专利名称：红外ccd热成象装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种红外CCD(电荷耦合装置)热成象装置，特别是利用面阵CCD的红外响应特性对高温物体的温度场进行红外热成象的装置，属于工业窑炉热成象。
目前，常常要对窑炉内高温运动物体的温度进行定性观察和定量检测。由于窑炉内高温，烟尘，水蒸汽和窑炉内物体温度场复杂等因素的影响，使得当前普遍安装的工业电视的图象质量不尽人意。这样的视频信号不利于后续的计算机图象处理。
本实用新型的目的是提供一种新型的图象清晰结构简单的红外CCD热成象装置，克服了现有CCD热成象装置图象质量不佳的缺陷。
本实用新型的技术解决方案如下本实用新型红外CCD热成象装置包括中空金属防护外壳，红外滤光镜，广角针孔镜头和CCD摄象器件，其中中空金属防护外壳正前方的中央部分是一块石英保护玻璃，其后下方有进水口，后上方有出水口，使空腔中有冷却水流动；CCD摄象器件用螺杆固定在防护外壳内部；红外滤光镜通过罗纹联接在广角针孔镜头的前端；广角针孔镜头的针孔在六个透镜的前面，该六个透镜分为两组，前三个透镜完成成象，后三个进行调节聚焦，使高温物体成象在CCD靶面上，由CCD摄象器件进行信号的光电转换；CCD摄像器件的视频输出口可与显示器联接。本实用新型使用的红外滤光镜可去除可见光和不需要的红外线干扰，以提高图象的对比度，该红外滤光片的波长范围是Δλ＝0.8μ～1.2μ。本实用新型的光学镜头的中心波长λ0＝0.9μ，焦距f＝4mm，孔径Φ＝2mm，视频角2ω≥110°。
图1为本实用新型的结构图；图2a-2c分别是普通黑白CCD，彩色CCD和红外CCD摄像器件的光谱特性；图3a-3c为红外滤光镜的光谱特性曲线；图4为黑体幅射的典型曲线。
原理解释如下待观察窑炉内的高温物体辐射出包括各种不同波长的可见光和红外线，普通的CCD靶面的作用与人眼视网膜一样，但响应波长比人眼更宽，可延伸到1.1μ，光谱特性如图2a-2c所示，只有辐射特性曲线与靶面接收光谱特性一致并适量才能产生最佳图像效果，然而高温物体辐射的可见光通过窑炉体内时受到里面漂浮着的大量水蒸气颗粒和尘埃的散射。散射不但使沿指定方向传输的光强减弱，而且被散射部分使整个炉内亮度增加，其效应就相当于被摄物体和CCD摄像机之间多了一层″亮纱缦″，从而大大降低了炉内不同部分之间的对比度。光强的减弱和对比度的下降促使普通工业电视的图像质量欠佳。
红外物理告诉我们，波长越长，穿透热气层混浊介质的本领越高，利用红外线比可见光波长长，散射少的特点，采用红外波段最为理想。
根据维恩位移定律，1300℃左右的熟料辐射波长
按照玻尔兹曼公式描出的辐射曲线，它在0.76μ～1.1μ之间仍有很强烈的辐射。
在镜头前端用滤光镜将可见光和不需要的红外线滤掉，剩下的红外线经光学镜头聚焦成象在CCD靶面上，经电路部分完成加工，变成全电视信号送给监视器便可实现显示物体的热图象，需要时，利用斯蒂芬-玻尔兹曼定律即W＝εδT4瓦/平方厘米通过CCD摄像机获得的辐射功率可以算出它的温度，通过计算机提取出物目标不同部位的W，便有一一对应的温度T，这便是窑炉的温度场。
由于本实用新型结构独特，合理，整个热成象装置体积小重量轻，结构简单，并且热成象的图象清晰，有利于后续的图象处理。本实用新型接收热物体辐射的红外线成象的温度范围是800～1500℃，监视器人眼观察的误差为50℃，误差为±30℃。经1993年11月在江苏宜兴水泥厂和1995年10月在北京昌平水泥厂实验观察窑炉内煅烧的热图象比工业电视的图象效果明显好。
以下结合附图，进一步说明本实用新型的实施例。
参见图1，本实用新型的红外CCD热成象装置包括中空金属防护外壳1，红外滤光镜3，广角针孔镜头4，光学镜头的透镜组5和CCD摄象器件7，其中中空金属防护外壳1正前方的中央部分是一块石英保护玻璃2，其后下方有进水口11，后上方有出水口12，保证空腔中有冷却水流动；CCD摄象器件7用螺杆10固定在防护外壳1内部；红外滤光镜3用框架通过罗纹联接在广角针孔镜头的前端；广角针孔镜头的针孔4在六个透镜组成的透镜组5的前面，该六个透镜分为两组，前三个透镜完成成象，后三个透镜进行调节聚焦，使高温成象在CCD靶面6上，由CCD摄象器件7进行信号的光电转换；CCD摄像器件7的视频接口8可与显示器联接，CCD摄像器件7需要的直流电源由电源插口9提供。本实用新型所采用的CCD摄像器件7是美国RCA公司生产的T554型CCD摄像器件。
参见图3a-3c，本实用新型红外滤光镜3可以有三种选择800℃以上高温用带通波长Δλ1＝1.1～1.2μ窄带滤光片；1200℃以上高温用带通波长Δλ2＝1.0～1.2μ窄带滤光片；1400℃以上高温用带通波长Δλ3＝0.8～0.805μ窄带滤光片。本实用新型的光学镜头的中心波长λ0＝0.9μ，焦距f＝4mm，孔径Φ＝2mm，视频角2ω≥110°，属于鱼珠眼广角镜头。
权利要求1.一种红外CCD热成象装置，由中空金属防护外壳，红外滤光镜，广角针孔镜头和CCD摄象器件组成，其特征在于中空金属防护外壳正前方的中央部分是一块石英保护玻璃，其后下方有进水口，后上方有出水口；CCD摄象器件固定在防护外壳内部；红外滤光镜通过罗纹联接在广角针孔镜头的前端；广角针孔镜头的针孔在透镜组的前面，高温物体通过透镜组成象在CCD靶面上；CCD摄象器件的输出口可与显示器联接。
2.根据权利要求1的红外CCD热成象装置，其特征在于所说的红外滤光片的带通波长范围是1.1μ至1.2μ。
3.根据权利要求1的红外CCD热成象装置，其特征在于所说的红外滤光片的带通波长范围是1.0μ至1.05μ。
4.根据权利要求1的红外CCD热成象装置，其特征在于所说的红外滤光片的带通波长范围是0.8μ至0.805μ。
专利摘要本实用新型涉及一种红外CCD(电荷耦合装置)热成象装置。该红外CCD热成象装置由中空金属防护外壳，红外滤光镜，广角针孔镜头和CCD摄象器件等组成，由红外滤光镜去除可见光和不需要的红外线的干扰，以提高图象的对比度，采用较长景深的广角针孔镜头，以保证良好的图象质量。本实用新型可用于工业窑炉工况的监测，其体积小，重量轻，结构简单，并且热成象的图象清晰。
文档编号H04N5/33GK2259728SQ96213949
公开日1997年8月13日 申请日期1996年6月25日 优先权日1996年6月25日
发明者瞿寿德, 江宽, 符国益, 徐正光, 李玉瑞, 沈水福 申请人:瞿寿德, 江宽, 符国益