溫度記錄法測量的方法和裝置的製作方法

2023-05-25 20:41:46

專利名稱：溫度記錄法測量的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明的各種實施例涉及溫度記錄法測量(thermographic measurement)。溫度記錄法測量應用範圍廣泛。溫度記錄法應用的一些實例包括醫學成像、熱學、夜視、過程控制、監視、化學成像及測量建築物的能量效率，等等。
背景技術：
通常，溫度記錄法測量是使用所謂熱成像照相機完成的，熱成像照相機能夠探測電磁波譜的紅外區域內的輻射，並且產生該輻射的圖像。這種圖像習慣上被稱為溫譜圖。當物體發射的福射量隨著溫度增加時，熱感照相機(thermal cameral)能夠看見物體的溫度變化，並且因此能夠在有或無可見照明的情況下探測周圍環境。這使得熱成像照相機在例如軍事或監視應用中非常有吸引力。然而，當涉及遠距離測量物體的確切溫度時，熱感照相機具有有限的精確性，其可能造成對熱感照相機能夠成功使用的情形的限制。因此，期望找 到一種更精確地在遠距離處更精確地測量物體溫度的方式。

發明內容
包括照相機和電腦程式產品的方法和裝置被提供用於確定遠距離物體在數個溫度測量點處的溫度。提供熱圖像傳感器。熱圖像傳感器能夠測量來自遠距離物體的、在遠距離物體上的數個熱測量點處的熱輻射。提供距離確定設備。距離確定設備包括圖像傳感器，圖像傳感器能夠計算至遠距離物體的、在遠距離物體上的數個距離測量點處的距離。通過熱圖像傳感器捕獲熱圖像。熱圖像指示來自遠距離物體上的每一個熱測量點的熱輻射量。圖像傳感器捕獲來自遠距離物體的反射光。使用通過圖像傳感器捕獲的反射光計算出數個距離。每個距離指示從圖像傳感器至遠距離物體上的一個明確的距離測量點的距離。結合來自熱圖像的數據和計算出的距離以確定遠距離物體上的數個溫度測量點處的溫度。各種的實施例可以包括一個或多個下列特徵。熱圖像和反射光能夠被基本同時捕獲。遠距離物體可以是移動物體，並且捕獲、計算和結合步驟可以連續重複，以記錄遠距離物體上的每一個溫度測量點隨時間的溫度變化。熱圖像傳感器和圖像傳感器可以設置在共同的外殼內，夕卜殼內還包括共同的光學系統，電磁福射可操作地經過光學系統，以便在它的從遠距離物體分別至熱圖像傳感器和圖像傳感器的路徑上通過。共同的外殼可以是手持式單元、固定式照相機外殼或搖攝變焦(pan-tilt-zoom)照相機外殼。光學系統可以包括分束器，並且來自遠距離物體的電磁輻射可以被分束器分成通向熱圖像傳感器的第一光路和通向圖像傳感器的第二光路。光學系統可以包括一個或多個光學帶通濾光片，其能夠使不同波長的電磁輻射分別通向熱圖像傳感器和圖像傳感器。熱圖像傳感器可以具有與圖像傳感器相同的有效解析度，由此在通過熱圖像傳感器捕獲的圖像中的像素和通過圖像傳感器捕獲的圖像中的像素之間產生一一對應。可以通過將熱圖像傳感器內的像素數學映射至圖像傳感器內的像素而確保相同的有效解析度。可以在從遠距離物體捕獲電磁輻射前校準熱圖像傳感器和圖像傳感器。可以接收使用者輸入，其指定用於遠距離物體的表面材料，當處理熱圖像和距離時可以考慮用於被指定的表面材料的發射率以便確定校正溫度。可以對通過圖像傳感器捕獲的圖像執行圖像分析以確定遠距離物體的類型，並且基於所確定的遠距離物體的類型，可以為遠距離物體自動選擇適當的表面材料；當處理熱圖像和距離時可以考慮用於被指定的表面材料的發射率以便確定校正溫度。距離確定設備可以利用調製光照亮遠距離物體，並且在圖像傳感器中測量對於從遠距離物體的離散位置處反射的光的傳播時間(traveltime)。距離確定設備可以是渡越時間(time of flight)圖像傳感器。距離確定設備可以透過被布置成將散斑圖投射到遠距離物體上的散射片(diffuser)、利用相干光照亮遠距離物體，並且測量在遠距離物體上的散斑圖的變化以便計算至遠距離物體上的多個距離測量點的距離。本發明的各種實施例能夠實現一個或多個下列優點。較之傳統技術，可以更精確地測量遠距離物體的溫度。
下面在附圖和說明書中闡述本發明的一個或多個實施例的細節。根據說明書和附圖以及根據權利要求書，本發明的其它特徵和優點將很顯然。


圖I示出根據一個實施例的照相機的示意圖。圖2示出根據一個實施例的測量三個分開的遠距離物體的溫度的照相機的示意圖。圖3A示出遠距離物體的圖像及它的溫度分布的示意圖，正如通過傳統熱感照相機所捕獲的。圖3B示出與圖3A中相同的遠距離物體的圖像及它的溫度分布的示意圖，正如通過根據一個實施例的照相機所捕獲的。圖4是根據一個實施例的用於測量遠距離物體的溫度的過程的流程圖。在不同附圖中相同的附圖標記指示相同的元件。
具體實施方式
概述在本文中描述的各種實施例提供用於遠距離物體的溫度測量的方法和裝置，較之通過傳統熱成像照相機的溫度測量，這些方法和裝置具有提高的精確性。通過使熱成像傳感器(諸如在熱成像照相機中使用的那些)與用於距離測量的圖像傳感器(例如渡越時間類型的傳感器)相結合，實現溫度測量的增強的精確性。接著對來自通過兩個傳感器記錄的圖像的數據進行結合和處理，在一些實施例中還帶有附加的使用者供應的數據，以便確定遠距離物體上的數個溫度測量點處的溫度。在各種實施例中，也可以捕獲圖像的時間序列，以便確定遠距離物體上的溫度測量點隨時間的溫度變化。圖像傳感器和用於處理圖像的邏輯電路在各種實施例中可以被包含在同一個外殼內，並因此能夠在各種不同的照相機中使用，諸如手持式單元、固定式單元、PTZ (搖攝變焦)照相機，等等。下面將通過實例描述進一步的特徵和細節。然而，應該認識到，此說明不是窮盡的，落入所附權利要求書範圍內的許多變化都能夠被本領域普通技術人員預見和實現。
此外，正如本領域技術人員所理解的，本發明的多個方面可以被實施為一種裝置、一種系統、一種方法、一種電腦程式產品，或它們的不同結合。相應地，本發明的某些方面可以採取完全的硬體實施例、完全的軟體實施例(包括固件、常駐軟體、微代碼，等等)或結合了軟體和硬體多個方面的實施例的形式，它們在本文中都可以通稱為「電路」、「模塊」或「系統」。此外，本發明的多個方面可以採取在一個或多個計算機可讀介質中實施的電腦程式產品的形式，計算機可讀介質具有實施於其上的計算機可讀程序代碼。可以利用一種或多種計算機可讀介質的任何結合。計算機可讀介質可以是計算機可讀存儲介質的計算機可讀信號介質。計算機可讀存儲介質可以是，例如，但不限於，電子的、磁的、光學的、電磁的、紅外的或半導體的系統、裝置或設備，或前述各項的任何適當的結合。計算機可讀存儲介質的更多的具體實例(非窮盡的列表)可能包括下列各項具有一條或多條電線的電連接部、可攜式計算機軟盤、硬碟、隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、可擦除可編程只讀存儲器(EPR0M或閃速存儲器)、光纖、可攜式只讀光碟存儲器(CD-ROM)、光學存儲設備、磁存儲設備，或前述各項的任何適當的結合。在本文件的上下文中，計算機可讀存儲介質可以是任何的有形介質，該介質可以包含或存儲程序，以便被指令 執行系統、裝置或設備使用或與它們相關聯。計算機可讀信號介質可以包括傳播數據信號，其具有實施在例如基帶中或作為載波的一部分的計算機可讀程序代碼。這種傳播信號可以採取多種形式中的任何一種，包括但不限於，電磁的、光學的或它們的任何適當的結合。計算機可讀信號介質可以是並非計算機可讀存儲介質的任何計算機可讀介質，並且其能夠通訊、傳播或傳輸程序，以便被指令執行系統、裝置或設備使用或與它們相關聯。可以使用任何適當的介質傳輸實施在計算機可讀介質上的程序代碼，合適的介質包括但不限於無線、有線、光纖電纜、射頻(RF)等，或前述各項的任何適當的結合。可以將用於執行對本發明的多個方面的操作的電腦程式代碼寫成一種或多種程序設計語言的任何結合，程序設計語言包括面向對象的程序設計語言，諸如JAVA、SmalltalKC++等，和傳統的程序化程序設計語言，諸如「C」程序設計語言或類似的程序設計語言。程序代碼可以完全在使用者的照相機上執行、部分在使用者的照相機上執行，作為獨立的軟體包，部分在使用者的照相機上並且部分在遠程設備上、或者完全在遠程設備或伺服器上執行。在後面的情況下，遠程設備可以經過任何類型的網絡連接至使用者的照相機，這些網絡包括區域網(LAN)或廣域網(WAN)，或連接可以是至外部計算機(例如，使用互連網服務提供商通過互連網)的。下面，參考根據本發明實施例的方法、裝置(系統)和電腦程式產品的流程圖例示和/或方塊圖來描述本發明的多個方面。將理解，流程圖例示和/或方塊圖的每個方塊、及流程圖例示和/或方塊圖中的方塊的結合可以通過電腦程式指令實現。可以將這些電腦程式指令提供給通用計算機、專用計算機或其它的可編程數據處理裝置的處理器以便產生一種機器，使得指令產生用於實現在流程圖和/或方塊圖的一個方塊或多個方塊中指定的功能/動作的裝置，該指令是通過計算機或其它可編程數據處理裝置的處理器執行的，該處理器可以部分或全部包括在照相機中。這些電腦程式指令也可以存儲在計算機可讀介質內，這些電腦程式指令能夠指導計算機、其它的可編程數據處理裝置或其它的設備諸如照相機以特殊的方式行使功能，使得存儲在計算機可讀介質內的指令產生製品(article of manufacture),這些指令包括實現在流程圖和/或方塊圖的一個方塊或多個方塊內指定的功能/動作的指令。電腦程式指令也可以裝載到計算機、其它的可編程數據處理裝置或其它的設備上，以造成一系列操作步驟在計算機、其它的可編程裝置或其它的設備上執行，以便產生計算機實現的過程，使得在計算機或其它的可編程裝置上執行的指令提供用於實現在流程圖和/或方塊圖的一個方塊或多個方塊中指定的功能/動作的過程。照相機結構概述圖I示出照相機(camera) 100的示意圖，照相機100包括外殼102、用於距離測量的圖像傳感器104、熱圖像傳感器106、分束器108、兩個透鏡系統110a、110b、光發射器112、處理模塊114及反射鏡(mirror) 116。應當注意到，出於清晰度的原因，圖I中示出的組件僅由照相機100的一些關鍵組件組成。正如技術人員所認識到的，照相機100還含有範圍廣泛的其它其他組件，諸如電源、含有用於操作照相機100的指令的存儲電路，及控制和協調照相機100的不同元件之間的動作的不同控制器，等等。透鏡系統110a、110b、反射鏡 116也被示意性地示出，並且每個都可以含有一個或多個光學組件，這些光學組件由適於下面將被描述的操作的材料製成。現在將描述每一個示出的元件和它們各自的操作的進一步的細節。外殼照相機外殼102可以是傳統的照相機外殼，其根據使用區域而用於不同類型的照相機。例如，照相機100可以是手持式照相機、PTZ (搖攝變焦)照相機、固定式照相機，等等，正如本領域普通技術人員所能夠預見的。圖像傳感器在一些實施例中，圖像傳感器104包括光敏像素陣列。像素的數量可以變化，但通常在50乘50像素至500乘500像素的範圍內，例如，200乘200像素的矩陣(matrix)。然而，應當注意到，隨著新技術變得可用，矩陣可以顯著大於上述範圍所包含的。在一些實施例中，光敏像素可以布置圓形圖案(pattern)內而非矩陣圖案內。通常，圖像傳感器104具有高靈敏度，使得它能夠探測入射光中的較小強度。可以使用許多類型的圖像傳感器，諸如傳統的CCD (電荷耦合器件)傳感器或不同類型的APS (有源像素傳感器)傳感器，諸如CMOS(互補金屬氧化物半導體)APS傳感器，這些傳感器為本領域普通技術人員所熟悉。在一些實施例中，有利地使用專門的渡越時間類型傳感器，諸如PIN 二極體或APD (雪崩光電二極體)。與傳統的圖像傳感器相比，渡越時間(TOF)圖像傳感器不僅能夠輸送強度圖像，而且能夠輸送範圍圖(range map)，範圍圖在每個像素處都含有距離測量，是通過測量光到達物體並且返回到照相機所需要的時間(即渡越時間原理)得到的。這樣，在圖I所示的實施例中，圖像傳感器104連同光發射器112—起工作以便測量時間，即從光發射器112射出的光傳播至遠距離物體、並且返回到圖像傳感器104的每個像素所用的時間，正如下面將進一步詳細描述的。圖像傳感器104耦接至處理模塊114，處理模塊114將在下面進一步詳細描述。熱圖像傳感器現在轉到熱圖像傳感器106，這可以是在傳統熱成像照相機中能找到的一類傳感器，即，使用紅外輻射而非可見光形成圖像的傳感器。雖然可見光圖像傳感器通常操作在大約450-750nm的電磁波長範圍內，但是紅外光圖像傳感器操作在大約14，OOOnm長的波長內。如同對於可見光圖像傳感器，存在著範圍廣泛的熱圖像傳感器106。其中一種類型的傳感器包括微測熱輻射計圖像傳感器，其具有傳感器元件陣列，每個元件都具有微電阻器，傳感器元件變熱時微電阻器改變它的電阻。通過將紅外光聚焦到傳感器元件上並且讀取元件電阻的改變，可以計算出熱圖像。根據所使用的傳感器技術，熱圖像傳感器106和圖像傳感器104可以具有相同或者不同的解析度。目前，兩種傳感器都可以具有大約320乘200像素的解析度，但顯然，未來這些數字將隨著技術改進而增大。熱圖像傳感器106也耦接至處理模塊114。應當注意到，當圖像傳感器104測量從物體反射的光時，通常在NIR (近紅外區域)內，熱圖像傳感器106通常測量由物體發射的黑體輻射量，根據著名的數學公式黑體輻射量通常隨著物體溫度的升高而增加。處理模塊處理模塊114接收來自圖像傳感器104的輸出信號(即，在每個像素處測量的距離)和來自熱圖像傳感器106的輸出信號(即，在每個傳感器元件處測量的熱輻射量)，並且結合數據以便確定在通過照相機成像的遠距離物體上的數個點處的溫度，實質上是提供照 相機100可見的跨越遠距離物體的那部分的溫度分布的圖像。通過更確切地知道到物體的距離，可能會比利用傳統熱感照相機能夠更精確地確定溫度。而且，眾所周知，不同的物體具有不同的發射率。因此，在確定物體的溫度時，在一些實施例中可能處理設備還能夠將發射率考慮在內。例如，使用者可以提供有材料列表，這些材料的發射率是已知的，並且選定其中一種材料。當確定物體溫度時，由處理模塊114將選定材料的發射率考慮在內。在一些實施例中，甚至可能使用圖像分析技術來估計材料，並且使用已知的材料發射率值。例如，通過在所捕獲的圖像上執行圖像分析，可以推論出圖像顯示的是人臉。因此，可以合理假定計算中要使用的發射率將是皮膚的發射率，等等。通常，根據斯忒藩-玻耳茲曼定律，物體的溫度(T)與物體的熱輻射或輻照度(j幻有關，根據下列數學公式，物體的溫度(T)還與比例常數(σ )(也被稱為斯忒藩-玻耳茲曼常數)及物體的發射率(ε )有關j * = ε σ T4因此，通過知道物體的溫度和在離開物體的不同的已知距離處執行溫度讀取，確定物體的溫度和在與物體的不同距離處測出的值之間的關係是可能的。這種確定的關係可以由處理模塊114存儲並在後續的溫度讀取中使用，以便產生對於該物體的精確的溫度讀取。在一個實施例中，在確定物體的溫度時，處理模塊114通常「按比例縮小」來自具有最高解析度的傳感器(即，圖像傳感器104或熱圖像傳感器106)的圖像，使得該解析度與具有最低解析度的傳感器(即，圖像傳感器104或熱圖像傳感器106，視情況而定)的解析度相匹配(match)，以便獲得在熱圖像傳感器106內的「像素」和在圖像傳感器104內的像素之間的一一對應。雖然這種按比例縮小操作可能提供遠距離物體上略微減少的測量點，但較之傳統熱感照相機，它仍能提供對於溫度讀取的增強的精確性。在一些實施例中，處理模塊114可以連續處理分別由圖像傳感器104和熱圖像傳感器106捕獲的圖像，以便產生對物體的溫度讀取的延時序列(time-lapse series)。之後可以按照類似於傳統熱感照相機的工作方式將溫度顯示給使用者，例如，作為彩色編碼圖，其中每種顏色代表一個溫度或一個具體的溫度範圍。隨後還可以應用各種類型的圖像處理技術，以便基於溫度而識別圖像中的物體，等等，正如本領域普通技術人員所熟知的。光發射器光發射器12與圖像傳感器10協同工作，以便確定至被測量溫度的物體的距離。在圖I中，光發射器112被示出為附連至照相機外殼102，但應當認識到，光發射器112可以是不附連至照相機外殼102的分開的單元。在一些實施例中，光發射器112是LED(發光二極體)或雷射器。在一些實施例中，光發射器112發射的光經過頻率調製，頻率通常在大約20-40MHZ的範圍內，並且發射波長通常在約855-947nm的NIR範圍內，然而應當清楚，這不是排它的範圍，根據具體的實現細節(implementation detail),其它的波長範圍也是可能的。另外，使用各種種類的調製技術是可能的。在有兩個或更多的照相機以它們可能
互相干擾的這種方式定位的情況下，對光進行調製和/或使用不同波長的其中一個目的是能夠使第一照相機與第二照相機(或一些類型的監控設備)相區分，或使來自光發射器112的光與其它環境光源相區分。當用於第一照相機100的光發射器112照亮一個區域時，在該區域中還通過第二照相機的圖像傳感器探測反射光，這種幹擾可能發生。作為一種選擇，或除使用調頻光外，使用對於不同照相機發射不同波長的光發射器112也是可能的。這也使得在有兩個照相機被以它們可能互相干擾的這種方式定位的情況下，使第一照相機與第二照相機相區分是可能的。正如下面將連同透鏡系統一起描述的，使用具有具體波長或在波長的具體範圍內的光也使得使用帶通濾光片是可能的，以便只使所發射波長的光通過至圖像傳感器104，帶通濾光片降低環境噪聲並且提高距離測量的精確性。在一些實施例中，光發射器112還配備有散射片(未不出),相干光能夠經過散射片被發射以便提供其溫度被測量的遠距離物體上的散斑圖。散射片可以是例如衍射光學元件或像散(astigmatic)光學元件。通過測量投射到遠距離物體上的散斑圖的變化，確定到物體的不同點的距離是可能的。另外，如上所述，使用相干光可以通過例如使用與該相干光匹配的窄帶濾光片使照相機對環境光為低靈敏度。Shpunt等人的PCT公開No. WO2007/105205描述了一個實例，可以如何通過測量由圖像傳感器捕獲的圖像中的散斑相對於在已知距離處得到的參考圖像的變動，來確定到監控區域內多個點的距離，以及到監控區域內這些點的距離隨時間的變動。透鏡系統、分束器和反射鏡系統在圖I所示的實施例中，由遠距離物體發射的光或從遠距離物體反射的光經過孔徑118進入照相機外殼102並且到達分束器108。分束器108將入射光分成兩條分開的光路(path)條光路至圖像傳感器104，並且一條光路至熱圖像傳感器106，其如上所述進行操作。在圖I所示的實施例中，分束器108是反射鏡，其反射可見光及NIR光，但允許紅外(IR)輻射穿過反射鏡。每條光路都含有透鏡系統110a、110b，透鏡系統IlOaUlOb包括一個或多個獨立的光學組件，這些光學組件由適於它們各自光路(即，分別是紅外光和NIR光或可見光)中的輻射類型的材料製成。透鏡系統IlOaUlOb用以把光線分別聚焦到圖像傳感器104和熱圖像傳感器106上。根據照相機的物理結構，入射光還可以穿過在它的至各自傳感器的路徑上的一個或多個反射鏡系統116。應當認識到，儘管在圖I中只示出一個反射鏡系統116，但至少部分根據照相機100的物理結構，在照相機100的每條光路中可以有一個或多個反射鏡系統116。同樣如上所述，在至圖像傳感器104的光路中可以有一個或多個光學帶通濾光片(未示出)，光學帶通濾光片只使具有與光發射器112發射的光波長相同的光通過。這有助於抑制背景光並且導致更精確的距離測量。應當注意到，希望使可見光子系統和熱輻射子系統兩者具有相同的焦距，使得圖像傳感器104和熱圖像傳感器106兩者能夠同時聚焦在同一物體上。圖2示出通過根據一個實施例的照相機100捕獲的場景200的示意圖。場景200包括兩個分開的物體202、204，它們可以具有不同的溫度和大小，並且它們位於與照相機100不同的距離上。通過在圖像傳感器104的每個像素內測量至物體的距離202a、204a-b，照相機100可以同時確定物體202、204的溫度。此外，如圖2所示，由於地球不是扁平的，因此單個物體204的不同部分可能位於與照相機100不同的距離204a、204b處。由於能夠精確測量至物體不同部分的單獨的距離，因此與傳統熱感照相機可以做到的相比，能夠得至Ij物體204的更精確的溫度測量。例如，傳統熱感照相機可以指示跨越物體204的溫度發生變化，雖然物體可能實際上具有均勻的溫度，而明顯的變化是由於與照相機的距離204a、 204b不同。經過更精確的距離測量可以降低或避免這種誤差，利用根據在本文中描述的不同實施例的照相機100，更精確的距離測量是可能的。圖3A和圖3B示意性示出傳統熱感照相機和根據本發明的照相機之間的差異。圖3A示出利用傳統熱感照相機捕獲的壁302的熱圖像300。壁302離開照相機向外延伸，因此圖像中指示的壁302的溫度隨著壁302離開照相機進一步向外延伸而變得越冷。在圖3A中，這是藉助於用於示例目的的跨越壁302的延伸而變化的灰階圖來示出，但是在大部分熱感照相機中，它會通過變化的顏色來指示。然而，在圖3B中，同一個壁302的溫度被示出為跨越整個壁是均勻的，這是由於根據在本文中描述的不同實施例使更精確的距離測量成為可能。執行溫度測量圖4示出根據一個實施例的用於測量遠距離物體溫度的過程400。從圖4可以看出，過程開始於接收402使用者輸入，使用者輸入指定遠距離物體的材料。應當注意到，這個步驟是可選的，如上所述，並且這個步驟可以在整個過程400中的任何點處執行。接著，確定404至物體上不同距離測量點的距離。在一個實施例中，這個步驟是通過光發射器112利用調製光照亮物體而完成的。光到達物體後被反射。根據物體的表面和/或如果存在障礙物，光就會在不同方向上被反射。圖像傳感器104探測反射光，如上所述。大多數光可能不會被反射回到圖像傳感器104中。然而，光被探測到的部分應當足夠進行分析。「足夠」的意思是圖像傳感器104應當能夠探測調製模式並且能夠從反射光取回信息。圖像傳感器104的每個像素都可以彼此無關地探測反射光。在使用渡越時間類型的圖像傳感器104的一個實施例中，用於圖像傳感器104的每個像素的傳播時間接著被測量。該測量是基於反射光與從光發射器112發射的光相比較。在一些實施例中，調製模式可以用於確定光從光發射器112傳播並且返回至圖像傳感器104所用的時間。例如，通過利用已知圖案對從光發射器112發射的光進行調製，之後測量通過圖像傳感器104探測到的為該已知圖案所用的時間。測量的傳播時間被用於為圖像傳感器104的每個像素計算至物體的傳播距離。通過測量對於離散位置處的反射光的傳播時間，確定物體的具體部分在空間中的定位是可能的。該信息之後用於確定物體的溫度。應當注意到，雖然TOF圖像傳感器只是可以用於測量至物體的距離的圖像傳感器104的類型之一，但是也可以有利地使用用於距離測量的其它傳感器。接著，利用熱圖像傳感器106捕獲406物體的紅外圖像。應當注意到，在涉及移動物體(即，至照相機100的距離連續變化)的應用中，紅外圖像和距離圖像被基本同時捕獲(即，步驟304和306基本同時執行)，以便能夠得到精確的溫度測量。然而，在物體為固定的應用中，步驟404和406可以同樣好地按順序執行。最後，通過處理模塊114使用來自兩個傳感器的信號，以便計算408物體上數個溫度測量點處的溫度，如上所述，計算步驟結束過程400。之後可以執行確定溫度的不同類型的可選的後處理，諸如產生圖像、不同的警報、識別場景中的外物，等等。總論在本文中使用的術語只是出於描述特殊實施例的目的，並非旨在限制本發明。正如在本文中所使用的，單數形式「一個」、「該」旨在同樣包括複數形式，除非上下文清楚地另 有所指。還將進一步理解地是，術語「被包含」和/或「包含」，在用於本說明書時，指定所陳述的特徵、整數、步驟、操作、元件和/或組件的存在，但是不排除存在或附加的一個或多個其它特徵、整數、步驟、操作、元件、組件和/或及其集合(group)。正如本說明書中使用的術語「光」，指的是任何種類的電磁輻射，包括紅外光和紫外光，以及可見光。還應當注意到，雖然上面只對單個物體進行了參考，但上面的方法和裝置對於包括數個物體的場景也同樣工作出色，諸如圖2所示的場景200。還可以完成各種類型的圖像後處理。例如，可以將從物體的不同視圖得到的數個圖像結合到顯示跨越物體的溫度分布的三維模型中。還應當注意到，實現可能是依靠用於距離測量的其它物理現象，諸如超聲，並且還可以在提高溫度測量的精確性的過程中有利地採用這種用於距離測量的技術，如在本文中所述。在下面權利要求書中，所有裝置的相應的結構、材料、動作及等價物或步驟加上功能元件旨在包括任何結構、材料或動作，以便結合所具體主張權利的其它被主張權利的元件而執行功能。對本發明的描述已經提供用於示例和描述的目的，而非旨在使本發明窮舉或限制成所公開的形式。在不背離權利要求書的範圍的情況下，許多更改和變化對本領域普通技術人員將是明顯的。選擇和描述上述實施例是為了最好地解釋本發明的原理和實際應用，並且使其他的本領域普通技術人員能夠理解本發明，對於具有各種更改的不同實施例同樣適用於預期的特殊用途。
權利要求
1.一種在設備(100)中用於確定遠距離物體在多個溫度測量點處的溫度的方法，所述設備包含熱圖像傳感器(106)和距離確定設備，所述熱圖像傳感器(106)可操作成測量在遠距離物體內的多個熱測量點的來自所述物體的熱輻射，所述距離確定設備包括圖像傳感器(104)，其可操作成計算至所述遠距離物體的、在所述遠距離物體上的多個距離測量點處的距離，所述方法包含 通過所述熱圖像傳感器捕獲熱圖像，所述熱圖像指示來自所述遠距離物體上的所述多個熱測量點中的每一個的熱輻射量(406)； 通過所述圖像傳感器捕獲來自所述遠距離物體的反射光； 使用通過所述圖像傳感器捕獲的所述反射光計算多個距離，每個距離指示從所述圖像傳感器至所述遠距離物體上的一個明確的距離測量點的距離(404)； 結合來自所述熱圖像的數據和所述計算出的多個距離以便確定在所述遠距離物體上的多個溫度測量點處的溫度(408 )。
2.如權利要求I所述的方法，其中所述熱圖像和所述反射光被基本同時捕獲。
3.如權利要求I或2所述的方法，其中所述遠距離物體是移動物體，並且所述捕獲、計算及結合步驟被連續重複以便記錄所述遠距離物體上的所述多個溫度測量點的每一處隨時間的溫度變化。
4.如權利要求1-3的任何一項所述的方法，進一步包含 接收使用者輸入(402)，所述使用者輸入指定用於所述遠距離物體的表面材料；和其中處理所述熱圖像和所述多個距離包括在確定所述校正溫度的過程中將用於所述表面材料的發射率考慮在內。
5.如權利要求1-4的任何一項所述的方法,進一步包含 對通過所述圖像傳感器捕獲的所述圖像執行圖像分析，以便確定所述遠距離物體的類型； 基於所確定的遠距離物體的類型，自動選擇用於所述遠距離物體的適當的表面材料；和 其中處理所述熱圖像和所述多個距離包括在確定所述校正溫度的過程中將用於所述表面材料的發射率考慮在內。
6.如權利要求1-5的任何一項所述的方法,進一步包含 利用調製光照亮所述遠距離物體；和 在所述圖像傳感器中測量對於從所述遠距離物體的離散位置處反射的光的傳播時間。
7.如權利要求1-5的任何一項所述的方法,進一步包含 透過被布置成將散斑圖投射到所述遠距離物體上的散射片、利用相干光照亮所述遠距離物體；和 測量所述遠距離物體上的所述散斑圖的變化以便計算至所述遠距離物體上的所述多個距離測量點的距離。
8.一種用於確定遠距離物體在多個溫度測量點處的溫度的設備(100)，所述設備包含 熱圖像傳感器(106)，其可操作成測量來自遠距離物體的、在所述物體上的多個熱測量點處的熱輻射，並且捕獲熱圖像，所述熱圖像指示來自所述遠距離物體上的所述多個熱測量點中的每一個的熱輻射量； 距離確定設備，所述距離確定設備包括圖像傳感器(104)，其可操作成計算至所述遠距離物體的、在所述遠距離物體上的多個距離測量點處的距離，並且通過所述圖像傳感器捕獲來自所述遠距離物體的反射光；和處理模塊(114)可操作成 使用通過所述圖像傳感器捕獲的所述反射光計算多個距離，每個距離指示從所述圖像傳感器至所述遠距離物體上的一個明確的距離測量點的距離，和 結合來自所述熱圖像的數據和所述計算出的多個距離，以便確定所述遠距離物體上的多個溫度測量點處的溫度。
9.如權利要求8所述的設備，其中所述遠距離物體是移動物體，並且其中所述熱圖像傳感器、所述圖像傳感器及所述處理模塊可操作成連續捕獲熱圖像、計算距離及結合數據以便記錄所述遠距離物體上的所述多個溫度測量點的每一處隨時間的溫度變化。
10.如權利要求8或9所述的設備，其中所述熱圖像傳感器和所述圖像傳感器被設置在共同的外殼(102)內，所述共同的外殼進一步包括共同的光學系統(110)，經過所述共同的光學系統的電磁輻射可操作成在它的從所述遠距離物體分別至所述熱圖像傳感器和所述圖像傳感器的路徑上通過。
11.如權利要求8-10的任何一項所述的設備，其中所述處理模塊進一步可操作成 接收使用者輸入，所述使用者輸入指定用於所述遠距離物體的表面材料；和 當處理所述熱圖像和所述多個距離以便確定所述校正溫度時將用於所述表面材料的發射率考慮在內。
12.如權利要求8-11的任何一項所述的設備，其中所述處理模塊進一步可操作成 對通過所述圖像傳感器捕獲的所述圖像執行圖像分析以便確定所述遠距離物體的類型； 基於所確定的遠距離物體的類型，自動選擇用於所述遠距離物體的適當的表面材料；和 當處理所述熱圖像和所述多個距離以便確定所述校正溫度時將用於所述表面材料的發射率考慮在內。
13.如權利要求8-12的任何一項所述的設備，其中所述距離確定設備可操作成 利用調製光照亮所述遠距離物體；和 在所述圖像傳感器中測量對於從所述遠距離物體的離散位置處反射的光的傳播時間。
14.如權利要求8-12的任何一項所述的設備，其中所述距離確定設備可操作成 透過被布置成將散斑圖投射到所述遠距離物體上的散射片、利用相干光照亮所述遠距離物體；和 測量所述遠距離物體上的所述散斑圖的變化，以便計算至所述遠距離物體上的所述多個距離測量點的距離。
15.一種包含計算機可讀程序代碼的電腦程式產品，當所述計算機可讀程序代碼在處理器中運行時，執行權利要求1-7的任何一項所述的方法。
全文摘要
本公開涉及溫度記錄法測量的方法和裝置。包括照相機和電腦程式產品的方法和裝置，實現和使用用於確定遠距離物體的數個溫度測量點處的溫度的技術。熱圖像傳感器(106)測量來自遠距離物體的、在該物體上的數個熱測量點處的熱輻射。距離確定設備包括圖像傳感器(104)，並且計算至物體的數個距離測量點處的距離。通過熱圖像傳感器捕獲熱圖像，其指示來自物體上的每個熱測量點的熱輻射量。通過圖像傳感器捕獲來自物體的反射光。使用所捕獲的光計算出數個距離。每個距離指示從圖像傳感器至物體上的一個距離測量點的距離。來自熱圖像的數據和計算出的距離被結合以便確定物體上的數個溫度測量點處的溫度。
文檔編號G01J5/00GK102809434SQ20121017353
公開日2012年12月5日 申請日期2012年5月30日 優先權日2011年5月30日
發明者S·倫德伯格 申請人:安訊士有限公司