专利名称：红外照相机滤光轮系统和方法
技术领域：
本发明总体上涉及红外照相机，更具体地，涉及用于过滤提供到红外照相机的红外线波长的技术。
背景技术：
正如众所周知的，红外照相机可以用于捕获期望目标的红外图像。在这方面，不同的对象例如根据它们的材料组成和性质可以辐射和/或吸收各种红外线波长。因此，为了捕获特定对象的图像，常常需要过滤由红外照相机的传感器电路接收到的红外波长。不幸的是，常规的滤光技术一般需要使用者选择适于特定应用场合的滤光器。在使用者已经确定合适的滤光器之后，使用者手工将该滤光器附接到红外照相机，该红外照相机之后捕获目标的红外图像。如果使用者想要观察另一目标，则可能需要另一滤光器。在该情况下，使用者在捕获另一红外图像之前必须移除之前安装的滤光器，确定一新的合适滤光器，并将该新滤光器附接到红外照相机。上述方法对于使用者来讲可能不方便，特别是必须要反复地捕获不同类型的目标的图像的时候。而且，对与特定目标相关的红外线波长或滤光器的知识有限的使用者可能不能成功地选择捕获期望图像所需的滤光器。因此，需要用于选择与红外照相机一起使用的滤光器的改进方法，来克服上面讨论的缺点中的一些或全部。
发明内容
提供了各种技术用来确定与红外照相机一起使用的滤光器。例如，多个滤光器可以安装在红外照相机的滤光轮中。与滤光器有关的标识符可以由红外照相机读取，以识别当前安装在滤光轮中的各种类型的滤光器。所安装的滤光器可以由照相机或使用者选择， 以根据需要用在特定的应用场合。滤光器可以基于滤光器、滤光器标识符、和存储在由红外照相机保存的表格或其它记录中的目标之间的联系来确定。此外，可以响应于滤光器选择来调整红外照相机的设置。在一个实施例中，红外照相机包括红外传感器；包括多个滤光器和与滤光器相关联的多个滤光器标识符的滤光轮，多个滤光器适于在红外辐射被红外传感器接收之前有选择地过滤红外辐射，其中每个滤光器标识符标识出对应的一个滤光器；多个传感器，适于读取滤光器标识符，以识别出安装在滤光轮中的滤光器；存储器；以及处理器，适于基于由传感器读取的滤光器标识符在存储器中存储安装在滤光轮中的滤光器的记录。在另一实施例中，滤光轮包括多个滤光器，适于有选择地过滤对应于多个目标的红外辐射；和与滤光器相关联的多个滤光器标识符，其中每个滤光器标识符标识出对应的一个滤光器，其中该滤光器标识符适于被红外照相机的传感器读取。在另一实施例中，一种识别红外照相机的滤光器的方法包括扫描与安装在红外照相机的滤光轮中的滤光器相关联的多个滤光器标识符，其中滤光器适于在红外辐射被红外照相机的红外传感器接收之前有选择地过滤红外辐射；基于扫描来判断选定的滤光器是否安装在滤光轮中；和如果选定的滤光器安装在滤光轮中，则使滤光轮旋转，以使选定的滤光器定位在红外照相机的红外传感器的前方。在 另一实施例中，红外照相机包括多个滤光器，适于在红外辐射被红外照相机的红外传感器接收之前有选择地过滤红外辐射；固定滤光器的装置；标识每个滤光器的装置；读取标识装置以识别安装在固定装置中的滤光器的装置；和基于标识装置被读取装置读取而存储安装在固定装置中的滤光器的记录的装置。本发明的范围由权利要求限定，这部分结合有权利要求的内容以供参考。考虑下面对一个或多个实施例的详细描述，本领域技术人员将对本发明的实施例有更全面的理解，并可以实现额外的优点。将参考所附的附图，下面对附图做简要说明。
图1示出根据本发明实施例的红外照相机的分解图。图2示出根据本发明实施例的滤光轮的正面视图。图3是示出根据本发明实施例的滤光轮的背面视图。图4示出根据本发明实施例的滤光轮的分解图。图5示出根据本发明实施例的滤光器保持架。图6示出根据本发明实施例的滤光器。图7示出根据本发明实施例的滤光器标识符。图8示出根据本发明实施例的多个滤光器标识符。图9示出根据本发明实施例的红外照相机的正视图。图10示出根据本发明实施例的红外照相机的框图。图11示出使用根据本发明实施例的滤光轮的过程。图12示出扫描根据本发明实施例的多个滤光器标识符的过程。图13示出根据本发明实施例的红外照相机的后视图。通过参照下面的详细描述，本发明的实施例及其优点得到最好地理解。应当知道， 在一个或更多的图中，使用相同的附图标记来表示相同的元件。
具体实施例方式图1示出根据本发明实施例的红外照相机100的分解图。红外照相机100包括主体110，各种盖，例如前盖102、后盖104、顶盖106和底盖108，利用螺钉190或其它合适的紧固件，可以附接到该主体110。红外照相机100还包括图1中所示的附接到前盖102的透镜 160。主体110包括快门116，快门116可以通过合适的伺服电机有选择地定位在光圈 112的前方。快门116还可以用作校准标记，以易于校准红外照相机100的传感器电路。主体110还可包括红外传感器和相关的电路(这里将做进一步描述)。滤光轮120附接到主体110。滤光轮120可以旋转，从而将各种滤光器有选择地定位在光圈112的前方，以过滤通过透镜160接收到的红外线波长。后盖104包括可以与主体110的适当电路通过接口连接以用于数据通信(例如， 传送红外图像数据)的通信链路170(例如，千兆以太网线路、千兆串行图像数据输出端、GigE Vision 接口或其它通信链路)。额外的电路180附接到后盖104，可以用于提供能够被使用者从后盖104的反面观察到的例如各种连接和/或显示，正如这里进一步描述的。图 2-8示出滤光轮120及其相关部件的其它方面。滤光轮120可以用于保持或固定多个滤光器140。如图所示，滤光轮120包括构造成用于接收多个滤光器保持架130的环 128和板126。滤光轮120还包括可与滤光轮齿轮122机械地接合的轴129。滤光轮120还包括多个位置标识符134，这些位置标识符134可以由红外照相机100的适当传感器读取， 以使滤光轮120对准。滤光器保持架130可以如图5所示打开以接收光学过滤器140，光学过滤器140通过滤光器保持架130固定在滤光轮120中。这样，红外照相机100的使用者可以根据特定的应用场合按照期望有选择地安装各种滤光器140以及从滤光器保持架130移除各种滤光器140。虽然在图2-4所示的实施例中示出了四个滤光器保持架130和四个滤光器140，但是在其它实施例中可以采用任意期望数量的滤光器保持架130和滤光器140，正如这里进一步讨论的。图6示出其中一个滤光器140的示例。如图6所示，滤光器140包括由外环142 围绕的滤光材料144。外环142在安装在滤光轮120中时被其中一个滤光器保持架130夹紧，而使基本上所有的滤光材料144 (例如，常规的滤光材料)露出。滤光器140还可以包括标记146，例如被着色的点或其它标记，从而当滤光器140没有安装在其中一个滤光器保持架130中时来辨别该滤光器140。在一个实施例中，滤光器130可以具有约为Imm的厚度，外环142可以具有约 25. 4mm+/-0. 2mm的外径，并且滤光材料144可以具有约24mm或更大的直径。在其它实施例中可以采用其它尺寸的滤光器140。可以使用不同的滤光器140来过滤各种红外线波长的范围。例如，下面的表1是从新泽西州parsippany的Spectrogon美国公司获得的若干不同的滤光器140的滤光特性， 它们可以用在各种实施例中表 1滤光滤光器名类型BPBPBPBP 高截止Spectrogon零件号
器标称/目标中心宽低(nm)(nm)
识符(nm)(nm)(nm) 150
1ND 1.0ND--20005000-ND-IR-OD-1.0-025.4x1.Omm
2ND 2.0ND--20005000-ND-IR-OD-2.0-025.4xl.Omm
3ND 3.0ND--20005000-ND-IR-OD-3.0-025.4x1.Omm
4ND 0.3ND--20005000-ND-IR-OD-0.3-025.4xl.Omm
5ND 0.6ND--20005000-ND-IR-OD-0.6-025.4xl.Omm
6ND 1.45ND--20005000-ND-IR-OD-1.45-O25.4xl.Omm
7标准BBP--30005000-BBP-3 000-5 OOOc MWIR
8ATMBBP--34004170-BBP-3400-4170c
9SolarLP--35005000100LP-3500
Block(SRX)
10ThruBP2345100229523953500BP-2345-100
Glass(TGL)
11高温玻璃BP500014549285073-BP-5000-145 __(GHT)________
12窄带火焰BP390015038253975-BP-3900-150
或HT
13宽带火焰BBP--37004200-BBP-3750-4020c
14聚乙稀BP345010034003500-BP-3450-100 (PEN)
15塑料BP341013033453475-BP-3410-130
16C02BP435018042604440-BP-4275-200
17一氧化二氮BP450016044204580-BP-4500-160
18COSNP42208541784263-BP-4220-085 如表1所示，可以使用各种类型的滤光器140，例如中密度(ND)滤光器、宽带通 (BBP)滤光器、长波通(LP)滤光器，带通(BP)滤光器和短波通(SP)滤光器。滤光器140可以过滤适于不同对象的红外图像的红外线波长范围。例如，“C02”滤光器140透过适于捕获二氧化碳气体的红外图像的红外线波长。每个滤光器140与能够被红外照相机100读取的对应的滤光器标识符150相关联，以识别每个滤光器140。在一个实施例中，滤光器标识符150可以由附接到与各种滤光器相关的滤光器保持架130的标签来实现。在另一实施例中，滤光器标识符150可以蚀刻、 喷涂或标记在滤光器保持架130上。在其它实施例中，滤光器标识符150可以设置在滤光器140、滤光轮120的其它部分、和/或红外照相机100的其它部分的适当位置上。图7示出由以六位二进制数编码的标签实现的一个滤光器标识符150的实施例。 如图7所示，滤光器标识符150包括六个区152A-F，每个区对应于六位二进制数的一位，区 152A对应于最低有效位的位置。在该实施例中，区152A-F由线156分隔。在另一实施例中，线156可以省去。在图7中，区152A、152C和152D中的暗色(例如，非反射性)的表面对应于二进制值1，区152B、152E和152F中的亮色(例如，能反射或反光)的表面对应于二进制值0。 因此，在该实施例中，图7的滤光器标识符150对应于二进制值001101。正如在区154中所标识的，该滤光器标识符150还对应于十进制值13。这样，可以理解，图7的滤光器标识符150标识出表1的“Broad Band Flame”滤光器140。图8示出二进制值从00000到 OlOllK十进制值是0到23)的滤光器标识符150的额外的示 例。要理解，通过用六位二进制数给滤光器标识符150编码，可以提供高达64种唯一的滤光器标识符150。然而，在其它实施例中可以采用任何期望数量的二进制数或其它的编码方法。图3示出由附接到滤光器保持架130的标签实现的滤光器标识符150的若干额外的示例。如图3所示，在滤光器140和滤光器保持架130安装在滤光轮120中时，可以从滤光轮120的背面看到滤光器标识符150。有利地，这使得在滤光轮120安装在红外照相机 100中时滤光器标识符150能够被红外照相机100读取。如图2所示，每个滤光器保持架130包括可以从滤光轮120的正面观察到的标签 132。标签132提醒滤光轮120的使用者在已经换上滤光器140之后再次检查安装在滤光轮120中的滤光器140。在另一实施例中，红外照相机100可以提醒使用者在已经换上滤光器140之后再次检查滤光器140，或者可以执行自动的再次扫描，如这里进一步讨论的。图9示出根据本发明实施例的红外照相机100的主体110的正面视图。在图9中， 为了示出位于滤光轮120后面的各种部件，滤光轮120和快门116已经从主体110移除。这些部件包括多个滤光器标识符传感器114、滤光轮对准传感器116、滤光轮齿轮122和驱动齿轮124。当安装在主体110上时，滤光轮120可以与滤光轮齿轮122机械地接合，该滤光轮齿轮122与驱动齿轮124机械地接合。驱动齿轮124可以例如由容纳在主体110中的步进电机操作。这样，因上述机械接合，随着驱动齿轮124响应于步进电机而旋转，滤光轮齿轮 122也旋转，这又使滤光轮120旋转。滤光器标识符传感器114可以用于读取与滤光轮120的各种滤光器相关的滤光器标识符150，以识别目前安装在滤光轮120中的各种类型的滤光器。滤光轮对准传感器116 可以用于读取滤光轮120上的位置标识符134(例如，由反射性或反射表面实现)，以确定滤光轮120何时旋转到各位置。滤光器标识符传感器114和滤光轮对准传感器116可以体现为例如构造成检测从滤光器标识符150的特定区152A-F的反射和从位置标识符134的反射的光学传感器。在其它实施例中，滤光器标识符传感器114和滤光轮对准传感器116可以体现为机械传感器、机电传感器或适于各种应用场合的其它类型的传感器。图10示出根据本发明实施例的红外照相机100的框图。红外照相机100包括控制红外照相机100的各部件的操作的处理器板1020。例如，在一个实施例中，处理器板1020 可以控制图10中所示的各种部件。处理器板1020包括处理器1022(例如，微控制器、微处理器、逻辑电路、可编程逻辑器件或其它合适的处理器件)、存储器1024和其它合适的控制电路。红外照相机100还包括电源板1030，该电源板1030通过电源开关1032连接到电源 1034(例如，电池或外部电源)并将电能分配给图10所示的红外照相机100的各部件。红外传感器(例如，焦平面阵列(FPA)或其它常规的红外检测器)1014构造成用于检测对应于通过滤光轮120接收的红外辐射1050的红外图像。检测到的红外图像以模拟形式送到数字转换器板1018，该数字转换器板1018将红外图像转换成数字形式并将数字图像信息送至处理器板1022。数字红外图像可以通过千兆以太网板1026被提供至通信链路170和/或通过后面板连接1040被提供至显示器或红外照相机100的其它部件。回转式冷却器1016对红外传感器1014进行冷却。例如，在一个实施例中，回转式冷却器1016热耦合到红外传感器1014。可以设置风扇1036来冷却红外照相机100的其它部分。红外照相机100还包括提供Camera Link 通信协议的接口的Camera Link 连接1038。红外照相机还包括提供前面描述的滤光器标识符传感器114和滤光轮对准传感器 116的传感器板1010。此外，红外照相机包括使前面描述的驱动齿轮124旋转的步进电机 1012。图13示出根据本发明实施例的红外照相机100的后视图。具体地，图13示出红外照相机100的后盖104上的各部件，它们可以例如由附加电路180 (如图2所示)实现并在适当地方通过通信链路170、Camera Link 连接1038和后面板连接1040 (如图1和10 所示)连接到主体110。在此方面，后盖104包括前面描述的通信链路170、前面描述的Camera Link 连接 1038、前面描述的电源开关1032和用于从外部源接收(例如从电源1034或24V电源接收) 电能的电源输入端口 1320。后盖还包括模拟视频输出端口 1314(例如，用于根据SVGA标准向显示器提供RBG视频信号)和用于向显示器提供S-Video信号的S-Video端口 1322。后盖还包括辅助端口 1316，用于提供测量外部温度、与外部光学系统通信、发送/ 接收晶体管-晶体管-逻辑(TTL)数据字的接口和可能期望用于特定应用场合的其它类型的接口。此外，后盖104包括通用串行总线(USB)主机连接1324 (例如，用于连接USB大容量存储器)和USB客 户连接1326 (用于接收适当的指令并控制通信)。后盖104还包括多个状态灯1312 (例如LED)，用于指示红外照相机100的各个方面的状态，例如电源状态、FPA 温度、美国靶场仪器组(IRIG)时间码B lock、通信配置(例如，USB或GigE Vision )、错误状态，或者红外照相机100的其它方面。后盖104还包括用于接收TTL触发信号以使红外照相机100产生一帧序列的触发输入端口 1328、用于接收TTL同步信号以驱动红外照相机100的帧频的同步输入端口1330、用于向显示器提供国家电视系统(NTCS)或逐行倒相制(PAL)视频输出信号的复合视频输出端口 1332、用于接收视频信号以使红外照相机100的视频输出信号同步的发生器同步输入端口 1334、用于提供同步信号以使外部照相机或仪器同步的同步输出端口 1336、以及用于接收美国靶场仪器组(IRIG)标准的时序输入信号的时序输入端口 1338。图11示出使用根据本发明实施例的滤光轮120的方法。在一个实施例中，红外照相机100可以例如通过在由红外照相机100提供的显示器、图形用户界面或其它合适的用户界面上 为使用者显示指令来提示使用者进行图11所示方法的一个或多个步骤。在初始步骤1105中，将滤光器标识符150安装在滤光器保持架130上。在步骤 1110中，将滤光器140安装在对应于所安装的滤光器标识符150的适当的滤光器保持架 130上。在步骤1115中，将具有安装好的滤光器140和滤光器标识符150的滤光器保持架 130安装在滤光轮120中。在其它实施例中可以采用其它构造的滤光器保持架130、滤光器 140和滤光器标识符150。这样，步骤1105至1120可以适当地修改以适应这些构造和实施例。在步骤1120中，将滤光轮120安装在红外照相机100中。这里，滤光轮120的轴 129可以与滤光轮齿轮122接合，该滤光轮齿轮122与驱动齿轮124接合。在步骤1125中，红外照相机100扫描目前安装在滤光轮120中的滤光器140，正如在图12所示的方法中进一步描述的那样。作为步骤1125的结果，红外照相机100将对当前能够被红外照相机100使用的所有滤光器140有一个或多个记录(例如，填表或其它适当的数据结构)。例如，在一个实施例中，红外照相机100可以在处理器板1020的存储器1024中保存下面的表2，以识别当前安装在滤光轮120中的滤光器140。表 权利要求
1.一种红外照相机，包括红外传感器；滤光轮，包括多个滤光器，适于在红外辐射被红外传感器接收之前有选择地过滤红外辐射，和与滤光器相关联的多个滤光器标识符，其中每个滤光器标识符标识出对应的一个滤光器；多个传感器，适于读取滤光器标识符，以识别出安装在滤光轮中的滤光器；存储器；以及处理器，适于基于由传感器读取的滤光器标识符在存储器中存储安装在滤光轮中的滤光器的记录。
2.如权利要求1的红外照相机，其中，处理器适于基于记录判断选定的滤光器是否安装在滤光轮中。
3.如权利要求2的红外照相机，还包括电机，如果选定的滤光器安装在滤光轮中，则该电机适于响应于处理器使滤光轮旋转，从而使选定的滤光器定位在焦平面阵列的前方。
4.如权利要求2的红外照相机，其中，处理器适于基于选定的滤光器有选择地配置红外照相机的设定参数。
5.如权利要求1的红外照相机，其中，所述记录使滤光器与滤光器标识符和多个目标相关联。
6.如权利要求5的红外照相机，其中，处理器适于基于在记录中标识出的选定滤光器和选定目标之间的关联来选择其中一个滤光器。
7.如权利要求1的红外照相机，其中，滤光轮还包括多个滤光器保持架，该多个滤光器保持架适于将滤光器固定在滤光轮中，其中滤光器标识符设置在滤光器保持架上。
8.如权利要求1的红外照相机，其中，滤光器标识符设置在滤光器上。
9.如权利要求1的红外照相机，其中，每个滤光器标识符编码成二进制数，以标识出对应的一个滤光器。
10.一种滤光轮，包括多个滤光器，适于有选择地过滤对应于多个目标的红外辐射；和与滤光器相关联的多个滤光器标识符，其中每个滤光器标识符标识出对应的一个滤光器，其中该滤光器标识符适于被红外照相机的传感器读取。
11.如权利要求10的滤光轮，其中，滤光轮还包括多个滤光器保持架，该多个滤光器保持架适于将滤光器固定在滤光轮中，其中滤光器标识符设置在滤光器保持架上。
12.如权利要求10的滤光轮，其中，滤光器标识符设置在滤光器上。
13.如权利要求10的滤光轮，其中，每个滤光器标识符编码成二进制数，以标识出对应的一个滤光器。
14.如权利要求10的滤光轮，其中，滤光轮适于由红外照相机旋转，以有选择地将滤光器定位在红外照相机的红外传感器的前方。
15.一种识别红外照相机的滤光器的方法，该方法包括扫描与安装在红外照相机的滤光轮中的滤光器相关联的多个滤光器标识符，其中滤光器适于在红外辐射被红外照相机的红外传感器接收之前有选择地过滤红外辐射；基于扫描来判断选定的滤光器是否安装在滤光轮中；和如果选定的滤光器安装在滤光轮中，则使滤光轮旋转，以使选定的滤光器定位在红外照相机的红外传感器的前方。
16.如权利要求15的方法，其中，扫描包括使用红外照相机的传感器读取滤光器标识符；和基于传感器所读取的滤光器标识符，存储安装在滤光轮中的滤光器的记录。
17.如权利要求15的方法，其中，扫描被红外照相机的使用者触发。
18.如权利要求15的方法，其中，扫描被红外照相机触发。
19.如权利要求15的方法，还包括如果选定的滤光器没有安装在滤光轮中，则提示红外照相机的使用者将选定的滤光器安装在滤光轮中；和扫描与选定的滤光器相关联的滤光器标识符。
20.如权利要求15的方法，还包括基于选定的滤光器，有选择地配置红外照相机的设定参数。
21.如权利要求15的方法，还包括使滤光器与滤光器标识符和多个目标相关联。
22.如权利要求21的方法，还包括基于选定的滤光器和选定的其中一个目标之间的关联，来选择选定的滤光器。
23.如权利要求15的方法，其中，滤光轮还包括多个滤光器保持架，该多个滤光器保持架适于将滤光器固定在滤光轮中，其中滤光器标识符设置在滤光器保持架上。
24.如权利要求15的方法，其中，滤光器标识符设置在滤光器上。
25.如权利要求15的滤光轮，其中，每个滤光器标识符编码成二进制数，以标识出对应的一个滤光器。
26.—种红外照相机，包括多个滤光器，适于在红外辐射被红外照相机的红外传感器接收之前有选择地过滤红外辐射；固定滤光器的装置； 标识每个滤光器的装置；读取标识装置以识别安装在固定装置中的滤光器的装置；和基于标识装置被读取装置读取而存储安装在固定装置中的滤光器的记录的装置。
全文摘要
提供了用于识别与红外照相机一起使用的滤光器的各种技术。多个滤光器可以安装在红外照相机的滤光轮中。与滤光器相关联的标识符可以被红外照相机读取，以识别当前安装在滤光轮中的各种类型的滤光器。安装的滤光器可以由照相机或使用者来选择，以用于期望的特定场合。例如，滤光器可以基于存储在由红外照相机保存的表或其它记录中的滤光器、滤光器标识符和目标之间的关联来选择。红外照相机的设定参数可以响应于滤光器选择来调整。
文档编号G03B11/00GK102216846SQ200980145390
公开日2011年10月12日 申请日期2009年9月25日 优先权日2008年10月15日
发明者卡尔文·班克斯, 布赖恩·克伦威尔 申请人:弗莱尔系统公司