专利名称：用于红外重摄的热成像相机的制作方法
技术领域：
本公开内容涉及热成像相机，以及更具体地，涉及使用在重新拍摄红外图像中的热成像相机。
背景技术：
热成像相机使用在各种情况下。例如，在对热检查设备进行维修检查期间经常会使用热成像相机。示例性设备可以包括旋转机械、配电盘、或成排的断路器以及其它类型的设备。热检查可以检测诸如过热的机械或电气元件的设备热点，从而有助于确保在产生更严重的问题之前及时维修或更换过热设备。根据相机的配置，热成像相机也可对同一对象产生可见光图像。相机例如能够以协同的方式显示红外图像和可见光图像，以帮助操作员解译由热成像相机所产生的热图像。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，通常难以识别和区分热图像中与真实场景相比的不同特征。为此，操作员会依赖可见光图像来帮助解译和聚集热图像。在热成像相机配置成产生热图像和可见光图像两者的应用中，相机可包括独立的两组光学系统:可见光光学系统，其将可见光聚焦在可见光传感器上，以产生可见光图像；以及红外光学系统，其将红外射线聚焦在红外传感器上，以产生红外图像。有时将相同的一个或多个对象的从以前到当前的红外图像进行红外图像的比较是有用的。以该方式，可检测到仅通过观察当前图像会不明显的变化。然而，如果在以前捕获图像的相机位置和条件与当前捕获图像的相机位置和条件不同，则在实际未发生任何变化的情况下对象的红外图像会显现出有所变化，或者相比于其真正具有的情况其显现出具有或多或少的变化。因此，为了尽可能精确地进行比较，被比较的图像应该从相同位置并在相同条件下捕获。然而，找到相机的精确位置并确定所应用的确切的相同条件会是非常困难和费时的。因此，提高为了检测随时间变化的目的而重复热图像的容易性是有用的。
发明内容
本发明的某些实施例包括用于重摄红外图像的热成像相机。在某些实施例中，所述相机是便携手持式的热成像相机，其包括具有用于检测目标场景的热图像的相关联IR传感器的红外(IR)透镜组件。该相机还包括具有用于检测目标场景的VL图像的相关联VL传感器的可见光(VL)透镜组件。该相机还包括显示器、处理器、位置传感器和存储器。显示器适于显示VL或IR图像的至少一部分。位置传感器适于将表示相机的位置的位置数据提供给处理器。存储器适于存储在第一位置捕获的场景的第一红外图像和第一位置数据。第一红外图像和第一位置数据可由热成像相机或单独的热成像相机捕获。处理器编程有用于将相机的当前位置的位置数据与第一位置数据进行比较以及向用户产生如何将相机朝向第一位置重新定位的信号。本发明的某些实施例包括使用手持便携式的热成像相机来重摄场景的红外(IR)图像的方法。该方法包括从热成像相机取回第一图像和第一图像位置数据，其中第一图像位置数据指示捕获第一图像时热成像相机的第一位置。该方法包括获得指示热成像相机的当前位置的当前位置数据。该方法还包括将第一图像位置数据与当前位置数据进行比较以及从热成像相机提供如何将热成像相机朝向第一位置重新定位的指示。该方法还包括当热成像相机定位于第一位置或其附近时捕获第二图像。第二图像可包括热图像或融合的热图像和可见光图像。在附图和以下描述中阐述了一个或多个示例的细节。根据说明书、附图以及权利要求，其它特征、目的和优点将是明显的。
图1是热成像相机示例的正面透视图；图2是图1的热成像相机示例的背面透视图；图3是示出图1和图2的热成像相机的示例性组件的功能性框图；图4是可视图像和红外图像的示例性画中画类型的同时显示的概念性视图；图5是示出根据本发明某些实施例的位置传感器的一些组件的功能性方框图；图6是用于定位热成像相机以重新拍摄图像的过程的流程图。
具体实施例方式以下详细描述在本质上是示例性的，而并非旨在以任何方式限制本发明的范围、应用或配置。相反，以下描述为实现本发明的示例提供一些实践上的说明。对所选元件提供构造，材料，尺寸和制造工艺的示例，并且所有其它元件采用对于本发明领域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许多特定示例具有各种合适的替代方案。热成像相机可用于检测在观察下的场景上的热模式。热成像相机可检测由场景发出的红外辐射且将红外辐射转换成表示热模式的红外图像。在一些示例中，热成像相机还可从场景捕获可见光以及将可见光转换成可见光图像。根据热成像相机的配置，相机可包括用于将红外辐射聚焦在红外传感器上的红外光学系统和用于将可见光聚焦在可见光传感器上的可见光光学系统。为了检测红外辐射随着时间的变化，本发明的实施例能够使得用户在相同位置或相同位置附近重新拍摄红外图像或融合红外和可见光图像，来作为较早的红外图像或融合红外和可见光图像。以这种方式，较早的红外图像或融合红外和可见光图像可与当前红外图像或融合红外和可见光图像相比，从而可更容易地识别代表热模式变化的图像红外方面的变化。此外，为了尽可能精确地做出比较，本发明的实施例可以指导用户将热成像相机移动到与较早图像被捕获时所使用的相同的相机位置。例如，提供捕获第一红外图像或融合图像时的热成像相机位置的数据可存储成与第一图像相关联。那么，在以后的时间，相机可利用所述位置数据连同提供当前相机位置的数据来指导用户将热成像相机返回到相同位置。在一些实施例中，提供热成像相机位置的数据可包括到目标的距离，距离传感器所瞄准的图像中的特定点(瞄准点)，以及相机在空间上的取向，包括俯仰角、横摇角和偏航度。通过重新创建这些中的每一个，可以重复热成像相机的初始位置。在其它实施例中，有关定位的数据可包括全球定位系统(GPS)坐标。检测红外图像中的变化在特定情况下是特别有用的。例如，当对象通常产生热量时，会难以确定红外图像是否表现出问题。然而，较早图像与较晚图像之间的比较会显示出对象正产生增加的热量，并因此会存在问题。例如，可以从许多不同机器(包括工业窑炉或工业用电炉)的大致相同的有利点定期捕获红外图像。这种窑炉包含耐火材料，且这种电炉包含绝缘材料。通过监控这种设备随时间的温谱图，以及考虑到所测温度的变化率，用户可确定耐火材料或绝缘材料是否或何时劣化，从而确定折射材料或绝缘材料是否或何时需要更换。然而，如果上述比较显示出产生的热量是稳定的，则对象可正常操作。图1和2分别示出示例性热成像相机10的正面和背面透视图，其包括壳体12、红外透镜组件14、可见光透镜组件16、显示器18、激光器19和触发控制器20。壳体12容纳热成像相机10的各种组件。热成像相机10的底部包括用于通过一只手握住和操作相机的提把。红外透镜组件14接收来自场景的红外辐射，以及将辐射聚焦在红外传感器上，以产生场景的红外图像。可见光透镜组件16接收来自场景的可见光以及将可见光聚焦在可见光传感器上，以产生同一场景的可见光图像。热成像相机10响应于按压触发控制器20来捕获可见光图像和/或红外图像。此外，热成像相机10控制显示器18以便显示由相机生成的红外图像和可见光图像，例如，协助操作员对场景做出热检查。热成像相机10还包括耦合到红外透镜组件14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焦距。在操作中，热成像相机10通过接收从场景以红外波长光谱发射的能量并处理红外能量以产生热图像，来检测场景中的热模式。热成像相机10还可通过接收可见光波长光谱中的能量并处理可见光能量以产生可见光图像，来产生同一场景的可见光图像。如下面更详细描述的那样，热成像相机10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14投射的红外辐射并由此产生红外图像数据。可见光相机模块可接收通过可见光线透镜组件16投射的光并由此产生可见光数据。在一些示例中，热成像相机10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，使得由相机产生的可见光图像和红外图像是在基本同一时间下的同一场景。在这些示例中，由热成像相机10产生的红外图像指示了在特定时间段在场景内的局部温度，而由相机产生的可见光图像是在同一时间段同一场景的指示。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。由热成像相机10捕获的场景取决于热成像相机10的位置和设定。该位置不仅包括热成像相机10在3维空间内的位置，还包括热成像相机10在3个旋转轴内的旋转，总计至少六个变量确定相机的位置。该相机设定例如可以包括还会影响图像的缩放、透镜类型或辅助透镜的使用、焦距、焦距比数(F-number)、发射率、反射温度设定、窗口传输设定。当为了确定红外图像随时间存在变化的目的而重新捕获或重摄红外图像时，优选再现上述位置和设定这两者。本发明的实施例可包括存储有关捕获较早热图像或融合的可见光图像和热图像时所使用的位置和设定的信息，并且该信息可用于在以后的时间再现热成像相机的位置和设定。可见光透镜组件16包括将可见光能量聚焦在可见光传感器上以产生可见光图像的至少一个透镜。可见光透镜组件16定义了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正面且聚焦在透镜的相对侧上。可见光透镜组件16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16可具有固定聚焦，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。在可见光透镜组件16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。红外透镜组件14还包括将红外能量聚焦在红外传感器上以产生热图像的至少一个透镜。红外透镜组件14定义了通过组件的透镜的曲率中心的红外光轴。在操作中，将红外能量引导通过透镜的正面并聚焦在透镜的相对侧。红外透镜组件14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)。正如上面简要描述的那样，热成像相机10包括用于调节由相机所捕获的红外图像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10包括聚焦环24。聚焦环24可操作地耦合(例如，机械和/或电耦合)到红外透镜组件14的至少一个透镜且配置成将所述至少一个透镜移动到各聚焦位置，以便聚焦由热成像相机10所拍摄的红外图像。聚焦环24可绕壳体12的至少一部分手动旋转以便移动聚焦环可操作地耦合的所述至少一个透镜。在一些实施例中，聚焦环24也可操作地耦合到显示器18，使得聚焦环24的旋转导致可见光图像的至少一部分和红外图像的至少一部分同时显示在显示器18上以便彼此相对移动。在不同的示例中，热成像相机10可包括以不同于聚焦环24的构造来实施的手动聚焦调节机构。在一些示例中，热成像相机10可包括除了手动调节的聚焦机构之外的或代替它的自动调节的聚焦机构。自动调节的聚焦机构可操作地耦合到红外透镜组件14的至少一个透镜且配置成例如响应于来自热成像相机10的指令来自动地将该至少一个透镜自动地移动到各聚焦位置。在这种示例的一种应用中，热成像相机10可使用激光器19以电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。热成像相机10则可以控制自动调节的聚焦机构，以便将红外透镜组件14的至少一个透镜移动到对应于由热成像相机10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于所确定的聚焦距离处。在某些示例中，由自动调节的聚焦机构设定的聚焦位置可由操作员手动控制，例如，通过旋转聚焦环24。
如通过激光器19所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。对于使用自动聚焦所捕获的图像而言，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。该数据可通过使用激光器19来捕获图像时由热成像相机获得，或者可替代地，通过检测透镜位置以及将所述透镜位置与关于该透镜位置的已知到目标的距离相关联而获得。到目标的距离数据可由热成像相机10使用以便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所采取的激光测量来指导用户更接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置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。在热成像相机10的操作期间，操作员会希望查看由相机产生的场景的热图像和/或同一场景的可见光图像。为此，热成像相机10可包括显示器。在图1和图2的示例中，热成像相机10包括显示器18，其位于与红外透镜组件14和可见光透镜组件16相对的外壳12的背面上。显示器18可配置成显示可见光图像、红外图像，和/或同时显示融合的可见光图像和红外图像。在不同的示例中，显示器18可远离(例如，分离于)热成像相机10的红外透镜组件14和可见光透镜组件16，或显示器18可相对于红外透镜组件14和/或可见光透镜组件16处于不同的空间布置中。因此，虽然图2中示出显示器18位于红外透镜组件14和可见光透镜组件16的后面，但是对于显示器18而言其它位置也是可行的。给用户发出的关于热成像相机10重新定位的信号也可提供于显示器18上，诸如以方向箭头或文字指令的形式。热成像相机10可包括用于控制相机操作并调节相机不同设定的各种用户输入介质。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10包括用于捕获红外和可见光图像的可按压触发控制器20，和用于控制相机其它方面操作的按钮28。不同数量或布置的用户输入介质是可行的，并且应当理解本公开内容并不限于这方面。例如，热成像相机10可包括触摸屏显示器18，其通过按压屏幕不同部分来接收用户的输入。图3是示出热成像相机10的示例的组件的功能框图，该热成像相机10包括红外相机模块100、可见光相机模块102、显示器104、处理器106、用户界面108、存储器110、和电源112和位置传感器118。处理器通信地耦合到红外相机模块100、可见光相机模块102、显示器104、用户界面108、位置传感器118和存储器110。电源112给热成像相机10的各个部件提供操作功率，并且在一些示例中，电源112可包括可再充电或不可再充电的电池和功率产生电路。红外相机模块100可配置成接收由目标场景发射的红外能量，且将红外能量聚焦在红外传感器上以产生红外能量数据，该红外能量数据例如可以红外图像的形式显示在显示器104上和/或存储在存储器110中。红外相机模块100可包括用于执行归属于本文所述模块的功能的任何合适部件。在图3所示的示例中，红外相机模块100显示为包括红外透镜组件14和红外传感器114。如上相对于图1和图2所述的那样，红外透镜组件14包括获取由目标场景发射的红外能量并将该红外能量聚焦在红外传感器114上的至少一个透镜。红外传感器114通过产生可被转换并显示为显示器104上的红外图像的电信号而响应于所聚焦的红外能量。
红外透镜组件14可具有各种不同的配置。在一些示例中，红外透镜组件14限定了特定幅度的焦距比数(其也可称为焦比或F制光圈(F-stop))。可以通过将透镜(例如，红外透镜组件14的最外侧透镜)的聚焦长度除以透镜入口的直径来确定焦距比数，其可指示进入透镜的红外辐射量。通常而言，增加红外透镜组件14的焦距比数可增加景深或在目标场景中处于透镜组件可接受聚焦内的最近与最远对象之间的距离。当采用设定在超焦距位置处的热成像相机10的红外光学系统观察目标场景中的不同对象时，增加的景深可有助于实现可接受的聚焦。然而，如果红外透镜组件14的焦距比数增加太多，空间分辨率(例如，清晰度)可能会降低使得目标场景不在可接受的聚焦中。红外传感器114可包括响应于通过红外透镜组件14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，该多个红外传感器元件例如包括测辐射热仪、光子检测器、或其它合适的红外传感器元件。在操作中，每个传感器元件(每个可被称为传感器像素)可响应于从目标场景接收的吸收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，该电信号由处理器106接收且处理成显示在显示器104上的红外图像。例如，在红外传感器114包括多个测辐射热仪的示例中，每个测辐射热仪可吸收通过红外透镜组件14聚焦的红外能量，并响应于所吸收的能量而使温度升高。每个测辐射热仪的电阻可随着测辐射热仪的温度变化而发生变化。处理器106可通过将电流(或电压)施加到每个测辐射热仪来测量每个测辐射热仪的电阻变化，并测量在测辐射热仪两端所产生的电压(或电流)。基于这些数据，处理器106可确定由目标场景的不同部分所发射的红外能量的量，并控制显示器104来显示该目标场景的热图像。无关于包括在红外传感器114的FPA中的特定类型的红外传感器元件，FPA阵列可定义任何合适的尺寸和形状。在一些示例中，红外传感器114包括布置在栅格模式中的多个红外传感器元件，诸如布置在垂直列和水平行的传感器元件阵列。在各示例中，红外传感器114可包括垂直列乘水平行的阵列，例如，16X16、50X50、160X120、120X160或640X480。在其它示例中，红外传感器114可包括较小数量的垂直列和水平行(例如，
IX 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。在热成像相机10的操作期间，处理器106可控制红外相机模块100来产生红外图像数据，以创建红外图像。处理器106可通过测量来自包括在红外传感器114的FPA中的每个红外传感器元件的电信号，来产生红外图像数据的“帧”。来自每个红外传感器元件的电信号(例如，电压，电流)的幅度可对应于由每个红外传感器元件接收的红外辐射量，其中接收不同量的红外辐射的传感器元件表现出具有不同幅度的电信号。通过产生红外图像数据的帧，处理器106在给定时间点捕获目标场景的红外图像。处理器106可通过单次测量包括在红外传感器114的FPA中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”。可替换地，处理器106可通过重复测量包括在红外传感器114的FPA中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。在处理器106重复地测量包括在红外传感器114的FPA中的每个红外传感器元件的电信号的示例中，处理器106可产生目标场景的动态热图像(例如，视频表示)。例如，处理器106可在足以产生热图像数据的视频表示的速率(例如，30Hz或60Hz)下，来测量包括在FPA中的每个红外传感器兀件的电信号。处理器106可执行在捕获红外图像中的其它操作，诸如顺序致动快门(未图示)以打开和关闭红外透镜组件14的光圈等。在红外传感器114的每个传感器元件用作传感器像素的情况下，处理器106可通过将每个传感器元件的电特性(例如，电阻)中的变化转化成例如可被处理以在显示器104上可视和/或存储在存储器110中的时分多路复用电信号，来产生来自目标场景的红外辐射的两维图像或图片表示。处理器106可执行计算，以将原始红外图像数据转换成场景温度，在一些示例中，其包括对应于场景温度的颜色。处理器106可控制显示器104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106控制显示器104，使得红外传感器114的每个传感器元件的电响应与显示器104上的单个像素相关联。在其它示例中，处理器106可增加或减小红外图像的分辨率，使得在显示器104上显示与红外传感器114中具有的传感器元件相比更多或更少的像素。处理器106可控制显示器104，以显示整个红外图像(例如，由热成像相机10捕获的目标场景的所有部分)或小于整个红外图像(例如，由热成像相机10捕获的整个目标场景的较小部分)。如在下面更详细描述的那样，处理器106可执行其它图像处理功能。虽然在图3中未示出，热成像相机10可包括各种信号处理或调节电路，以将来自红外传感器114的输出信号转换成显示器104上的热图像。示例性的电路可包括模-数转换器、信号放大器、用于测量在红外传感器114的每个传感器元件两端的偏置电压的偏置发生器等。无关于特定电路，热成像相机10可配置成操控表示目标场景的数据，以提供可显示、存储、传输或由用户另外使用的输出。热成像相机10包括可见光相机模块102。可见光相机模块102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在可见光传感器上以产生可见光能量数据，该可见光能量数据例如能够以可见光图像的形式显示在显示器104上和/或存储在存储器110中。可见光相机模块102可包括用于执行归属于本文所述模块的功能的任何合适部件。在图3所示的示例中，可见光相机模块102显示为包括可见光透镜组件16和可见光传感器116。如以上相对于图1和图2所述的那样，可见光透镜组件16包括获取由目标场景发射的可见光能量并将可见光能量聚焦在可见光传感器116上的至少一个透镜。可见光传感器116通过产生可被转换并显示为显示器104上的可见光图像的电信号而响应于所聚焦的能量。可见光传感器116可包括多个可见光传感器兀件,诸如CMOS检测器、(XD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量可与红外光传感器元件的数量相同或不同。在操作中，从目标场景接收的光学能量可以通过可见光透镜组件16且聚焦在可见光传感器116上。当光学能量照射到可见光传感器116的可见光传感器元件上时，光电检测器内的光子可被释放且转换成检测电流。处理器106可处理该检测电流以形成目标场景的可见光图像。在热成像相机10的使用期间，处理器106可控制可见光相机模块102以产生来自所捕获的目标场景的可见光数据，以创建可见光图像。可见光数据可包括指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数据。处理器106可通过单次测量热成像相机10的每个可见光传感器元件的响应，来产生可见光图像数据的“帧”。通过产生可见光数据的帧，处理器106在给定的时间点捕获目标场景的可见光图像。如以上关于红外相机模块100所述的那样，处理器106还可重复测量热成像相机10的每个可见光传感器元件的响应，以便产生目标场景的动态热图像(例如，视频表示)。在可见光相机模块102的每个传感器元件用作传感器像素的情况下，处理器106可通过将每个传感器元件的电响应转化成例如可被处理以在显示器104上可视和/或存储在存储器110中的时分多路复用电信号，来产生来自目标场景的可见光的两维图像或图片表不。处理器106可以控制显示器104以显示所捕获目标场景的至少一部分的可见光图像。在一些示例中，处理器106控制显示器104，使得可见光相机模块102的每个传感器元件的电响应与显示器104上的单个像素相关联。在其它示例中，处理器106可增加或减小可见光图像的分辨率，使得在显示器104上显示与可见光相机模块102中存在的传感器元件相比更多或更少的像素。处理器106可控制显示器104显示整个可见光图像(例如，由热成像相机10捕获的目标场景的所有部分)或小于整个可见光图像(例如，由热成像相机10捕获的整个目标场景的较小部分)。如上所述，处理器106可配置成确定热成像相机10与通过由相机产生的可见光图像和/或红外图像捕获的目标场景中的对象之间的距离。处理器106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106可检测与相机的红外光学系统相关联的聚焦机构的位置(例如，物理位置)(例如，与红外光学系统相关联的聚焦位置)，并确定与上述位置相关联的到目标的距离值。处理器106则可参考存储在存储器110中的具有与到目标的不同距离值的不同位置相关联的数据，以确定热成像相机10与在目标场景中的对象之间的特定距离。在这些和其它示例中，处理器106可控制显示器104，以同时显示由热成像相机10捕获的可见光图像的至少一部分以及由热成像相机10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，操作员会更容易地识别和区分可见光图像中的不同真实世界的特征。在各个示例中，处理器106可控制显示器104，以并排布置、画中画布置(其中一个图像围绕另一个图像)、或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。例如，处理器106可控制显示器104，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置在彼此的顶部上。操作员可与用户界面108交互来控制显示在显示器104上的一个或两个图像的透明性或不透明性。例如，操作员可与用户界面108交互以在完全透明与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员将显示器104调节成显示仅红外图像、仅可见光图像、或在仅红外图像和仅可见光图像的极端情况之间的两个图像的任何重叠组合。描述成热成像相机10内的处理器(包括处理器106)的部件可实施为单独或以任何合适组合方式的一个或多个处理器，诸如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。通常而言，存储器110存储程序指令和相关的数据，当由处理器106执行时，导致热成像相机10和处理器106执行在本公开内容中归属于它们的功能。存储器110可包括任何固定的或可移动的磁性、光学或电介质，诸如RAM、ROM、CD-ROM、硬或软磁盘、EEPR0M，等。存储器110也可包括可移动存储部，其可用于提供存储更新或增加存储容量。可移动存储器还可允许将图像数据容易地转移到另一个计算设备，或在热成像相机10用于另一个应用中之前被去除。操作员可经由用户界面108与热成像相机10交互，用户界面108可包括按钮、键或用于接收来自用户输入的其它机构。操作员可经由显示器104接收来自热成像相机10的输出。显示器104可配置成以任何可接受的调色板或彩色方案来显示可见光图像和/或红外图像，并且该调色板例如响应于用户控制而会有所变化。在一些示例中，显示器104配置成以单色调色板(诸如灰度级或琥珀色)来显示红外图像。在其它示例中，显示器104配置成以彩色调色板(诸如铁红(ironbow)，蓝红)或其它高对比度的彩色方案来显示红外图像。也可构思灰度级和彩色调色板组合的显示。虽然处理器106可控制显示器104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，画中画布置可通过以相邻对准的方式来显示同一场景的相应可视图像，来帮助操作员容易聚焦和/或解译热图像。图4是可视图像240和红外图像242的一个示例性画中画类型显示的概念性视图。在图4所示的示例中，可视图像240围绕着红外图像242，然而在其它实施例中，红外图像242可围绕可视图像240，或可视图像240和红外图像242可具有与所示那样不同的相对大小或形状，并且应当理解本公开内容并不限于该方面。图4是示出根据本发明某些实施例的位置传感器118的一些组件的功能方框图。在一些实施例中，位置传感器118包括位于成像相机壳体内的电子罗盘，其配置成产生与相机指向的方向相对应的取向信息(例如，航向(heading)信息)。电子罗盘可包括磁性传感器，其配置成生成取决于相机在三维空间中的取向而变化的磁场信号。例如，电子罗盘可包括三轴磁性传感器，其配置成生成对应于磁场三个正交分量(例如，X、Y和Z分量)的磁场信号。磁性传感器配置成测量传感器附近的磁场的强度。磁性传感器可以包括多个轴，其中磁性传感器的每个轴配置成测量传感器附近磁场的不同正交分量。例如，磁性传感器可以是三轴磁性传感器(例如，三轴磁力计)，其配置成测量磁性传感器附近磁场的三个正交分量(例如，Χ、Υ和Z分量)。传感器附近的磁场可以是地球磁场和伪磁场(例如由硬铁磁场干扰和/或软铁磁场干扰产生)的组合。在使用期间，处理器106可从位置传感器118的磁性传感器接收表示由磁性传感器在任意给定时间测量的磁场强度的电信号。例如，在磁性传感器是三轴磁性传感器的情况下，处理器106可从磁性传感器接收三个不同的电信号,其中每个电信号对应于传感器附近磁场的不同正交分量的强度。处理器106可接收与三轴磁性传感器的第一轴相关联的第一测量值、与三轴磁性传感器的第二轴相关联的第二测量值，以及与三轴磁性传感器的第三轴相关联的第三测量值。三个测量值可在基本相同的时间(例如，当热成像相机处于给定的物理取向上时)捕获或生成，或三个测量值可在不同的时间捕获或生成。在任一示例中，从位置传感器118的磁性传感器接收到的电信号的幅度可随着热成像相机10的物理取向在三维空间上的变化而变化。因此，磁性传感器可提供位置数据，该位置数据包括指示相机10指向的方向的航向角数据。在一些实施例中，位置传感器118还可包括加速度计，其生成根据相机在三维空间上的取向而变化的加速度信号。例如，位置传感器118可包括三轴加速度计，其配置成生成对应于物理空间中三个正交方向(例如，X、Y和Z分量)的加速度信号。例如，位置传感器118可包括将磁性传感器与加速度计组合的倾斜补偿式电子罗盘传感器模块。热成像相机可处理由位置传感器118的罗盘和加速度计产生的磁场强度信号和加速度计信号以便确定热成像相机例如相对于绝对参考系统(例如，Χ，Υ，Ζ坐标系)(其相对于地面固定)的取向和热成像相机壳体的取向。然后热成像相机可将取向信息存储于存储器内和/或将取向信息显示于显示器上。为了限定热成像相机10在三维空间上的取向坐标，可相对于水平面(其垂直于地球地心引力)的三个空间姿态角。在图1所示的示例中，参照本地水平面(其垂直于地球地心引力)来限定航向角23、俯仰角25、横摇角(侧倾角)27。航向角23 (其也可被称为方位角)是相对于磁性北极变化的角度。当热成像相机10绕Z轴旋转时，可确定相机相对于磁性北极的航向。俯仰角25是在图1中所示的X轴和水平面之间的角度。当热成像相机10绕图1中所示的Y轴旋转以及X轴向上移动时，俯仰角25可在零度和正/负90度之间变化。当热成像相机10绕图1中所示的Y轴旋转以及X轴向下移动时，俯仰角25可在零度和负90度之间变化。侧倾角27是在图1中所示的Y轴和水平面之间变化的角度。当热成像相机10绕图1中所示的X轴旋转以及Y轴向上移动时，侧倾角27可在零度和正90度之间变化，以及当热成像相机10绕图1中所示的X轴旋转以及Y轴向下移动时，侧倾角27可在零度和负90度之间变化。因此，加速度计可提供为指示使用过程中相机10取向的取向数据形式的位置数据。 在位置传感器包括加速度计和罗盘的实施例中，可在基本相同的时间或在不同的时间捕获来自每一个的测量值。磁性传感器和加速度计可以是分离的组件，或者它们可由单个组件形成，诸如像MEMS (微机电系统)封装。当热成像相机10配置有磁性传感器和加速度计时，处理器106可确定相机在三维空间中的物理取向。热成像相机10可处理由罗盘产生的磁场强度信号和/或加速度计信号以便确定热成像相机例如相对于绝对参考系统(例如，X，Y，Z坐标系)(其相对于地面固定)的取向和热成像相机壳体12的取向。然后热成像相机10可将取向信息存储于存储器内和/或将取向信息显示于显示器18上。因此，组合的磁性传感器和加速度计可提供为指示使用过程中相机10在三维空间中物理取向的取向数据形式的位置数据。在使用期间，热成像相机10可将表示在三维空间中任意给定物理取向的相机的取向的信息显示于显示器18上。例如，热成像相机10可将表示航向角23、俯仰角25和/或横摇角(侧倾角27)的信息显示于显示器18上。虽然热成像相机10可显示任何合适的取向信息，但是用户会发现表示相对于磁性北极变化的取向角的航向角信息是最有用的。因此，在一个示例中，热成像相机10配置成将经由壳体12内的电子罗盘所产生的航向信息显示于显示器18上。可由热成像相机10显示的示例性航向信息包括对应于相机指向方向的基本坐标信息(例如，N、NE、Ε、SE、S、SW、W、NW)，相对于磁性北极的对应于相机指向方向的偏向角信息(例如，单位为度)等。在某些实施例中，位置传感器118也可包括全球定位系统(GPS)接收器。GPS接收器接收GPS信号，以便确定热成像相机10在地球上的当前位置。具体地，GPS接收器可提供热成像相机的位置的纬度和经度信息。在某些实施例中，GPS接收器也可提供热成像相机10的海拔高度。由于热成像相机10通常是在室内使用，GPS接收器可包括辅助GPS或其它技术以便允许GPS在室内可靠地操作。例如，GPS接收器可配合分布于整个建筑物和/或建筑物附近的有助于三角测量GPS在室内位置的WiFi接入点、移动电话发射塔或其它地面无线电来操作。位置传感器118可包括并采用附加的传感器和处理技术以助于提高在室内使用相机10时的定位精度。例如，在一些实施例中，位置传感器可包括压力传感器以便提高相机10的海拔高度的精度。位置传感器118可包括陀螺仪，其与加速度计合作工作以便提供更好的惯性导航。位置传感器118还包括具有可变步长设定的步进计数器以便增加惯性导航的精度。这种传感器还可应用成使用航位推测技术，以便有助于基于利用当前距离收集到(例如，在室外时通过GPS得到)的先前已知位置的常识与通过处于位置传感器118内的其它传感器(例如，加速度计、罗盘)检测到的航向信息来确定新位置。此外，存储器110可编程有地图数据库。地图数据库可包括室外和室内(例如，内部建筑物)地图，以便有助于指导用户回到在建筑物内的相同位置。在使用期间，处理器106可从位置传感器118的GPS接收器接收由GPS接收器在任何时间测量的表示热成像相机10的在地球上位置(例如，纬度、经度、海拔等)的信号。处理器106可处理这样的信号以便确定热成像相机10相对于存储于存储器110中的地图数据库上的位置的位置。然后，无论是否有地图上的相关位置，热成像相机10可将GPS位置存储于存储器内，和/或将GPS位置信息显示于显示器上。基于由位置传感器118提供的包括位置、航向的位置数据和取向数据(单独或组合的)，处理器106还可向用户提供如何返回到期望位置(诸如新位置或先前由同一热成像相机10或由另一成像相机捕获图像的位置)的指令。可经由显示器或经由一些其它反馈机制(音频)将逐向指令提供给用户以便指导用户到达期望位置。可以提供与内部建筑物地图或其它参考地图相结合的指令。一旦处于期望位置，处理器106还可向用户提供有关期望航向(经由罗盘数据)和期望取向(经由加速度计数据)的指令。在热成像相机10的操作期间，处理器106在与存储于存储器110内的程序信息相关联的指令帮助下来控制红外相机模块100和可见光相机模块102以便生成目标场景的红外图像和可见光图像。处理器106还控制显示器104以便显示由热成像相机10所产生的可见光图像和/或红外图像。存储器110还可存储红外图像和可见光图像，连同与用来获得图像的相机位置和设定相关的数据。处理器106可进一步使用程序信息来控制用于在与较早图像相同的位置重摄红外图像或融合的可见光图像和红外图像所必需的操作。例如，处理器106可处理与存储图像相关联的位置数据和设定数据。其还可处理与热成像相机的当前位置相关联的数据，确定需要如何变化位置以便将当前位置与先前位置对准，以及指导用户重新定位相机10，直到达到相机初始位置，或直到所述位置足够接近初始位置。在一些实施例中，处理器106还可指导用户应用先前设定或其可自动地将相机10设定到先前设定。最后，当处理器106确定热成像相机10的位置足够接近初始位置时，其可指导热成像摄像机10自动捕获红外图像或融合的红外图像和可见光图像或可指导用户捕获图像。在一些实施例中，指示捕获图像时的热成像相机10的定位的位置数据包括热成像相机10的到目标的距离、瞄准点以及俯仰角、横摇角和偏航度。该数据在捕获图像时生成，并且连同图像存储或与图像相关联存储，此外也可在稍后的时间定位相机10的过程中被检测到。可以使用激光器或透镜位置来如上所述那样确定到目标的距离。瞄准点是在图像中确定焦距的特定点。瞄准点可显示于热成像相机10的显示器18上或显示于专门显示瞄准点的独立的显示器上。瞄准点可以一种或多种方式指示，包括通过视觉指示，诸如文字描述、箭头、瞄准物(简单的瞄准物、光学瞄准物、望远瞄准物、反射瞄准物、总体瞄准物等)，通过声音指示(口头指令方向)，和/或通过振动指示器。在保持当前瞄准点处于与初始瞄准点相同位置处时可指导用户重新定位相机10。关于俯仰角和横摇角的位置数据可从热成像相机10内的加速度计获得，而关于偏航度的位置数据可从热成像相机10内的罗盘获得。通过再现捕获较早图像时的到目标的距离、瞄准点、俯仰角、横摇角和偏航度，可以重复热成像相机10的较早位置。图6表示根据本发明一些实施例的用于重摄红外图像或融合的可见光图像和红外图像的过程的流程图。在某一先前时间，由热成像相机10捕获第一位置处的第一图像。例如，该第一图像可以是红外图像或融合的红外图像和可见光图像。第一图像可存储于热成像相机10的存储器110内，或者可被传送到单独的数字存储介质内。提供第一位置指示且连同所述第一图像捕获的第一图像位置数据与第一图像相关联地存储。在步骤310，由热摄像相机10取回第一图像和第一图像位置数据。该热成像相机10可以是与用于捕获第一图像相同的热成像相机10，或者可以是单独的热成像相机10，其包括与另一热成像相机10相同的位置传感器118。在步骤320，热成像相机10获得当前位置数据，其提供热成像相机10当前位置的指示。在步骤330，热成像相机处理当前位置数据和第一图像位置数据以便确定第一位置和当前位置之间的差异。例如，取决于存在于热成像相机10内的位置传感器118的类型，所述第一位置数据和所述当前位置数据可以是由加速度计、罗盘和/或GPS组件提供的数据。在步骤340，热成像相机10确定第一位置和当前位置是否足够接近来重摄图像。在步骤350，如果它们不充分接近而需要重新定位，则热成像相机10指导用户将热成像相机朝向第一位置重新定位。例如，热成像相机10可通过将信息发送到显示器18(其可包括单独的专用瞄准点显示器)上而给用户发出信号，使得显示器指示重新定位所需的类型和方向。然后，在步骤320获得新的当前位置数据，以及在步骤330再次处理位置数据。步骤的这一循环可随着用户响应于来自于热成像相机10的信号来将热成像相机10朝向第一位置重新定位而重复和连续地进行。在某些实施例中，用户受到实时指导如何重新定位热成像相机直到热成像相机处于或足够接近第一位置，从而重摄对象或场景的图像。一旦热成像相机10确定第一位置和当前位置足够接近，则在步骤360，热成像相机10在第二位置捕获第二图像。第二图像可由热成像相机10自动捕获，或者热成像相机10可给用户发出信号以便在该步骤手动地捕获第二图像。在一些实施例中，设定数据也可与第一图像相关联地存储。设定数据提供关于相机的第一设定的信息，所述第一设定是在捕获第一图像时的设定。该数据可通过热成像相机10连同第一图像和第一图像位置数据取回。在捕获第二图像之前，设定数据可由热成像相机10处理，以及一个或多个或所有的所存储的第一设定可自动地应用于热成像相机10，和/或热成像相机10可给用户发出信号来手动地应用一个或多个或所有所存储的第一设定(诸如通过在显示器上指示要由用户应用的设定)。在一些实施例中，第二图像与第一图像是相同类型的图像。例如，第一和第二图像两者均为红外图像或均为融合图像。在其它实施例中，第一图像和第二图像可为不同类型的图像。例如，第一图像可为可见光图像(其可与红外图像或融合图像相关联，由此可同时或几乎相同时间捕获可见光图像)，以及第二图像可为红外图像或融合图像。可由处理器106利用程序信息来确定当前位置是否充分接近第一位置。例如，在热成像相机10的程序信息内可预先设定与第一位置的特定量的公差变化。或者，在程序信息中可提供不同水平的公差，且用户可以选择为了重摄特定的图像应该应用哪一水平的公差。在一些实施例中，当在足够接近的位置(在允许公差内)处捕获图像以及捕获第二图像时，处理器可使得所捕获的第二图像偏移(回到中心位置)以便更精确地与初始图像对准。上述偏移可自动进行或在用户指导之下进行。通过具有在不同的时间点但是从大致相同的位置捕获的第一和第二红外图像，可以进行比较以确定红外图像如何变化。以该方式，第一红外图像或融合的红外图像和可见光图像可与第二红外图像或融合的红外图像和可见光图像进行比较，以使得可更容易地识别代表热模式变化的图像红外方面的变化。该比较可以并列手动比较来进行。图像也可被叠加以便更容易地识别热变化。或者，可应用处理器106或其它非相机软件以便执行两个红外图像的热分析以便确定热差异。热偏移指示了在其成为更大问题之前可以进行补救的潜在故障。已描述了示例性的热成像相机和相关技术。本公开内容中描述的技术也可以实现或编码在计算机可读介质中，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使得可编程处理器，或其它处理器执行该方法。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。已经描述了各个示例。这些和其它示例均在以下权利要求的范围内。
权利要求
1.一种便携手持式的热成像相机，包括: 透镜组件，具有用于检测目标场景的热图像的热传感器和用于检测所述目标场景的可见光图像的可见光传感器； 显示器，适于显示所述可见光图像的至少一部分和/或所述热图像的至少一部分； 处理器； 位置传感器，适于将当前位置数据提供给所述处理器，所述当前位置数据表示所述相机的当前位置； 存储器，用于存储在第一位置处捕获的场景的第一热图像和第一位置数据，其中所述第一热图像和第一位置数据可由所述热成像相机或由单独装置捕获； 所述处理器可操作地用于将所述相机的所述当前位置的当前位置数据与所述第一位置数据进行比较并对用户产生如何将所述相机朝向所述第一位置重新定位的信号。
2.根据权利要求1所述的热成像相机，其中，所述位置传感器包括加速度计和/或罗盘和/或GPS接收器。
3.根据前述权利要求中任一项所述的热成像相机，还包括适于测量到目标的距离的激光器，并且其中所述激光器适于将另外的位置数据提供给所述处理器。
4.根据从属于权利要求2的权利要求3所述的热成像相机，其中，所述当前位置的所述当前位置数据包括来自所述加速度计、罗盘和激光器的数据。
5.根据前述权利要求中任一项所述的热成像相机，其中，所述第一位置数据和/或所述当前位置数据包括定 位数据、和/或航向数据、和/或取向数据、和/或GPS坐标。
6.根据前述权利要求中任一项所述的热成像相机，其中，当所述热成像相机在室内运输时，所述位置传感器继续提供定位数据。
7.根据前述权利要求中任一项所述的热成像相机，其中，所述显示器适于显示由所述处理器产生的信号。
8.根据前述权利要求中任一项所述的热成像相机，其中，所述显示器显示用于向所述用户指示如何将所述相机朝向所述第一位置重新定位的瞄准物。
9.根据前述权利要求中任一项所述的热成像相机，其中，所述存储器适于存储设定数据，所述设定数据提供与捕获所述第一热图像时在所述热成像相机或在所述单独装置上使用的设定相关的信息，其中优选在所述第一位置捕获第二热图像时，所述处理器将至少一些所述设定数据应用于所述热成像相机。
10.根据前述权利要求中任一项所述的热成像相机，其中，所述透镜组件包括具有与其相关联的热传感器的热透镜组件，以及具有与其相关联的可见光传感器的可见光透镜组件。
11.根据前述权利要求中任一项所述的热成像相机，其中，所述热传感器是红外传感器以及所述第一热图像是第一红外图像，且当从属于权利要求10时，所述第二热图像至少包括第二红外图像。
12.一种使用手持便携式的热成像相机来重摄场景的热图像的方法，包括: 从所述热成像相机取回第一热图像和第一图像位置数据，其中由所述热成像相机或由单独装置提供所述第一图像位置数据并且所述第一图像位置数据指示在捕获所述第一热图像时所述热成像相机或所述单独装置的第一位置；获得当前位置数据，所述当前位置数据指示所述热成像相机的当前位置； 将所述第一图像位置数据与所述当前位置数据进行比较； 从所述热成像相机提供如何将所述热成像相机朝向所述第一位置重新定位的指示；以及 当所述热成像相机定位于 所述第一位置或其附近时捕获第二图像，其中所述第二图像包括热图像或融合的热图像和可见光图像。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述第一图像位置数据和所述当前图像位置数据包括来自加速度计的数据、和/或来自罗盘的数据、和/或来自到目标的距离的数据、和/或来自GPS接收器的数据。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其中，在所述热成像相机的显示器上提供来自所述热成像相机的如何将所述热成像相机朝向所述第一位置重新定位的所述指示。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，其中，所述当前位置数据和/或所述第一位置数据包括定位数据、和/或航向数据、和/或取向数据、和/或GPS坐标。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的方法，其中，在所述热成像相机在室内运输时获得所述当前位置数据。
17.根据权利要求12至16中任一项所述的方法，还包括将与捕获所述第一热图像时在所述热成像相机上或在所述单独装置上使用的设定相关的设定数据存储在所述热成像相机中，以及在捕获所述第二图像时将来自所存储的设定数据的设定应用于所述热成像相机。
18.根据权利要求12至17中任一项所述的方法，其中，所述第一热图像是第一红外图像，以及任选地，所述第二图像包括红外图像或融合的红外图像和可见光图像。
19.根据权利要求1至11中任一项所述的热成像相机或根据权利要求12至18中任一项所述的方法，其中，所述单独装置也是热成像相机，并且所述第一热图像和所述第二图像由不同的热成像相机捕获。
全文摘要
本发明涉及用于重摄图像的热成像相机以及使用热成像相机重摄图像的方法。所述热成像相机包括位置传感器，其有助于指导相机返回到捕获初始图像的位置。位置传感器提供可包括定位数据、航向数据和取向数据的位置数据。
文档编号H04N5/33GK103179354SQ20121055928
公开日2013年6月26日 申请日期2012年12月20日 优先权日2011年12月23日
发明者J·J·弗兰德, K·R·约翰逊, M·J·巴顿, J·M·维斯泰德, R·S·纳尔逊 申请人:弗卢克公司