专利名称：红外热像数据实时压缩/解压方法及基于网络和嵌入式计算机的红外温度监测装置与系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及计算机及红外热成像技术领域，特别是一种红外热像数据实时压缩/解压方法、基于网络和嵌入式计算机的红外温度监测装置及系统。
背景技术：
随着红外热成像技术和电子计算机技术的飞速发展，光电图像处理技术在国民经济的诸多领域得到了广泛的应用。其中，红外热成像技术是利用物体的温度差异进行成像的，因而在生产过程实时监控等领域中，我们可以清晰的看到物体的表面温度分布，从而及时判断出物体的工作状态。可见光图像是利用摄录像设备获得的，可以准确地看到被测物体的视觉图像，精确测定物体的坐标方位，因而在日常工作和生活中得到广泛应用。前者的优点是可以及时准确地确定目标的温度状况，但不能对目标进行准确地分辨；后者虽然可以对目标准确分辨，但反映不了物体的温度状况。如SARS病毒传染性极强，对人类构成巨大威胁，其在发病人体中的表现为高温、高热，及时在各种场合(如广场)发现发热病人对控制疫情传播具有十分重要的意义。利用现有红外热成像技术可以及时发现发热病人但无法准确定位，利用可见光图像可以准确清晰地捕获现场目标，但无法确定何人发热，两者互有优劣。据了解，除中国专利CN1546960公开了一种本申请人申请的兼具上述两者优点的同类设备(红外线热成像图像及可见光图像复合视频实时显控装置)外，尚无发现有同样的技术在国内外披露。但该专利申请所公开的技术方案仍然存在一些不足之处1、由于红外热像设备的用途决定了其使用场合复杂，甚至环境恶劣，所以必须轻巧、便移，且满足IP54或IP67的标准密封条件，要满足IP54或IP67密封条件，则产品的功耗必须小、散热能力要强。由于功耗、体积、散热、成本等方面的限制，传统的PC机或工控机难以满足设备的要求。所以，现有的红外热像仪大都是采用单片机制造的。由于单片机的处理能力弱，而红外测温和成像处理需要很大的数据处理能力，因而被迫采用多个单片机芯片协同处理。这样以来，甚至接口都需要自己开发，产品的研制势必难度大、周期长，降低了市场竞争力。由于可利用软硬件资源少，要扩展功能非常困难。
2、红外热成像技术具有数据量大、测温计算公式复杂、分析多样性、数据必须无损传输的特点。由于受硬件技术，特别是网络技术发展的限制，以前生产的用于工业过程控制及监控目的的热成像产品通常只有视频信号输出和RS232/485信号输出，信号弱、传输速度慢且距离短，因而不能直接进行网络传输。由于红外的数据计算量非常大，且红外数据必须无损传输，采用直接网络传输的方式，会给系统和网络造成极大的负担，要满足每秒50Hz以上速度的要求，即便是采用最先进的嵌入式CPU也处理不过来，一般的单片机或CPU就更不行了。这样便会严重制约产品的性能，使得现有技术热像仪采集到的温度数据不能实时、完整地进行网络在线数据传输和数据库管理、分析、处理。如何能够利用当今最先进的嵌入式计算机，使得现有技术热像仪采集到的温度数据能够实时、完整地进行网络在线数据传输和数据库管理、分析、处理呢？这是一个难题！发明内容本发明的目的之一是提供一种红外热像数据实时压缩/解压方法，以解决红外热像数据处理计算量大，需要无损传输的问题。
本发明的另一个目的是设计一种能够克服已有技术所存在的缺陷，不仅可以实时在线通过红外热像准确、快速地对目标进行图像、温度数据采集和处理，还便于通过网络和数据库远程在线传输、分析、管理的基于网络和嵌入式计算机的红外温度监测装置。
本发明的第三个目的是利用上述方法及装置设计一种基于网络和嵌入式计算机的红外温度监测系统，以便于通过网络和数据库远程在线传输、分析、管理所得红外热像和/或可见光图像信息。
本发明的技术方案如下一种红外热像数据实时压缩/解压方法，其为一种流媒体数据实时压缩/解压方法，包括压缩方法和解压方法——压缩方法是①通过嵌入式计算机采集、保留来自红外热像仪的前幅红外热像数据；②采集自红外热像仪的当前幅红外热像数据；③求前后两幅红外热像数据的差；④根据事先准备的矢量化表对所得红外热像数据的差进行矢量化处理；⑤根据编码表对矢量化处理后的红外热像数据进行编码；⑥压缩数据；⑦压缩数据输出；
——解压方法是①计算机对接收到的压缩数据进行存储；②利用编码表使压缩数据还原为原编码；③利用矢量化表对还原后的编码数据进行反矢量化处理；④利用反矢量化处理所得的红外热像差值数据对比前幅红外热像数据求出当前幅红外热像数据；⑤将所得当前幅红外热像数据输出送至计算机的图像处理模块处理、显示。
一种基于网络和嵌入式计算机的红外温度监测装置，包括计算机和红外线热像仪，其特征在于所述计算机为嵌置在所述红外线热像仪壳体内的嵌入式计算机；在红外线热像仪上设有16位数字输出接口，在计算机的数据接口上连接有用于对红外线热像仪输出的16位数字图像数据进行采集的数据采集卡；在计算机内部的存储介质上存储有由数据指令代码构成的程序控制模块、测温模块、图像处理模块和显示模块，在计算机上还设有可以16Bit、50Hz以上速度实时传输全部温度数据的网络接口；所述图像处理和显示模块中的红外热像处理和显示模块含有红外热像流媒体数据实时压缩模块。
所述网络接口为可以自定义IP地址的RJ45集成标准接口。
所述嵌入式计算机的CPU是一种基于MIPS的核心处理器，主频大于500MHz。
更具体来说，所述CPU为32Bit工业级AU1200型CPU，嵌入有WinCE操作系统；所述嵌入式计算机内部的存储介质为大于或等于64M的DDR内存，系统总线为200MHz。
所述壳体内或外还设有可以选装的可见光摄像机，在所述嵌入式计算机的数据接口上相应设有用于对可见光摄像机输出的图像数据进行采集的视频扑捉卡。
所述可见光摄像机为CCD或CMOS摄像机；在所述计算机上还设有用来和测温基准校正的温度传感器相连的传感器接口、用于调焦电机控制、光栏控制、红外成像模块控制的功能控制接口、显示器接口、与RJ45集成标准接口连接的10/100M以太网接口以及键盘接口。
所述测温基准校正的温度传感器为DS18B20温度传感器；在计算机上连接有可移动大容量存储器以及USB、GSM/GPRS、RS232/蓝牙接口外设接口。
一种基于网络和嵌入式计算机的红外温度监测系统，其特征是该系统由一个以上的所述红外热成像温度监测分析装置、若干台个人计算机和/或交换机、服务器组成，其间通过局域网和/或互联网互联；在个人计算机内设有红外热像处理、显示模块，红外热像处理、显示模块中含有红外热像流媒体数据实时解压缩模块；在服务器中设有红外热像处理、显示模块及图像数据库管理模块。
本发明温度监测装置由于采用了红外热像流媒体数据实时压缩/解压方法，解决了红外热像数据处理计算量大，必须无损传输的基本问题。
本发明装置由于采用了功耗低、处理能力强之基于MIPS核心处理器的嵌入式计算机及数据处理能力强，具有多媒体加速功能的系统接口，并将计算机和红外热像仪合为一体，不仅满足了红外热像仪数据处理量大、体积小、轻便的要求，也满足了IP54或IP67密封条件的要求。
本发明装置及系统由于采用了可以基于TCP/IP网络自定义IP地址的集成标准RJ45接口，不仅可以实时显示、监测、远程传输红外和/或可见光图像，还可以实时在线通过红外热像准确、快速地对目标通过网络和数据库远程在线分析、管理，具有数据传输速度快，可以实时传输全部温度数据(16Bits)，传输距离远，抗干扰能力强，适用范围广，与现有标准网络设备相兼容，组网方便等优点。
图1是本发明红外热像流媒体实时压缩/解压方法的流程示意图。
图2是本发明装置的计算机电路原理图。
图3是本发明系统的网络示意图。
具体实施例方式
一种红外热像数据实时压缩/解压方法，如图1所示，其为一种流媒体数据实时压缩/解压方法，包括压缩方法和解压方法——压缩方法是①通过嵌入式计算机采集、保留来自红外热像仪的前幅红外热像数据；②采集自红外热像仪的当前幅红外热像数据；③求前后两幅红外热像数据的差；④根据事先准备的矢量化表对所得红外热像数据的差进行矢量化处理；⑤根据编码表对矢量化处理后的红外热像数据进行编码；⑥压缩数据；⑦压缩数据输出；——解压方法是①计算机对接收到的压缩数据进行存储；②利用编码表使压缩数据还原为原编码；③利用矢量化表对还原后的编码数据进行反矢量化处理；④利用反矢量化处理所得的红外热像差值数据对比前幅红外热像数据求出当前幅红外热像数据；⑤将所得当前幅红外热像数据输出送至计算机的图像处理模块处理、显示。
一种基于网络和嵌入式计算机的红外温度监测装置，如图2所示，包括计算机1和红外线热像仪。计算机1为嵌入式计算机，嵌置在红外线热像仪的壳体内。在红外线热像仪上设有16位数字输出接口，在计算机的数据接口上连接有用于对红外线热像仪输出的16位数字图像数据进行采集的数据采集卡2；在计算机内部的存储介质上存储有由数据指令代码构成的程序控制模块、测温模块、图像处理模块和显示模块。在计算机上还设有可以16Bit、50Hz以上速度实时传输全部温度数据的网络接口，网络接口是一种是基于TCP/IP网络，可以自定义IP地址，可以16Bit、50Hz以上速度实时传输全部温度数据的RJ45集成标准接口。图像处理和显示模块中的红外热像处理和显示模块含有根据前述方法设置的红外热像流媒体数据实时压缩模块。
具体本实施例来说嵌入式计算机的CPU是一种基于MIPS的32Bit工业级核心处理器，型号为AU1200型，主频大于500MHz，其内嵌入有WinCE操作系统，支持数据库管理。嵌入式计算机内部的存储介质为大于或等于64M的DDR内存，系统总线为200MHz。与数据库结合，该系统功能强大，可更方便地对现场目标进行准确测温、分析和判断。
壳体内还设有可见光CCD摄像机，在嵌入式计算机的数据接口上相应设有用于对可见光摄像机输出的图像数据进行采集的视频扑捉卡3。
数据采集卡和视频扑捉卡2、3上带有用于采集16Bit红外温度数据的红外线热像仪及可采集可见光图像的CCD可见光摄像仪接口的输入接口。
在计算机上还设有用来和测温基准校正温度传感器相连的传感器接口5、用于调焦电机控制、光栏控制、红外成像模块控制的功能控制接口6、显示器接口7、与RJ45集成标准接口连接的10/100M以太网接口8以及键盘接口9。
温度传感器可选择DS18B20温度传感器。在计算机上还连接有CF卡式可移动大容量存储器10以及USB、GSM/GPRS、RS232/蓝牙接口15，以便于增加外设。
本发明利用上述方法及装置构成的基于网络和嵌入式计算机的红外温度监测系统由3个以上的红外热成像温度监测分析装置11，2台个人计算机12(或称客户机)，1台交换机13及1台服务器14组成，其间通过局域网和/或互联网互联。在个人计算机内设有红外热像处理、显示模块，红外热像处理、显示模块中含有红外热图流媒体数据实时解压缩模块。
权利要求
1.一种红外热像数据实时压缩/解压方法，其为一种流媒体数据实时压缩/解压方法，包括压缩方法和解压方法——压缩方法是①通过嵌入式计算机采集、保留来自红外热像仪的前幅红外热像数据；②采集自红外热像仪的当前幅红外热像数据；③求前后两幅红外热像数据的差；④根据事先准备的矢量化表对所得红外热像数据的差进行矢量化处理；⑤根据编码表对矢量化处理后的红外热像数据进行编码；⑥压缩数据；⑦压缩数据输出；——解压方法是①计算机对接收到的压缩数据进行存储；②利用编码表使压缩数据还原为原编码；③利用矢量化表对还原后的编码数据进行反矢量化处理；④利用反矢量化处理所得的红外热像差值数据对比前幅红外热像数据求出当前幅红外热像数据；⑤将所得当前幅红外热像数据输出送至计算机的图像处理模块处理、显示。
2.一种基于网络和嵌入式计算机的红外温度监测装置，包括计算机(1)和红外线热像仪，其特征在于所述计算机(1)为嵌置在所述红外线热像仪壳体内的嵌入式计算机(1)；在红外线热像仪上设有16位数字输出接口，在计算机的数据接口上连接有用于对红外线热像仪输出的16位数字图像数据进行采集的数据采集卡(2)；在计算机内部的存储介质上存储有由数据指令代码构成的程序控制模块、测温模块、图像处理模块和显示模块，在计算机上还设有可以16Bit、50Hz以上速度实时传输全部温度数据的网络接口；所述图像处理和显示模块中的红外热像处理和显示模块含有红外热像流媒体数据实时压缩模块。
3.根据权利要求2所述的基于网络和嵌入式计算机的红外温度监测装置，其特征在于所述网络接口为可以自定义IP地址的RJ45集成标准接口。
4.根据权利要求2或3所述的基于网络和嵌入式计算机的红外温度监测装置，其特征在于所述嵌入式计算机的CPU是一种基于MIPS的核心处理器，主频大于500MHz。
5.根据权利要求4所述的基于网络和嵌入式计算机的红外温度监测装置，其特征在于所述CPU为32Bit工业级AU1200型CPU，嵌入有WinCE操作系统；所述嵌入式计算机内部的存储介质为大于或等于64M的DDR内存，系统总线为200MHz。
6.根据权利要求5所述的基于网络和嵌入式计算机的红外温度监测装置，其特征在于所述壳体内或外还设有可以选装的可见光摄像机，在所述嵌入式计算机的数据接口上相应设有用于对可见光摄像机输出的图像数据进行采集的视频扑捉卡(3)。
7.根据权利要求6所述的基于网络和嵌入式计算机的红外温度监测装置，其特征在于所述可见光摄像机为CCD或CMOS摄像机；在所述计算机上还设有用来和测温基准校正的温度传感器相连的传感器接口(5)、用于调焦电机控制、光栏控制、红外成像模块控制的功能控制接口(6)、显示器接口(7)、与RJ45集成标准接口连接的10/100M以太网接口(8)以及键盘接口(9)。
8.根据权利要求7所述的基于网络和嵌入式计算机的红外温度监测装置，其特征在于所述温度传感器为DS18B20温度传感器；在计算机上连接有可移动大容量存储器(10)以及USB、GSM/GPRS、RS232/蓝牙接口外设接口(15)。
9.一种利用权利要求1的方法及权利要求2的装置构成的基于网络和嵌入式计算机的红外温度监测系统，其特征是该系统由一个以上的所述红外温度监测分析装置(11)、若干台个人计算机(12)和/或交换机(13)、服务器(14)组成，其间通过局域网和/或互联网互联；在个人计算机内设有红外热像处理、显示模块，红外热像处理、显示模块中含有红外热像流媒体数据实时解压缩模块；在服务器(14)中设有红外热像处理、显示模块及图像数据库管理模块。
全文摘要
一种红外热像数据实时压缩/解压方法及基于网络和嵌入式计算机的红外温度监测装置与系统。压缩方法是先采集、求得前后两幅红外热像数据的差，再对该差矢量化、编码及压缩处理。解压方法与之相反。该装置的计算机嵌入在红外线热像仪内，其上设有可自定义IP地址的网络接口。该系统由一个以上的红外热成像温度监测分析装置、若干台个人计算机和/或交换机、服务器组成，其间通过网络互联。本发明功耗低，可实时、远程、快速传输、管理全部温度数据和红外热像，还具有抗干扰能力强，适用范围广，与现有标准网络设备相兼容，组网方便等优点。
文档编号G01J5/00GK1967180SQ20061003521
公开日2007年5月23日 申请日期2006年4月27日 优先权日2006年4月27日
发明者吕永新, 吴立军 申请人:广州科易光电技术有限公司