示出为包括红外透镜组件104和红外传感器220。如以上针对图1和图2所述的，红外透镜组件104包括接收由目标场景所发射的红外能量且将红外能量聚焦于红外传感器220上的至少一个透镜。红外传感器220通过产生可转换成且显示为显示器108上的红外图像的电信号而响应于所聚焦的红外能量。
[0032]红外透镜组件104可具有各种不同的配置。在一些示例中，红外透镜组件104限定特定幅度的F —数(其也可被称为焦距比或光圈数)。通过将透镜(例如，红外透镜组件104的最外侧透镜)的焦距长度除以透镜入瞳直径来确定F-数，其可表示进入透镜的红外辐射量。在一般情况下，增加红外透镜组件104的F —数可增加景深或在目标场景中处于透镜组件可接受焦距内的最近和最远对象之间的距离。当利用设定于超焦距位置处的热成像相机100的红外光学系统观察目标场景内的不同对象时，增加的景深可有助于获得可接受的聚焦。然而，如果红外透镜组件104的F —数增加太多，空间分辨率(例如，清晰度)会降低，使得目标场景不处于可接受的聚焦。
[0033]红外传感器220可包括响应于通过红外透镜组件104接收的红外能量而产生电信号的一个或多个焦平面阵列(FPA)。每个FPA可包括多个红外传感器元件，其例如包括测辐射热计、光子检测器，或其它合适的红外传感器元件。在操作过程中，每个传感器元件(均可称为传感器像素)可响应于吸收从目标场景接收的红外能量来改变电特性(例如，电压或电阻)。接下来，电特性的改变可提供电信号，该电信号可由处理器222接收且处理成显示于显示器108上的红外图像。
[0034]例如，在其中红外传感器220包括多个测辐射热计的示例中，每个测辐射热计可吸收通过红外透镜组件104聚焦的红外能量，且响应于所吸收的能量而使得温度升高。每个测辐射热计的电阻可随着测辐射热计的温度变化而变化。每个检测器元件起到像素的作用，通过将每个检测器元件的电阻变化转换成时间复用电信号来进一步生成红外辐射的二维图像或画面表示，所述时间复用电信号可被处理成在显示器上可见或存储于存储器中(例如计算机)中。处理器222可通过将电流(或电压)施加到每个测辐射热计来测量每个测辐射热计的电阻变化并测量测辐射热计两端所产生的电压(或电流)。基于这些数据，处理器222可确定由目标场景的不同部分发出的红外能量的量并控制显示器108来显示该目标场景的热图像。
[0035]独立于包括在红外传感器220的FPA中的特定类型的红外传感器元件，FPA阵列可限定任何合适的尺寸和形状。在一些示例中，红外传感器220包括布置成栅格模式的多个红外传感器元件，诸如像布置成垂直列和水平行的传感器元件阵列。在各种示例中，红外传感器220可包括垂直列乘水平行的阵列，例如，16X 16,50X50，160X 120，120X160或640X480。在其它示例中，红外传感器220可包括较小数量的垂直列和水平行(例如，I X I )，较大数量的垂直列和水平行(例如，1000 X 1000)，或列与行的不同比率。
[0036]在某些实施例中，读出集成电路(ROIC)并入红外传感器220。读出集成电路用于输出对应于每个像素的信号。这样的读出集成电路通常制成为硅衬底上的集成电路。多个检测器元件可在读出集成电路的顶部上制成，其中它们的组合针对红外传感器220提供。在一些实施例中，读出集成电路可包括在本公开的其它地方论述的直接并入到FPA电路上的组件(例如，模-数转换器(ADC))。ROIC的这种集成或没有明确论述的其它进一步的集成水平应被认为是在本公开的范围内。
[0037]如上所述，红外传感器220生成对应于由每一红外检测器元件接收的红外辐射的一系列电信号以表示热图像。当通过扫描构成红外传感器220的所有行来从每一红外检测器元件获得电压信号时生成热图像数据的“帧”。此外，在涉及测辐射热计用作红外检测器元件的某些实施例中，这种扫描是通过将相应的检测器元件切换到系统电路以及在开关元件的两端之间施加偏置电压来完成的。通过重复扫描红外传感器220的行来生成热图像数据的连续帧，其中以足以生成热图像数据的视频表示(例如30赫兹或60赫兹)的速率来生成这种帧。
[0038]前端电路202包括用于与红外相机模块200接口以及用于控制红外相机模块200的电路。此外，前端电路202经由前端电路202与处理器222之间的连接来初步处理所收集的红外图像数据并将其发送到处理器222。更具体地，由红外传感器220生成的信号起初由热成像相机100的前端电路202来控制调节。在某些实施例中，如图所示，前端电路202包括偏置发生器224和前置放大器/积分器226。除了提供检测器偏置之外，偏置发生器224可任选地从针对每一开关检测器元件生成的总电流中加上或减去平均偏置电流。平均偏置电流可变化以便(i)补偿由热成像相机100内的环境温度变化而导致的检测器元件整个阵列的电阻的偏差；以及(ii)补偿红外传感器220的检测器元件中的阵列到阵列的平均变化。这种偏置补偿可通过热成像相机100或软件来自动地控制，或可由用户通过到输出/控制设备210或处理器222的输入来控制。在提供检测器偏置和任选地减去或加上平均偏置电流之后，信号可通过前置放大器/积分器226。通常情况下，前置放大器/积分器226用于控制调节输入信号，例如在将它们数字化之前。结果，输入信号可调节成更有效地解释信号的形式，并且，由此可导致所形成的图像的更有效的分辨。随后，将所控制调节的信号向下游发送到热成像相机100的处理器222。
[0039]在一些实施例中，前端电路202可包括一个或多个附加的元件，例如附加的传感器228或ADC230。附加的传感器228可包括例如温度传感器、可见光传感器(诸如(XD)、压力传感器、磁传感器等。这样的传感器可提供附加的校准和检测信息以提高热成像相机100的功能。例如，温度传感器可提供红外传感器220附近的环境温度读数以有助于辐射度量计算。磁传感器，诸如霍尔效应传感器可与安装到透镜上的磁铁结合使用，以提供透镜聚焦位置信息。这样的信息可用于计算距离，或确定适用于从可见光传感器收集的可见光场景数据的视差补偿。
[0040]ADC230可提供与下文所述相同的功能且以基本相同的方式操作，然而将其包括在前端电路202内可提供一定的好处，例如经由它们之间的连接在传送到处理器222之前将场景和其它传感器信息数字化。在一些实施例中，ADC230可如上所述那样集成到读出集成电路内，从而不再需要单独安装和安置的ADC230。
[0041]在一些实施例中，前端组件可进一步包括快门240。快门XX可相对于透镜XX在外部或内部定位且操作以打开或关闭由红外透镜组件104提供的视图。如在本领域中已知的，快门240可机械地定位，或可由诸如DC电机或螺线管的电子-机械装置来致动。本发明的实施例可包括校准或设置软件实施方法或设定，其利用快门240来形成适于每一检测器元件的适当偏置水平。
[0042]描述成热成像相机100内处理器(包括处理器222)的组件可实施为一个或多个处理器，诸如单独使用或以任何合适组合使用的一个或多个微处理器、数字信号处理器(DSP)、特定应用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑电路等。处理器222还可包括存储器，其存储程序指令和相关的数据，当由处理器222执行时，使热成像相机100和处理器222执行在本公开中属于它们的功能。存储器可包括任何固定的或可移动的磁、光学或电介质，诸如RAM、ROM、CD-ROM、硬或软磁盘、EEPROM等。存储器也可包括可移动存储部，其可用于提供存储器更新或存储器容量增加。可移动的存储器也可允许将图像数据、图形温度曲线和/或用于生成用于图形温度曲线的数据点的数据容易地转移到另一个计算设备，或在热成像相机100用于另一个应用中之前被去除。处理器222还可实现为芯片上的系统，该芯片将计算机或其它电子系统的所有组件集成到单个芯片内。这些元件操控从前端级204传送的经过控制调节的场景图像数据，以便提供可由用户用于显示或存储的输出场景数据。随后，处理器222 (处理电路)将经处理的数据发送到显示器108或其它输出/控制装置210。
[0043]在热成像相机100的操作过程中，处理器222可控制红外相机模块200以生成用于形成红外图像的红外图像数据。处理器222可生成红外图像数据的数字“帧”。通过生成红外图像数据的帧，处理器222在给定的时间点捕获目标场景的红外图像。
[0044]处理器222可通过单次测量包括在红外传感器220的FPA内的每个红外传感器元件的电信号来捕获目标场景的单个红外图像或“快照”。替代地，处理器222可通过重复测量包括在红外传感器220的FPA内的每个红外传感器元件的电信号来捕获目标场景的多个红外图像。在其中处理器222重复地测量包括在红外传感器220的FPA内的每个红外传感器元件的电信号的示例中，处理器222可生成目标场景的动态热图像(例如，视频表示)。例如，处理器222可以足以生成热图像数据的视频表示的速率(例如，30赫兹或60赫兹)来测量包括在FPA内的每个红外传感器元件的电信号。处理器222可执行在捕获红外图像中的其它操作，诸如依次致动快门240以打开和关闭红外透镜组件104的光圈等。
[0045]由于红外传感器220的每个传感器元件用作传感器像素，因此通过将每个传感器元件的电特性(例如，电阻)的变化转换成可被处理以例如在显示器108上可视或存储于存储器内的时分复用电信号，处理器220可生成来自目标场景的红外辐射的二维图像或画面表示。处理器222可执行计算，以将原始红外图像数据转换成场景温度(辐射度量)，在一些示例中包括对应于场景温度的颜色。可由处理器222利用于来自所选定数据源的温度来识别在特定点(诸如特定的像素和相应的传感器)处的温度、平均温度、最小温度和/或最大温度以及形成图形温度曲线。处理器还可利用来自每个传感器的电信号的幅度来生成温度数据(其中温度值为标准单位，诸如摄氏度或华氏度)和数据点，以便用于形成图形温度曲线。
[0046]处理器222可控制显示器108以显示所捕获目标场景的至少一部分红外图像。在一些示例中，处理器222控制显示器108，使得红外传感器220的每个传感器元件的电响应与显示器108上的单个像素相关联。在其它示例中，处理器222可增加或减小红外图像的分辨率，使得在显示器108上显示与红外传感器220中传感器元件相比更多或更少的像素。处理器222可控制显示器108以显示整个红外图像(例如，由热成像相机100捕获的目标场景的所有部分)或少于整个红外图像(例如，由热成像相机100捕获的整个目标场景的较少部分)。处理器222可以执行其它图像处理功能，如在下面更详细描述的。
[0047]独立于具体电路，热成像相机100可配置成操控表示目标场景的数据以便提供可由用户显示、存储、传送或以其它方式使用的输出。
[0048]热成像相机100包括可见光相机模块206。可见光相机模块206可配置成接收来自目标场景的可见光能量并将可见光能量聚焦于可见光传感器上，用以生成可见光能量数据，例如，其可以可见光图像的形式显示于显示器108上和/或存储于存储器内。可见光相机模块206可包括用于执行归属于本文所述模块功能的任何合适组件。在图3所示的示例中，可见光相机模块206示出为包括可见光透镜组件106和可见光传感器242。如上关于图1和图2所述的，可见光透镜组件106包括接收由目标场景发射的可见光能量且将可见光能量聚焦于可见光传感器242上的至少一个透镜。可见光传感器242通过生成可转换成且显示为显示器108上的可见光图像的电信号而响应于所聚焦的能量。
[0049]可见光传感器242可包括多个可见光传感器元件，诸如像CMOS检测器、CXD检测器、PIN 二极管、雪崩光电二极管等。可见光传感器元件的数目可与红外光传感器元件的数目相同或不同。
[0050]在操作过程中，从目标场景接收的光学能量可通过可见光透镜组件106且聚焦于可见光传感器242上。当光学能量照射到可见光传感器242的可见光传感器元件上时，光检测器内的光子可被释放并转换成检测电流。处理器222可处理该检测电流以形成目标场景的可见光图像。
[0051]在热成像相机100的使用过程中，处理器222可控制可见光相机模块206来从所捕获的目标场景生成可见光图像数据，以形成可见光图像。可见光数据可包括表示与所捕获目标场景的不同部分相关联的颜色和/或与所捕获目标场景的不同部分相关联的光幅度的光度(luminosity)数据。处理器222可通过单次测量热成像相机100的每个可见光传感器元件的响应来生成可见光图像数据的“帧”。通过生成可见光数据的帧，处理器222在给定的时间点捕获目标场景的可见光图像。处理器222还可重复地测量热成像相机100的每个可见光传感器元件的响应，以便生成目标场景的动态热图像(例如，视频表示)，如上针对红外相机模块200所述的。
[0052]在可见光相机模块206的每个传感器元件用作传感器像素的情况下，通过将每个传感器元件的电响应转换成可被处理例如以便在显示器108上可视或存储于存储器内的时分复用电信号，处理器222可生成来自目标场景的可见光的二维图像或画面表示。
[0053]处理器222可控制显示器108以便显示所捕获目标场景的至少一部分可见光图像。在一些示例中，处理器222控制显示器108，使得可见光相机模块206的每个传感器元件的电响应与显示器108上的单个像素相关联。在其它示例中，处理器222可增加或减小可见光图像的分辨率，使得在显示器108上显示与可见光相机模块206中传感器元件相比更多或更少的像素。处理器222可控制显示器108以便显示整个可见光图像(例如，由热成像相机100捕获的目标场景的所有部分)或少于整个可见光图像(例如，由热成像相机100捕获的整个目标场景的较少部分)。
[0054]如上所述，处理器222可配置成确定热成像相机100和由相机生成的可见光图像和/或红外图像所捕获的目标场景中的对象之间的距离。处理器222可基于与相机相关联的红外光学系统的聚焦位置来确定上述距离。例如，处理器222可检测到与相机的红外光学系统相关联的聚焦调节机构的位置(例如，物理位置)(例如，与红外光学系统相关联的聚焦位置)以及确定与上述位置相关联的到目标的距离值。然后处理器222可参考存储于存储器内的将不同位置与不同的到目标的距离值相关联的数据，以便确定热成像相机100与处于目标场景中的对象之间的特定距离。
[0055]在这些和其它示例中，处理器222可控制显示器108以同时显示由热成像相机100捕获的可见光图像的至少一部分以及由热成像相机100捕获的红外图像的至少一部分。这种同时显示是有用的，因为操作人员会参考在可见光图像中显示的特征来帮助理解在红外图像中同时显示的特征，因为与红外图像相比，操作人员会更容易地识别和区分可见光图像中的不同真实世界特征。在各种示例中，处理器222会控制显示器108以并排布置、画中画布置(其中一个图像环绕着另一个图像)或其中可同时显示可见光图像和红外图像的任意其它合适布置来显示可见光图像和红外图像。
[0056]例如，处理器222可控制显示器108以融合布置显示可见光图像和红外图像。在融合布置中，可见光图像和红外图像可叠加于彼此之上。操作人员可与用户界面208互动来控制在显示器108上显示的一个或两个图像的透明性或不透明性。例如，操作人员可与用户界面208互动以便在完全透明和完全不透明之间调节红外图像，并且还可在完全透明和完全不透明之间调节可见光图像。融合布置(其可被称为α-混合布置)的这种示例可允许操作人员将显示器108调节成仅显示红外图像，仅显示可见光图像，或在仅红外图像和仅可见光图像极端情况之间的两个图像的任何重叠组合。处理器222也可将场景信息与其它数据，诸如辐射度量数据、报警数据等融合。
[0057]此外，在一些实施例中，处理器222可以解释和执行来自用户界面208、输出/控制装置210的命令。这会涉及处理各种输入信号，并经由处理器222和前端电路202之间的连接将那些信号传送到前端电路202。靠近前端电路202的组件(例如电机或螺线管)可被致动以便完成所需的控制功能。示例性的控制功能可包括调节聚焦、打开/关闭快门、触发传感器读取读数、调节偏置值等。此外，也可以使用输入信号来改变在处理器222内进行的图像数据的处理。
[0058]处理器还可包括其它组件以协助处理和控制红外成像相机100。例如如上所述的，在一些实施例中，ADC可以并入到处理器222内。在这种情况下，由前端级204控制调节的模拟信号直到到达处理器222才会被数字化。此外，一些实施例可包括附加的机载存储器，用于存储被传送到显示器108或输出/控制装置210之前的处理命令信息和场景数据。
[0059]操作人员可经由用户界面208与热成像相机100互动，用户界面208可包括按钮、键或用于接收来自用户的输入的其它机构。操作人员可经由显示器108接收来自热成像相机100的输出。显示器108可配置成以任何可接受的调色板或配色方案来显示可见光图像和/或红外图像，并且调色板可例如响应于用户控制而变化。在一些示例中，显示器108配置成以单色调色板(诸如灰度或琥珀色)来显示红外图像。在其它示例中，显示器108配置成以彩色调色板(诸如像铁红，蓝红)或其它高对比度配色方案来显示红外图像。也可预期灰度和彩色调色板显示的组合。
[0060]虽然处理器222可控制显示器108以任意合适的布置来同时显示红外图像的至少一部分和可见光图像的至少一部分，通过以相邻对齐的方式来显示同一场景的相应可见光图像，画中画布置可帮助操作人员容易聚焦和/或解释热图像。
[0061]电源(图中未示出)将工作功率传送到热成像相机100的各个组件，在一些示例中，电源可包括可再充电或不可再充电的电池和功率生成电路。
[0062]在热成像相机100的操作过程中，处理器222借助于与存储于存储器内的程序信息相关联的指令来控制红外相机模块200和可见光相机模块206，以便生成目标场景的可见光图像和红外图像。处理器222还控制显示器108以便显示由热成像相机100生成的可见光图像和/或红外图像。
[0063]虽然处理器222可控制显示器108以任意合适的布置来同时显示红外图像的至少一部分和可见光图像的至少一部分，但是通过以相邻对齐的方式来显示同一场景的相应可见光图像，画中画布置可帮助操作人员容易聚焦和/或解释热图像。图4A至图4D是可见光图像和红外图像的画中画类型显示的一个示例的概念说明图。在图4A至图4D所示的示例中，可见光图像环绕着红外图像，尽管在其它实施例中，红外图像可环绕可见光图像，或可见光图像和红外图像可具有与所示不同的相对大小或形状，并且应当理解本公开并不限于此。
[0064]本发明的实施例可允许操作人员利用一个或多个用户输入媒介来选择用于温度的图形曲线的温度数据源。例如，如图4A至图4D中所示，操作人员可利用诸如方形、圆形、或椭圆形的形状来选择显示器108上的一部分图像以限定感兴趣的区域。例如，显示器可具有一个或多个形状选项以便由操作人员选择和红外图像上的定位。该形状可在显示器108上移动，且在尺寸上可调以便涵盖更多或更少的场景。该形状可位于红外图像上并且可以是透明的，或可以将场景的一部分界定成感兴趣区域的轮廓。由上述形状限定的感兴趣区域内可为从其获取在图形温度曲线中使用的温度数据的区域。例如，如图4A和图4B所示，操作人员已选择红外线图像的矩形部分(如在红外图像上的矩形图形所示的)作为温度数据源。显示器以图形显示在所选定矩形区域内所测得的最大、平均和最小温度。如下面进一步论述的，这些相同的值可用于形成所测得的最大、平均和/或最小温度随时间变化的各个图形曲线。替代地，操作人员可利用光标或其它可移动的图标或通过在所需点处触摸显示器108来选择显示器108上的一个或多个特定的离散点。例如，在图4C中，显示与红外图像中的最热点相关联的测得温度，并显示与红外图像中的中心点相关联的测得温度。在图4D中，显示与红外图像中最热点和最冷点相关联的测得温度。在其它的替代方案中，热成像相机100可将显示器108中的所有红外图像用作用于图形温度曲线的温度数据源。操作人员可利用用户输入的控制功能(诸如显示导航按钮)或例如在包括触摸屏显示器的实施例中通过直接触摸屏幕来进行这些选择。
[0065]从所选定的数据源收集的温度数据可包括在红外图像的所选定数据源区域内的温度(诸如对于特定的选定点)，或最大、最小和/或平均温度。在一些实施例中，操作人员可选择将从数据源收集哪一种或哪些类型的温度数据。操作人员还可以选择获取这种数据以包括出图形曲线的频率或可以选择以时间为单位的持续时间或者可以选择将被收集的数据点的数量。例如，操作人员可以选择每分钟一次、每小时一次、或每天一次、或任何其它所需的时间间隔来收集温度数据以及包括在图形曲线中。例如可使用上述的任何用户输入媒介来做出这些选择。
[0066]在一些实施例中，操作人员还可以选择是否将以与图形温度曲线相关联的方式捕获并存储红外图像，以及选择上述红外图像将为哪些图像。例如，可针对每一数据点、仅仅针对第一数据点、仅仅针对第一数据点和最后数据点、或以一定频率存储与图形温度曲线相关联的红外图像。在其它实施例中，热成像相机100将以预定方式自动地捕获并存储与图形温度曲线相关联的某些图像。在一些实施例中，所存储的红外图像为整个红外图像，而在其它实施例中，所存储的红外图像是少于整个图像的一部分红外图像。此外，所存储的图像可以视频数据格式(诸如.MPG，.AVI，或.1S3)、全辐射度量格式来存储。曲线可与视频数据格式的所存储的图像并排设置。红外图像可以标准帧速率添加到视频数据流，或者存储帧速率可调节成以与每一数据点添加到图形温度曲线相同的速率捕获帧。
[0067]图5是使用热成像相机10来形成图形温度曲线的方法的流程图。热成像相机10可首先定位成捕获感兴趣的场景。在收集用于图形温度曲线的温度数据的过程中，热成像相机10可保持固定在该位置。在步骤510中，操作人员从显示器104上的图像来选择温度数据源。图像可以是可见光图像、红外图像、或其组合图像。操作人员可选择温度数据源作为整个图像、少于整个图像的一部分图像、或图像上的一个或多个特定点。例如，一部分图像可为图像内的一形状，诸如正方形、圆形、或椭圆形，上述形状可由用户移动和调节大小直到其描绘(例如圈出、高亮显示、或变暗)部分图像，操作人员从上述部分图像获取温度数据的图形曲线。
[0068]在步骤520中，操作人员选择收集数据以包括到图形温度曲线中的时间间隔。由用户所选定的频率可取决于被监测的场景和预期会发生的温度变化速度。如果更快发生温度变化，与如果更慢发生温度变化的情况相比将需要更短的数据点之间的持续时间。在一些实施例中，用户也可以选择连续的数据收集。
[0069]在步骤530中，操作人员可任选地选择曲线的总持续时间，该总持续时间会取决于数据点的总时间或总数目。可选地，热成像相机10可以连续地将附加的数据点添加到曲线而没有限定的结束。热成像相机10可持续将数据点添加到图形温度曲线，例如直到由操作人员进行终止，或直到热成像相机10断电，或直到热成像相机存储器110存满。
[0070]在步骤540中，操作人员可任意选择不同类型的温度数据，所述温度数据收集以便用于生成适于曲线的数据点。例如，如果操作人员将一部分图像(诸如红外图像)选择作为温度数据源，则操作人员可在数据源内选择平均温度、最小温度和最大温度的一个或两个或所有的三个。如果操作人员选择了一个或多个特定点，则可显示该点处的实际检测到的温度，而无需操作人员输入，以指示要显示的温度数据的类型。在一些实施例中，当操作人员将部分图像选择作为数据源，热成像相机10可自动地包括图形温度曲线中的对于该部分的最小、最大、平均温度的所有三个温度，而不需要任何操作人员的选择。应当注意，上述步骤510至540可以任何顺序执行。
[0071]在步骤550中，热成像相机10如在步骤510-540中所进行的那样收集温度数据，并将数据显示在图形温度曲线上。图形温度曲线可连同当前的红外图像和/或可见光图像或选择的不同红外图像和/或可见光图像呈现在显示器104上，或者可以没有任何红外图像或可见光图像的方式单独地呈现在显示器104上。
[0072]在步骤560中，热成像相机10存储温度数据、数据点和/或由其获取温度数据和/或数据点的红外图像。然后可用以所选定的时间间隔进行的每一连续的数据收集来定期地更新该所存储的数据和/或图像，直到数据收集时间段期满为止，或者可以无限期地继续下去。
[0073]在步骤570中，热成像相机10可任选地存储在与图形温度曲线的一个或多个数据点相同的时间、或在与上述基本相同的时间获取的红外图像或红外图像的一部分。例如，热成像相机10可存储与第一和/或最后一个数据点、所有的数据点、或图像的任何其它数目或频率相关联的红外图像或其一部分(诸如数据源部分)。用户可具有选择哪些图像(如果有的话)将由热成像相机10存储为与图形温度曲线相关联的选项。
[0074]在步骤580中，相机可将所存储的温度曲线和/或温度数据和任选的任何相关联图像导出到处理器，诸如计算机的处理器，以便对数据进行进一步处理，或者导出到外部存储器存储设备。
[0075]图6中示出可由根据各种实施例的热成像相机10生成、显示和存储的理论图形温度曲线600的一个示例。在该示例中，用于生成曲线的数据点由图线连接，其中所得到的图线表示诸如部分红外图像的数据源随时间变化的最小温度610、最大温度620和平均温度630，就像通过热成像相机10以每两个小时的频率获得并绘制的这些值。温度显示在y轴上，而时间(从数据收集开始的零时刻开始的持续时间)显示在X轴上。或者，在X轴上的时间尺度可以是实际时间(为格林威治标准时间或当前的本地时间)，或可为与时间直接相关的连续编号数据点或其它类似的编号系统。在该示例中，可以看出最小温度610保持基本恒定。最大温度630在约第一个10小时内大致恒定，然后在20小时开始逐渐增加到峰值温度，然后再稍微减小到高于初始最大温度的新的大致恒定温度。平均温度620以或多或少反映最大温度的增加的模式来增加。针对为图像所选定部分的最热部分的最大温度图线630示出的温度增加以及从约190到约225° F的稍微稳定地增加会难以在红外图像上可视地观察到，但图形温度曲线600清楚地示出温度变化。这种温度变化可代表对应于图像最热部分的对象的运行变化。图形温度曲线600不仅使得可以更容易地获知这种温度变化，而且允许识别出这种变化的时间。诸如这样的图形数据曲线600例如通过仅占用显示器104的一部分或通过重叠红外图像和/或可见光图像，可以单独地呈现在显示器104上或连同当前的或捕获的红外图像和/或可见光图像呈现在显示器104上。
[0076]已描述了热成像相机和相关技术的示例。本公开中所述的技术也可以体现或编码到计算机可读介质内，诸如包含指令的非暂时性计算机可读存储介质。例如，当执行指令时，嵌入或编码到计算机可读存储介质中的指令会导致相机的可编程处理器或其它处理器执行上述方法。计算机可读存储介质可包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、硬盘、光学介质或其它计算机可读介质。
[0077]已经描述了各种示例。这些和其它示例在以下权利要求的范围内。
【权利要求】
1.一种使用热成像相机监测对象的随时间推移的温度的方法，包括: 定位所述热成像相机，其中将所述热成像相机聚焦于一场景，所述热成像相机包括数字显示器和存储器； 在所述数字显示器上显示所述场景的红外图像； 从所述数字显示器上的所述红外图像选择温度数据源； 选择用于从所选择的温度数据源收集温度数据的时间间隔； 以所选择的时间间隔从所选择的温度数据源收集温度数据； 在所述数字显示器上显示所收集的温度数据的图形曲线；以及 将所述图形曲线或所收集的温度数据存储于所述热成像相机的所述存储器中。
2.一种使用热成像相机监测对象的随时间推移的温度的方法，包括: 定位所述热成像相机，其中将所述热成像相机聚焦于一场景，所述热成像相机包括数字显示器和存储器； 在所述数字显示器上显示所述场景的红外图像； 从所述红外图像选择温度数据源，包括选择全部所述红外图像、选择少于全部所述红外图像的一部分所述红外图像或者选择所述红外图像上的离散点； 选择用于从所选择的温度数据源收集温度数据的时间间隔； 以所选择的时间间隔从所选择的温度数据源收集温度数据； 在所述数字显示器上显示所收集的温度数据的图形曲线，其中，以所选择的时间间隔将所收集的温度数据作为数据点显示，并且连接所述数据点以生成表示随时间推移的温度的图线；以及 将所述图形曲线或所收集的温度数据存储于所述热成像相机的所述存储器中。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，从所述红外图像选择温度数据源包括限定少于全部所述红外图像的一部分所述红外图像。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，限定一部分所述红外图像包括定位位于一部分所述红外图像上或包围一部分所述红外图像的形状。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，从所述红外图像选择温度数据源包括通过定位位于一部分所述红外图像上或包围一部分所述红外图像的形状来选择少于全部所述红外图像的一部分所述红外图像。
6.根据权利要求4或5所述的方法，还包括调节所述形状的尺寸。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，从所述红外图像选择温度数据源包括选择所述红外图像上的离散点。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述离散点包括所述红外图像的单个像素。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述数字显示器上显示所述场景的红外图像包括显示融合的红外和可见光图像。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括选择用于从所述源收集温度数据的持续时间。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述数字显示器上显示随时间推移的所收集的温度数据的曲线包括将所收集的温度数据作为数据点显示在所述图形曲线上以及连接所述数据点以生成表示随时间推移的温度的一条或多条图线。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括存储与一个或多个数据点相关联的一个或多个红外图像。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，以视频格式存储所述一个或多个红外图像。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括选择用于所述图形曲线的温度数据的类型。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述温度数据的类型包括来自所述温度数据源的平均、最大、或最小温度中的一个或多个。
16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述数字显示器上显示所收集的温度数据的图形曲线包括显示实际温度、平均温度、最大温度或最小温度中的一个或多个的曲线。
17.根据权利要求1至15中任一项所述的方法，其中，在所述数字显示器上显示随时间推移的所收集的温度数据的图形曲线包括显示实际温度、平均温度、最大温度或最小温度中的一个或多个的图形曲线。
18.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述数字显示器上显示所收集的温度数据的图形曲线包括在所述数字显示器上同时显示所述图形曲线和所述场景的所述红外图像。
19.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，随着附加的温度数据被收集用于所述图形曲线而连续地显示所述图形曲线。
20.一种热成像相机，包括: 红外相机模块； 可见光相机模块；` 数字显示器，配置成显示场景的红外图像，并允许用户从所述红外图像选择温度数据源；以及 处理器，配置成以由所述用户选择的时间间隔从所选择的温度数据源收集温度数据并且生成随时间推移的所收集的温度数据的图形曲线，其中所述数字显示器进一步配置成显示所述图形曲线；以及 存储器，配置成存储所述图形曲线或者所收集的温度数据。
21.根据权利要求20所述的热成像相机，可根据用于如权利要求1至19中任一项所述的方法操作的装置来操作，和/或包括用于根据权利要求1至19中任一项所述的方法操作的装置。
【文档编号】G01J5/10GK103575405SQ201310313689
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年7月24日 优先权日:2012年7月24日
【发明者】T·海因克, J·T·皮克特 申请人:弗卢克公司