用於紅外重新拍攝的熱成像相機的製作方法

2023-12-01 00:33:51 2

專利名稱：用於紅外重新拍攝的熱成像相機的製作方法
技術領域：
本公開涉及熱成像相機，並且更具體而言涉及用於重新拍攝紅外圖像的熱成像相機。
背景技術：
在各種情況下使用熱成像相機。例如，在對熱檢查設備進行維修檢查期間經常會使用熱成像相機。示例性設備可以包括旋轉機械，配電盤，或行線路斷路器以及其它類型的設備。所述熱檢查可以檢測設備熱點，例如過熱的機械或電氣部件，有助於確保在產生更嚴重的問題之前及時維修或更換過熱設備。根據相機的構造，熱成像相機也可對同一對象生成可見光圖像。所述相機會以協同的方式顯示紅外圖像和可見光圖像，例如，有助於操作者詮釋由熱成像相機所生成的熱圖像。不同於通常在不同對象之間提供良好對比度的可見光圖像，通常難以識別和區分熱圖像中與真實場景相比的不同特徵。為此原因，操作者可以依賴可見光圖像來幫助詮釋和調節熱圖像。在其中熱成像相機被配置成生成熱圖像和可見光圖像兩者的應用中，相機可以包括獨立的兩組光學系統:可見光光學系統，其將可見光聚焦於可見光傳感器上以生成可見光圖像；以及紅外光學系統，其將紅外輻射聚焦於紅外傳感器上以生成紅外圖像。有時對相同的一個或多個對象的以前紅外圖像與當前紅外圖像進行紅外圖像的比較是有用的。通過這種方式，能夠檢測到僅僅通過觀察當前圖像可能不是很明顯的變化。然而，如果在以前拍攝圖像的相機位置和狀態與當前拍攝圖像的相機位置和狀態不同，那麼在實際沒有產生任何變化的情況下對象的紅外圖像可能表現出有所變化，或者相比於其實際情況表現出或多或少的變化。因此，為了儘可能精確地進行比較，被比較的圖像應該在相同位置和相同狀態下進行拍攝。然而，找到相機的精確位置以及確定所應用的確切相同狀態可能是非常困難和費時的。因此，提高為了檢測隨時間的變化的目的而重複熱圖像的容易度是有用的。

發明內容
本發明的某些實施例包括便攜手持式熱成像相機，其具有可見光(VL)透鏡組件和紅外(IR)透鏡組件，所述可見光(VL)透鏡組件具有用於檢測目標場景的VL圖像的相關VL傳感器，所述紅外(IR)透鏡組件具有用於檢測目標場景的IR圖像的相關IR傳感器。所述相機還包括顯示器、存儲器和處理器。所述處理器被編程有用於在第一位置處和第一時間點與拍攝第一 IR圖像的同時來拍攝第一 VL圖像的指令。所述處理器還被編程有用於處理第一圖像以創建姿態模板(pose template)的指令。所述姿態模板的部分可以在與所述相機獨立的計算機上生成。所述姿態模板包括提供第一位置指示的所述第一 IR圖像和/或所述第一 VL圖像的增強特徵。所述處理器還被編程有下述指令，其將具有所述姿態模板的顯示器上的所述場景的活動圖像的姿態模板與所述活動圖像相結合以有助於用戶將相機重新定位到第一位置，從而在第一位置處或第一位置附近捕獲(拍攝)目標場景的第二紅外圖像。本發明的某些實施例還包括重新拍攝場景紅外(IR)圖像的方法，其使用一個或多個熱成像相機以及由第一圖像創建的姿態模板。所述方法包括將姿態模板與場景活動圖像相結合，以及重新定位所述熱成像相機，直到所述活動圖像的特徵與姿態模板的特徵對準，其表明所述熱成像相機位於第一圖像被捕獲的位置處或其附近，然後捕獲第二圖像以便重新拍攝第一圖像。本發明的某些實施例包括便攜手持式的熱成像相機，其具有可見光(VL)透鏡組件和紅外(IR)透鏡組件，所述可見光(VL)透鏡組件具有用於檢測目標場景的VL圖像的相關VL傳感器，所述紅外(IR)透鏡組件具有用於檢測目標場景的IR圖像的相關IR傳感器。所述相機還包括顯示器、存儲器和處理器。所述處理器被編程有用於在第一位置和第一時間點處捕獲第一 IR圖像的指令。所述處理器還被編程有用於從場景的活動IR圖像減去第一IR圖像以創建差別圖像的指令，從而有助於用戶將相機與第一位置對準，以便在第一位置處或所述第一位置附近拍攝所述目標場景的第二紅外圖像。在附圖和下面描述中闡述了一個或多個示例的細節。從說明書、附圖和權利要求將明了其它特徵、目的和優勢。


圖1是示例性熱成像相機的前透視圖；圖2是圖1的示例性熱成像相機的後透視圖；、圖3是示出了圖1和圖2的熱成像相機示例性部件的功能性方框圖；圖4是可視圖像和紅外圖像的示例性畫中畫類型的同時顯示的概念說明圖；圖5是用於重新拍攝熱圖像過程的流程圖。
具體實施例方式下面的詳細描述在本質上是示例性的，並非意旨以任何方式限制本發明的範圍、應用或構造。相反，下面的描述為實施本發明的實例提供一些實踐說明。為所選元件提供構造，材料，尺寸和製造工藝的示例，以及所有其它元件採用對於本發明領域中的那些普通技術人員而言公知的構造，材料，尺寸和製造工藝。本領域技術人員將認識到許多特定示例具有各種合適的替代方案。熱成像相機可以用於檢測跨過所觀察場景的熱模式。熱成像相機可以檢測到由場景發出的紅外輻射且將該紅外輻射轉換成表示熱模式的紅外圖像。在一些示例中，熱成像相機還可以從場景捕獲可見光以及將可見光轉換成可見光圖像。根據熱成像相機的配置，相機可以包括用於將紅外輻射聚焦於紅外傳感器上的紅外光學系統以及用於將可見光聚焦於可見光傳感器上的可見光光學系統。可以同時拍攝場景的可見光圖像和紅外圖像，使得可更容易地識別紅外圖像的位置。為了檢測紅外輻射隨時間的變化，本發明的實施例使得用戶能夠將在相同位置處重新拍攝的紅外圖像作為較早的紅外圖像。通過這種方式，較早的紅外圖像可以與當前的紅外圖像進行比較，因此可以更容易地識別表示熱模式變化的紅外圖像中的變化。此外，為了儘可能精確地進行比較，本發明的實施例可以處理圖像以創建可視的姿態模板，以有助於用戶將相機重新定位到合適的位置。例如，圖像處理可以包括識別、提取和/或增加先前拍攝的圖像中的一個或多個特徵以創建姿態模板。然後，用戶可以使用姿態模板以便更迅速且更精確地將相機與先前的相機位置對準。檢測紅外圖像中的變化在某些情況下是特別有用的。例如，當對象經常產生熱量時，可能難以確定紅外圖像是否顯示出問題。然而，較早的和較晚的圖像之間的比較可以顯示對象正產生增加的熱量，因此可能存在問題。例如，一個人可以從許多不同機器(包括工業窯爐或工業用電爐)的大致相同的有利位置定期地捕獲紅外圖像。這種窯爐包含折射材料，且這種電爐包含絕緣材料。通過監測這種設備隨時間的溫譜圖，以及考慮到所測得溫度的變化率，用戶可以確定折射材料或絕緣材料是否退化或何時退化，從而確定折射材料或絕緣材料是否需要更換或何時需要更換。然而，如果上述比較表明產生的熱量是穩定的，則對象可以正常運作。為了儘可能有用地進行比較，優選在相同的位置、利用相同的設置和在相同的條件下重新拍攝圖像。本發明的實施例有助於將相機定位於初始位置的處理。圖1和2分別示出了可以用於各實施例的熱成像相機10的前透視圖和後透視圖。相機10包括殼體12、紅外透鏡組件14、可見光透鏡組件16、顯示器18、雷射器19以及觸發控制器20。殼體12容納熱成像相機10的各部件。紅外透鏡組件14接收來自場景的紅外輻射並且將該輻射聚焦於紅外傳感器上，以生成場景的紅外圖像。可見光透鏡組件16接收來自場景的可見光並且將可見光聚焦於可見光傳感器上，以生成同一場景的可見光圖像。熱成像相機10響應於按壓觸發控制器20來拍攝可見光圖像和/或紅外圖像。此外，熱成像相機10控制顯示器18顯示由相機生成的紅外圖像和可見光圖像，例如，協助操作者對場景進行熱檢查。當相機10被用於從與先前獲得的熱圖像相同的位置來重新拍攝熱圖像時，顯示器18還可以顯示指導用戶重新定位相機10的可視指示。熱成像相機10還可包括耦接到紅外透鏡組件14的聚焦機構，其被配置成移動紅外透鏡組件的至少一個透鏡以調節由熱成像相機生成的紅外圖像的焦距。在操作中，熱成像相機10通過接收從場景以紅外波長光譜發射的能量並處理所述紅外能量以生成熱圖像來檢測場景中的熱模式。熱成像相機10還可以通過接收可見光波長光譜中的能量並處理該可見光能量以生成可見光圖像來生成同一場景的可見光圖像。正如下面更詳細描述的那樣，熱成像相機10可以包括被配置成捕獲場景的紅外圖像的紅外相機模塊以及被配置成捕獲同一場景的可見光圖像的可見光相機模塊。所述紅外相機模塊可以接收通過紅外透鏡組件14投射的紅外輻射並且由其生成紅外圖像數據。所述可見光相機模塊可以接收通過可見光透鏡組件16投射的光並且由其生成可見光數據。
在一些示例中，熱成像相機10基本同時(例如，在同一時間)收集或捕獲紅外能量和可見光能量，使得由相機生成的可見光圖像和紅外圖像是基本同一時間的同一場景。在這些示例中，由熱成像相機10生成的紅外圖像表示在特定時間段所述場景內的局部溫度，而由相機生成的可見光圖像是同一時間段同一場景的表示。在其它示例中，熱成像相機可以在不同的時間段捕獲來自場景的紅外能量和可見光能量。由熱成像相機10拍攝的場景取決於其位置和設置。該位置不僅包括熱成像相機10在三維空間內的位置，還包括熱成像相機10在三個旋轉軸內的旋轉，因此利用總共六個變量來確定相機的位置。例如所述設置包括縮放、透鏡類型或輔助透鏡的使用、焦距、光圈係數、發射率、反射溫度設置、窗口傳輸設置。當為了確定紅外圖像隨時間存在的變化的目的而重新拍攝紅外圖像時，優選再現上述位置和設置。可見光透鏡組件16包括將可見光能量聚焦於可見光傳感器上以生成可見光圖像的至少一個透鏡。可見光透鏡組件16限定通過所述組件的至少一個透鏡的曲率中心的可見光光軸26。可見光能量投射通過透鏡的前部且聚焦於透鏡的相對側。可見光透鏡組件16可以包括單個透鏡或連續布置的多個透鏡(例如，兩個、三個、或更多個透鏡)。此外，可見光透鏡組件16可以具有固定焦距，或可以包括用於改變可見光光學系統的焦距的焦距調節機構。在其中可見光透鏡組件16包括焦距調節機構的實例中，焦距調節機構可以是手動調節機構或自動調節機構。紅外透鏡組件14還包括將紅外能量聚焦於紅外傳感器上以生成熱圖像的至少一個透鏡。紅外透鏡組件14限定通過所述組件的至少一個透鏡的曲率中心的紅外光軸22。在操作期間，紅外能量被引導通過透鏡的前部並聚焦於透鏡的相對側。紅外透鏡組件14可以包括單個透鏡或連續布置的多個透鏡(例如，兩個、三個、或更多個透鏡)。如上面簡要描述的，熱成像相機10包括用於調節由相機所拍攝的紅外圖像的焦距的焦距調節機構。在圖1和圖2所示的示例中，熱成像相機10包括聚焦環24。聚焦環24可操作地耦合(例如，機械耦合和/或電耦合)至紅外透鏡組件14的至少一個透鏡並且被配置成將所述至少一個透鏡移動到各個焦點位置，以聚焦由熱成像相機10拍攝的紅外圖像。在不同的示例中，熱成像相機10可以包括手動焦距調節機構，其以聚焦環24之外的配置來實現，例如可致動開關。備選地，熱成像相機10可以包括手動焦距調節機構之外的或代替它的自動焦距調節機構。在這種示例的一些應用中，熱成像相機10可以使用雷射器19以電子測量目標場景中的對象和相機之間的距離。在熱成像相機10的操作期間，操作者可能希望觀察由熱成像相機10生成的場景熱圖像和/或同一場景的可見光圖像。為此，熱成像相機10可以包括顯示器。在圖1和圖2的示例中，熱成像相機10包括顯示器18，其位於殼體12的與紅外透鏡組件14和可見光透鏡組件16相對的後部。顯示器18可以被配置成顯示可見光圖像、紅外圖像，和/或同時顯示可見光圖像和紅外圖像的融合圖像。在不同的示例中，顯示器18可以遠離(例如，獨立於)熱成像相機10的紅外透鏡組件14和可見光透鏡組件16，或顯示器18可以相對於紅外透鏡組件14和/或可見光透鏡組件16處於不同的空間布置內。因此，雖然圖2中示出顯示器18位於紅外透鏡組件14和可見光透鏡組件16的後面，但是對於顯示器18而言其它位置也是可能的。熱成像相機10可以包括用於控制相機的操作和調節相機的不同設置的各種用戶輸入媒介。示例性控制功能可以包括調節紅外和/或可見光光學系統的焦距、打開/關閉快門、拍攝紅外和/或可見光圖像等。在圖1和圖2所示的示例中，熱成像相機10包括用於拍攝紅外和可見光圖像的可按壓觸發控制器20、以及用於控制相機其它方面操作的按鈕28。不同數量或設置的用戶輸入媒介是可能的，並且應當理解本公開並不限於這方面。例如，熱成像相機10可以包括觸控螢幕顯示器18，其通過按壓屏幕不同部分來接收用戶的輸入。圖3是示出了熱成像相機10的示例部件的功能方框圖,所述熱成像相機10包括紅外相機模塊100、可見光相機模塊102、顯示器104、處理器106、用戶接口 108、存儲器110以及電源112。處理器通信地耦合到紅外相機模塊100、可見光相機模塊102、顯示器104、用戶接口 108以及存儲器110。電源112給熱成像相機10的各個組件輸送工作電力，並且在一些示例中，可以包括可再充電或不可再充電的電池以及發電電路。紅外相機模塊100可以被配置成可接收由目標場景發射的紅外能量且將紅外能量聚焦於紅外傳感器上，以生成紅外能量數據，例如，其可以以紅外圖像的形式顯示於顯示器104上和/或存儲於存儲器110中。紅外相機模塊100可以包括用於執行歸因於這裡所述模塊的功能的任何適當部件。在圖3的示例中，紅外相機模塊100被示出為包括紅外透鏡組件14和紅外傳感器114。如上相對於圖1和圖2所述的那樣，紅外透鏡組件14包括接收由目標場景發射的紅外能量且將紅外能量聚焦於紅外傳感器114上的至少一個透鏡。紅外傳感器114通過生成可以被轉換成且顯示為顯示器104上的紅外圖像的電信號而響應於所聚焦的紅外能量。紅外透鏡組件14可以具有不同的配置。在一些示例中，紅外透鏡組件14限定特定大小的光圈係數(其也可以被稱為焦比或光圈級數)。通過將透鏡(例如，紅外透鏡組件14的最外側透鏡)的焦距長度除以透鏡入口直徑可以確定光圈係數，其可以表示進入透鏡的紅外輻射的量。通常，增加紅外透鏡組件14的光圈係數可以增加景深或目標場景中處於透鏡組件可接受焦距內的最近和最遠對象之間的距離。當用設定於超焦距位置處的熱成像相機10的紅外光學系統來觀察目標場景內的不同對象時，增加景深可以有助於獲得可接受的焦距。然而如果紅外透鏡組件14的光圈係數增加太多，則空間解析度(例如，清晰度)可能降低，使得目標場景不在可接受的焦距內。在各示例中，紅外透鏡組件14可以限定大於0.5的光圈係數，例如大於1.0、大於約1.2、或大於約1.3。在其它示例中，紅外透鏡組件14可以限定範圍從約0.85至約2的光圈係數,例如範圍從約I至約1.8、約1.2至約1.5、或約1.3至約1.4。紅外透鏡組件14可以限定其它可接受的光圈係數，並且應當理解本公開並不限於這方面。紅外傳感器114可以包括響應於通過紅外透鏡組件14接收到的紅外能量而產生電信號的一個或多個焦平面陣列(FPA)。每個FPA可以包括多個紅外傳感器元件，例如包括測輻射熱儀、光子檢測器、或其它合適的紅外傳感器元件。在操作中，每個都可以被稱為傳感器像素的每個傳感器元件可以響應於從目標場景接收的吸收紅外能量來改變電特性(例如，電壓或電阻)。反過來，電特性的改變可以提供電信號，其由處理器106接收且處理成顯示於顯示器104上的紅外圖像。例如，在其中紅外傳感器114包括多個測輻射熱儀的示例中，每個測輻射熱儀可以吸收通過紅外透鏡組件14聚焦的紅外能量，並且響應於所吸收的能量而使溫度升高。每個測輻射熱儀的電阻可以隨著測輻射熱儀的溫度變化而發生變化。處理器106可以通過將電流(或電壓)施加到每個測輻射熱儀來測量每個測輻射熱儀的電阻變化並且測量測輻射熱儀兩端的最終電壓(或電流)。基於這些數據，處理器106可以確定由目標場景的不同部分所發出的紅外能量的量並且控制顯示器104顯示目標場景的熱圖像。獨立於包括在紅外傳感器114FPA中的特定類型的紅外傳感器元件，FPA陣列可以限定任何合適的尺寸和形狀。在一些示例中，紅外傳感器114包括被布置成柵格模式的多個紅外傳感器元件，例如被布置成垂直列和水平行的傳感器元件陣列。在各示例中，紅外傳感器114可以包括垂直列乘水平行的陣列，例如，16X16、50X50、160X120、120X160或640 X 480。在其它示例中，紅外傳感器114可以包括較小數目的垂直列和水平行(例如，I X I)、較大數目的垂直列和水平行(例如，1000X 1000)、或列與行的不同比率。在熱成像相機10的操作期間，處理器106可以控制紅外相機模塊100生成紅外圖像數據，以創建紅外圖像。處理器106可以通過測量來自包括在紅外傳感器114的FPA中的每個紅外傳感器元件的電信號來生成紅外圖像數據的「幀」。來自每個紅外傳感器元件的電信號(例如，電壓、電流)的大小可以對應於由每個紅外傳感器元件接收到的紅外輻射的量，其中接收不同量的紅外輻射的傳感器元件表現出具有不同大小的電信號。通過生成紅外圖像數據的幀，處理器106在給定時間點捕獲目標場景的紅外圖像。處理器106可以通過單次測量包括在紅外傳感器114的FPA內的每個紅外傳感器元件的電信號來捕獲目標場景的單個紅外圖像或「快照」。替代地，處理器106可以通過重複測量包括在紅外傳感器114的FPA內的每個紅外傳感器元件的電信號來捕獲目標場景的多個紅外圖像。在其中處理器106重複地測量包括在紅外傳感器114的FPA內的每個紅外傳感器元件的電信號的示例中，處理器106可以生成目標場景的動態熱圖像(例如，視頻表示)。例如，處理器106可以以足以生成熱圖像數據的視頻表示的頻率(例如，30赫茲或60赫茲)來測量包括在FPA內的每個紅外傳感器元件的電信號。處理器106可以執行在捕獲紅外圖像中的其它操作，例如依次致動快門(未示出)以打開和關閉紅外透鏡組件14的光圈
坐寸o由於紅外傳感器114的每個傳感器元件用作傳感器像素，因此通過將每個傳感器元件的電特性(例如，電阻)中的變化轉化成可被處理例如以在顯示器104上可視或存儲於存儲器110內的時分制多路傳輸電信號，處理器106可以生成表不來自目標場景的紅外福射的兩維圖像或圖片。處理器106可以執行計算，以將原始紅外圖像數據轉換成場景溫度，在一些示例中其包括對應於場景溫度的顏色。處理器106可以控制顯示器104以顯示所捕獲目標場景的至少一部分紅外圖像。在一些示例中，處理器106控制顯示器104，使得紅外傳感器114的每個傳感器元件的電響應與顯示器104上的單個像素相關聯。在其它示例中，處理器106可以增大或減小紅外圖像的解析度，使得在顯示器104上顯示與紅外傳感器114中傳感器元件相比更多或更少的像素。處理器106可以控制顯示器104以顯示整個紅外圖像(例如，由熱成像相機10拍攝的目標場景的所有部分)或少於整個紅外圖像(例如，由熱成像相機10拍攝的整個目標場景的較少部分)。處理器106可以執行其它圖像處理功能，如在下面更詳細描述的那樣。雖然在圖3中未示出，熱成像相機10可以包括各種信號處理或調節電路，以將來自紅外傳感器114的輸出信號轉換成顯示器104上的熱圖像。示例性電路可以包括用於測量紅外傳感器114的每個傳感器元件兩端的偏置電壓的偏置發生器、模數轉換器、信號放大器等。獨立於特定電路，熱成像相機10可以被配置成處理表示目標場景的數據，以提供可以被顯示、存儲、傳輸或由用戶另外使用的輸出。熱成像相機10包括可見光相機模塊102。可見光相機模塊102可以被配置成接收來自目標場景的可見光能量並且將可見光能量聚焦於可見光傳感器上，以產生可見光能量數據，例如，其可以以可見光圖像的形式顯示於顯示器104上和/或存儲於存儲器110內。可見光相機模塊102可以包括用於執行歸因於本文所述模塊功能的任何合適部件。在圖3的示例中，可見光相機模塊102被示出為包括可見光透鏡組件16和可見光傳感器116。如上相對於圖1和圖2所述的那樣，可見光透鏡組件16包括接收由目標場景發射的可見光能量並且將可見光能量聚焦於可見光傳感器116上的至少一個透鏡。可見光傳感器116通過產生可以被轉換成且顯示為顯示器104上的可見光圖像的電信號而響應於所聚焦的能量。可見光傳感器116可以包括多個可見光傳感器兀件,例如像CMOS檢測器、(XD探測器、PIN 二極體、雪崩光電二極體等。可見光傳感器元件的數目可以與紅外光傳感器元件的數目相同或不同。在操作中，從目標場景接收的光學能量可以通過可見光透鏡組件16並且聚焦於可見光傳感器116上。當光學能量碰撞到可見光傳感器116的可見光傳感器兀件上時,光檢測器內的光子可以被釋放且轉換成檢測電流。處理器106可以處理該檢測電流以形成目標場景的可見光圖像。在熱成像相機10的使用期間，處理器106可以控制可見光相機模塊102從來自捕獲的目標場景生成可見光圖像數據，以生成可見光圖像。可見光數據可以包括表示與所捕獲目標場景的不同部分相關聯的顏色和/或與所捕獲目標場景的不同部分相關聯的光幅度的發光度數據。處理器106可以通過單次測量熱成像相機10的每個可見光傳感器元件的響應來生成可見光圖像數據的「幀」。通過生成可見光數據的幀，處理器106在給定的時間點捕獲目標場景的可見光圖像。處理器106還可重複地測量熱成像相機10的每個可見光傳感器元件的響應，以產生目標場景的動態熱圖像(例如，視頻表示)，如上關於紅外相機模塊100所述的那樣。由於可見光相機模塊102的每個傳感器元件用作傳感器像素，因此通過將每個傳感器元件的電響應轉化成可以被處理例如在顯示器104上可視或存儲於存儲器110內的時分制多路傳輸電信號，處理器106可以生成表示來自目標場景可見光的兩維圖像或圖片。處理器106可以控制顯示器104來顯示所拍攝目標場景的至少一部分可見光圖像。在一些示例中，處理器106控制顯示器104，使得可見光相機模塊102的每個傳感器元件的電響應與顯示器104上的單個像素相關聯。在其它示例中，處理器106可以增大或減小可見光圖像的解析度，使得在顯示器104上顯示與可見光相機模塊102中傳感器元件相比更多或更少的像素。處理器106可以控制顯示器104來顯示整個可見光圖像(例如，由熱成像相機10拍攝的目標場景的所有部分)或少於整個可見光圖像(例如，由熱成像相機10拍攝的整個目標場景的較少部分)。如上所述，處理器106可以被配置成確定熱成像相機10和由相機產生的可見光圖像和/或紅外圖像所捕獲的目標場景中的對象之間的距離。處理器106可以基於與相機相關聯的紅外光學系統的焦點位置來確定上述距離。例如，處理器106可以檢測與相機的紅外光學系統相關聯的焦距調節機構的位置(例如，物理位置)(例如，與紅外光學系統相關聯的焦點位置)並且確定與上述位置相關聯的到目標值的距離。然後處理器106可以參考存儲於存儲器110內的具有與到目標值的距離不同距離的不同位置相關聯的數據，以確定熱成像相機10與目標場景中的對象之間的特定距離。在這些和其它示例中，處理器106可以控制顯示器104以同時顯示由熱成像相機10所拍攝的可見光圖像的至少一部分以及由熱成像相機10所拍攝的紅外圖像的至少一部分。這種同時顯示可能是有用的，因為操作者可以參考在可見光圖像中顯示的特徵來幫助理解在紅外圖像中同時顯示的特徵，因為與紅外圖像相比，操作者可以更容易地識別和區分可見光圖像中的不同現場真實特徵。在各種示例中，處理器106可以控制顯示器104以並排布置、畫中畫布置(一個圖像環繞著另一個圖像)或其中可以同時顯示可見光圖像和紅外圖像的任意其它合適布置來顯示可見光圖像和紅外圖像。例如，處理器106可以控制顯示器104以融合布置來顯示可見光圖像和紅外圖像。在融合布置中，可見光圖像和紅外圖像可以疊加於彼此的頂部上。操作者可以與用戶接口108交互來控制在顯示器104上顯示的一個或兩個圖像的透明性或不透明性。例如，操作者可以與用戶接口 108交互以便在完全透明和完全不透明之間調節紅外圖像，此外還可以在完全透明和完全不透明之間調節可見光圖像。融合布置(其可以被稱為a-混合布置)的這種示例可以允許操作者將顯示器104調節成僅顯示紅外圖像、僅顯示可見光圖像、或在僅紅外圖像和僅可見光圖像極端情況之間的兩個圖像的任何重疊組合。被描述為熱成像相機10內處理器(包括處理器106)的部件可以實現為一個或多個處理器，例如可以單獨使用或以任何合適組合使用的一個或多個微處理器、數位訊號處理器(DSP)、特定應用集成電路(ASIC)、現場可編程門陣列(FPGA)、可編程邏輯電路等。通常，存儲器110存儲程序指令和相關的數據，當由處理器106執行時，導致熱成像相機10和處理器106執行在本公開中歸因於它們的功能。存儲器110可以包括任何固定的或可移動磁的、光學或電介質，例如RAM、ROM、CD-ROM、硬碟或軟盤磁碟，、EEPR0M等。存儲器110也可以包括可移動存儲部，其可以用於提供存儲更新或增加內存容量。可移動存儲器也可以允許將圖像數據容易地轉移到另一個計算設備，或在熱成像相機10用於另一個應用中之前被移除。操作者可以經由用戶接口 108與熱成像相機10進行交互，用戶接口 108可以包括按鈕、鍵或用於接受來自用戶輸入的其它機構。操作者可以經由顯示器104接受來自熱成像相機10的輸出。顯示器104可以被配置成以任何可接受的調色板或配色方案來顯示可見光圖像和/或紅外圖像，並且調色板例如響應於用戶控制而會有所不同。在一些示例中，顯示器104被配置成以諸如灰度或琥珀色的單色調色板來顯示紅外圖像。在其它示例中，顯示器104被配置成以諸如像鐵紅、藍紅或其它高對比度配色方案的彩色調色板來顯示紅外圖像。還可以想到灰度和彩色調色板顯示的組合。雖然處理器106可以控制顯示器104以任意合適的布置來同時顯示紅外圖像的至少一部分和可見光圖像的至少一部分，通過以相鄰對準的方式來顯示同一場景的相應可見光圖像，畫中畫布置可以有助於操作者容易聚焦和/或詮釋熱圖像。圖4是可見光圖像240和紅外圖像242的一個示例性畫中畫類型顯示的概念說明圖。在圖4所示的示例中，可見光圖像240環繞著紅外圖像242，然而在其它實施例中，紅外圖像242可以環繞可見光圖像240，或可見光圖像240和紅外圖像242可以具有與所示那樣不同的相對大小或形狀，並且應當理解本公開並不限於該方面。在熱成像相機10的操作期間，處理器106在與存儲於存儲器110內的程序信息相關聯的指令幫助下來控制紅外相機模塊100和可見光相機模塊102，以生成目標場景的可見光圖像和紅外圖像。處理器106還控制顯示器104以顯示由熱成像相機10產生的可見光圖像和/或紅外圖像。存儲器110還可以存儲紅外圖像、可見光圖像、紅外圖像與可見光圖像的融合圖像以及與用來獲得圖像的相機設置相關的數據。程序信息可以進一步控制用於將同一位置的紅外圖像重新拍攝為較早紅外圖像所必需的操作。例如，處理器可以包括編程以用於形成重新拍攝圖像時可以使用的姿態模板。替代地，上述編程可以單獨存儲於計算機，例如個人計算機中，或可以存儲於其它地方，(例如「雲」內)，且用戶可以通過網際網路，例如通過個人計算機或通過熱成像相機10,來訪問上述地方。用於處理圖像以創建姿態模板的編程可以識別圖像中的特徵、提取該特徵以及增強該特徵。例如，可識別的特徵包括不同的對象、交叉線、幾何形狀以及其它獨特特徵。例如，可以利用線或邊緣檢測編程或自動對象識別編程(其可以識別出特定機械設備，例如電機輪廓)來識別上述特徵。替代地，用戶可以通過視覺檢測來識別圖像內的特徵，並且可以選擇某些特徵來增強。例如，用戶可以經由按鈕28利用可在PC或相機上可用的簡單繪圖工具(例如線、矩形、或其它形狀)來例如手動圈出在圖像中發現的對象，增強在圖像中形成不同形狀的線，或高亮顯示圖像中的邊緣。可以利用某些圖像特徵的最終得到的增強圖像來形成姿態模板的全部或部分。這種增強特徵可以顯現為勾勒線條，其限定上述特徵，例如通過增強特徵的邊緣。例如，姿態模板可以增強圖像的一個、兩個，三個或更多的特徵。例如，姿態模板可以通過在其一側或多側上勾勒輪廓來增強特徵。在一些實施例中，姿態模板可以在所有側面勾勒特徵以形成圍繞對象的框架。在其它實施例中，姿態模板可以增強形成直線或交叉直線的邊緣。增強可以是具有對比顏色線、黑線、粗線或高亮的形式，例如其可為實心或至少部分透明的。在一些實施例中，處理器106包括用於創建負紅外圖像的程序信息,其用於產生差別圖像。在這種實施例中，編程將在第一紅外或融合圖像中所示的紅外能量從相同類型的活動圖像減去，或反之亦然。如果活動場景的熱能量與第一圖像相比是不變的，那麼當熱成像相機與初始位置對準時，負圖像應該消失。即，如果活動場景的熱能量未變化以及相機與初始位置對準，則活動熱圖像和作為負熱圖像應用的第一圖像在不同的圖像中應該彼此抵消。通過從基於逐像素的第二紅外圖像(或其部分)減去基於逐像素的第一紅外圖像(或其部分)來生成差別圖像。但是，當熱成像相機10的位置與初始位置不同時，某些特徵的邊緣可能會顯現到最終的差別圖像上，表示需要進一步重新定位。圖5示出根據本發明一些實施例的重新拍攝紅外圖像過程的流程圖。在步驟300中，由熱成像相機在第一位置處拍攝第一圖像。第一圖像可以是可見光圖像、熱能量圖像、或紅外圖像和可見光圖像的融合圖像。在一些實施例中，第一圖像是在同一位置與紅外圖像或融合圖像相同時間所拍攝的可見光圖像。可見光圖像用於創建姿態模板，而相關的紅外圖像或融合圖像可用於與較晚的圖像或融合圖像進行比較。第一圖像可以被存儲於熱成像相機10的存儲器110內，直到隨後被選擇進行處理。替代地，第一圖像可以被傳送到計算機以進行處理。在其它替代中，第一圖像可以被傳送到存儲介質且存儲於存儲介質上。隨後其可被傳送到熱成像相機10以進行處理，熱成像相機10可以是原始的熱成像相機或可以是第二熱成像相機10。所存儲的第一圖像還可以包括用於拍攝第一圖像的相機設置有關的數據，例如可以與圖像一起存儲的焦距、光圈級數、縮放、透鏡類型。接下來，在步驟310，第一圖像由熱成像相機10或單獨的計算機來處理以創建姿態模板。如上所述，圖像處理識別且增強第一圖像的特徵以創建姿態模板。在步驟320，將拍攝第一圖像時採用的一個或多個或所有圖像設置均應用於活動圖像上。如下所述，上述設置可以自動應用或由用戶手動應用。第二圖像可以是紅外圖像或紅外和可見光圖像的融合圖像，並且與可見光圖像同時或幾乎同時來拍攝。在步驟330，將姿態模板與活動圖像組合。在用戶的方向上用戶可以在熱成像相機10的顯示器104中看到組合的活動圖像和姿態模板。在一些實施例中，活動圖像疊加或覆蓋於所述第一圖像上。在其它實施例中，層壓順序是相反的。姿態模板被示為顯示器104上的靜態圖像，例如一組線或形狀，當熱成像相機10重新定位時，上述靜態圖像不移動。與此相反，當熱成像相機10重新定位時，顯示器104上的活動圖像移動。在流程圖中，步驟320在步驟330之前。然而，替代地，步驟330可在步驟320之前。在一些實施例中，步驟320和330可以同時發生，使得當用戶指引相機以將姿態模板應用到活動圖像時，該指向還可給相機發出信號以便自動地將第一相機設置應用於活動圖像上。在一些實施例中，在步驟330中可以由熱成像相機自動地應用第一相機設置。在其它實施例中，在步驟330中由用戶手動地將第一相機設置應用到熱成像相機上。熱成像相機可以向用戶通知第一相機設置(例如通過將其指示到顯示器上)以提示用戶應用它們。還在另一些實施例中，可以自動地應用一個或多個設置以及手動地應用一個或多個設置。接下來，在步驟340用戶將相機重新定位以將活動圖像與姿態模板對準。如上所述，姿態模板在顯示器104上形成靜態圖像，並且顯示器104上的活動圖像在熱成像相機10被重新定位時移動。因此，用戶可以重新定位熱成像相機10，直到其被增強以創建姿態模板的活動圖像的特徵與顯示器104上的姿態模板對準。一旦活動圖像與姿態模板對準或與姿態模板大致對準，熱成像相機處於第一位置，或充分接近第一位置以重新拍攝圖像。一旦熱成像相機的第二位置與所述第一位置相同或充分接近，在步驟350拍攝第二圖像。第二圖像可以是紅外圖像或紅外圖像和可見光圖像的融合圖像，且可以與可見光圖像同時或幾乎同時拍攝。當用戶根據姿態模板與活動圖像的對準確定相機處於或充分地接近第一位置時，用戶可以激活熱成像相機10來拍攝第二圖像，例如通過按下觸發器20。替代地，當熱成像相機10根據姿態模板與活動圖像的對準確定其處於或充分地接近第一位置時，熱成像相機10可以自動地拍攝第二圖像或可以例如通過顯示器104上的可見提示給用戶發出捕獲圖像的信號。在一些實施例中，第二圖像是與第一圖像相同類型的圖像。例如，第一和第二圖像兩者可以均為紅外圖像或融合圖像。在其它實施例中，第一圖像和第二圖像可以是不同類型的圖像。例如，第一圖像可以是可見光圖像(其可與紅外圖像或融合圖像相關聯)，並且第二圖像可以是紅外圖像或融合圖像。在步驟320和330中的活動圖像可以是與第一圖像、第二圖像相同的類型，或在步驟320和330中的活動圖像的類型與第一圖像、第二圖像不同的類型。在一些實施例中，第一圖像和活動圖像可以均為可見光圖像，並且所述第二圖像是紅外或融合圖像。替代地，用於重新拍攝熱圖像的過程可以利用如上所述的負熱圖像。在這種實施例中，第一熱圖像在第一位置處以第一設置進行捕獲。第一圖像可以是紅外圖像或融合圖像。接著隨後獲得活動圖像，其是與第一圖像相同類型的圖像，並且可以由與第一圖像相同的熱能相機10拍攝或由不同的熱能相機拍攝。如上所述，可以將一個或多個或所有第一設置應用到活動圖像。然後處理第一圖像和活動圖像以生成顯示於顯示器104上的負熱圖像。然後，用戶觀察熱圖像且將熱成像相機10重新定位。熱成像相機隨著熱成像相機10重新定位而繼續處理第一圖像和活動圖像，產生活動差別圖像。當熱成像相機處於或充分接近第一位置時，捕獲第二圖像，其可以是紅外圖像或融合圖像，或者可以是與第一圖像為相同類型的圖像或與第一圖像為不同類型的圖像。利用程序信息可以確定相機位置是否充分接近可以拍攝原始圖像的位置。例如，在熱成像相機10中可預先設定有從初始位置的特定量的公差變化。替代地，基於用戶對場景的觀察以及活動圖像與姿態模板對準的接近度，可以由用戶作出上述確定。此外，在一些實施例中，當在足夠接近的位置(在允許公差內)處拍攝圖像時，程序信息可以使得所拍攝的圖像偏移(回到中心位置)以更精確地與原始圖像對準。這種偏移可自動發生或由用戶指導下發生。通過具有在不同的時間點但是從大致相同的位置拍攝的第一和第二紅外圖像，可以進行比較以確定紅外圖像如何變化。通過這種方式，第一紅外圖像、或融合圖像和可見光圖像可以與第二紅外圖像、或融合圖像和可見光圖像進行比較，使得可以更容易地識別代表熱模式變化的圖像紅外方面的變化。上述比較可以並排方式手動地進行比較。圖像也可以被疊加以更容易地識別熱變化。或者，可以應用處理器106或其它非相機軟體以執行兩個紅外圖像的熱分析以便確定熱差異。熱變化可以表示在其成為更大問題之前可以進行補救的潛在故障。示例性的熱成像相機和相關技術已被描述。本公開中所述的技術也可以體現或編碼到計算機可讀介質內，例如包含指令的非暫時性計算機可讀存儲介質。例如，當執行指令時，嵌入或編碼到計算機可讀存儲介質中的指令可以導致可編程處理器，或其它處理器執行上述方法。計算機可讀存儲介質可以包括隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、硬碟、光學介質、或其它計算機可讀介質。已經描述了各種示例。這些和其它示例在所附權利要求的範圍內。
權利要求
1.一種便攜手持式熱成像相機，包括: 紅外(IR)透鏡組件，具有用於檢測目標場景的熱圖像的相關IR傳感器； 可見光(VL)透鏡組件，具有用於檢測所述目標場景的VL圖像的相關VL傳感器； 顯示器，適於顯示所述VL圖像的至少一部分或所述IR圖像的至少一部分； 存儲器，適於存儲目標場景的第一 VL圖像，所述目標場景的第一 VL圖像是在第一位置處與所述目標場景的第一 IR圖像同時拍攝的，所述存儲器適於存儲所述目標場景的第二IR圖像；以及 處理器，被編程有用於在所述第一位置處和第一時間點與拍攝所述第一 IR圖像的同時來拍攝所述第一 VL圖像的指令； 所述處理器被編程有用於處理所述第一 IR圖像和/或所述第一 VL圖像以創建姿態模板的指令，所述姿態模板包括提供所述第一位置的表示的所述第一圖像的增強特徵；所述處理器被編程有如下指令:將具有所述姿態模板的顯示器上的所述場景的活動圖像的所述姿態模板與所述活動圖像相結合以有助於用戶將所述相機重新定位到所述第一位置，以在所述第一位置處或所述第一位置附近拍攝所述目標場景的第二 IR圖像。
2.根據權利要求1所述的相機，其中所述第一圖像僅是紅外圖像，或融合的紅外和可見光圖像。
3.根據權利要求1或2所述的相機，其中所述姿態模板具有位於所述顯示器上的固定位置，並且所述活動圖像隨著所述相機被重新定位而移動。
4.根據權利要求1-3中任一項所述的相機，其中所述處理器被編程有用於識別且增強所述場景的一個或多個特徵以創建所述姿態模板的指令。
5.根據權利要求 4所述的相機，其中增強包括強調所述特徵的一個或多個邊緣。
6.根據前述權利要求中任一項所述的相機，其中所述存儲器還適於存儲拍攝所述第一圖像時應用的一個或多個相機設置。
7.根據權利要求6所述的相機，其中所述處理器被編程有在顯示所述場景的活動圖像的同時自動將所述一個或多個相機設置中的一個或多個相機設置應用於所述相機的指令。
8.根據前述權利要求中任一項所述的相機，其中所述處理器被編程有在第二位置和第二時間點拍攝第二 VL圖像的指令，所述第二時間點在所述第一時間點之後。
9.一種便攜手持式熱成像相機，包括: 紅外(IR)透鏡組件，具有用於檢測目標場景的熱圖像的相關IR傳感器； 可見光(VL)透鏡組件，具有用於檢測所述目標場景的VL圖像的相關VL傳感器； 顯示器，適於顯示所述VL圖像的至少一部分或所述IR圖像的至少一部分； 存儲器，適於存儲均在第一位置處拍攝的目標場景的第一 VL圖像和所述目標場景的第一 IR圖像，所述存儲器適於存儲所述目標場景的第二 IR圖像；以及 處理器，被編程有指令，所述指令用於從所述場景的活動IR圖像減去所述第一 IR圖像以創建差別圖像，從而有助於用戶將所述相機與第一位置對準，以在所述第一位置處或所述第一位置附近拍攝所述目標場景的第二 IR圖像。
10.根據權利要求9所述的相機，其中所述第一和第二IR圖像僅包括紅外圖像，或融合的IR和VL圖像。
11.根據權利要求9或10所述的相機，其中所述存儲器還適於存儲在拍攝所述第一圖像時應用的一個或多個相機設置。
12.根據權利要求11所述的相機，其中所述處理器被編程有用於自動將所述一個或多個相機設置應用於所述場景的所述活動圖像的指令。
13.根據權利要求9-12中任一項所述的相機，其中所述處理器被編程有用於顯示所述第一 VL圖像以及所述差別圖像以有助於所述用戶將所述相機對準於所述第一位置內的指令。
14.一種重新拍攝場景的紅外(IR)圖像的方法，包括: 選擇在第一位置利用第一熱成像相機拍攝的所述場景的第一圖像； 處理所述第一圖像以識別且增強所述第一圖像的特徵，從而創建姿態模板； 將所述姿態模板與指向所述場景的第二熱成像相機的顯示器上的所述場景的活動圖像組合； 重新定位所述第二熱成像相機，直到與所述姿態模板對準的所述活動圖像的特徵表示所述第二熱成像相機位於所述第一位置處或所述第一位置附近，其中所述活動圖像的所述特徵與所述第一圖像的被增強特徵對準； 當所述第二熱成像相機處於所述第一位置或接近所述第一位置時，拍攝所述場景的第二圖像； 其中所述第一熱成像相機和所述第二熱成像相機是相同的相機或者是不同的相機。
15.根據權利要求14所述的方法，其中所述第二圖像僅是IR圖像，或融合的IR和VL圖像。
16.根據權利要求14或15所述的方法，其中所述姿態模板具有位於所述顯示器上的固定位置，並且所述活動圖像隨所述相機重新定位而移動。
17.根據權利要求14-16中任一項所述的方法，其中增強包括強調所述特徵的一個或多個邊緣。
18.根據權利要求14-17中任一項所述的方法，其中所述相機自動將拍攝所述第一圖像時使用的一個或多個設置應用於所述活動圖像。
19.一種重新拍攝場景的紅外(IR)圖像的方法，包括: 選擇利用第一熱成像相機拍攝的所述場景的第一 IR圖像； 獲取所述場景的活動IR圖像； 引導第二熱成像相機來處理所述第一 IR圖像和所述活動IR圖像以顯示差別IR圖像； 利用所述差別圖像來重新定位所述相機，直到所述相機處於所述第一位置處或所述第一位置附近； 其中所述第一熱成像相機和所述第二熱成像相機是相同的相機或者是不同的相機。
20.根據權利要求19所述的方法，其中處理所述第一IR圖像和所述活動IR圖像以顯示差別IR圖像包括從所述活動IR圖像減去所述第一 IR圖像。
21.根據權利要求19或20所述的方法，其中所述第一和第二IR圖像僅包括紅外圖像，或融合的IR和VL圖像。
22.根據權利要求19-21中任一項所述的方法，還包括將一個或多個設置應用於所述活動IR圖像，其中所述一個或多個設置與拍攝所述第一 IR圖像時使用的設置是相同的。
23.根據權利要求19-22中任一項所述的方法，其中所述相機自動將一個或多個設置應用於所述場景的活動圖像，其中所述設置與拍攝所述第一 IR圖像時使用的設置是相同的 。
全文摘要
本發明公開了一種用於重新拍攝圖像的熱成像相機以及利用熱成像相機重新拍攝圖像的方法，其中所述方法包括創建和使用有助於引導所述相機回到拍攝原始圖像的位置的姿態模板。
文檔編號H04N5/225GK103179355SQ201210560809
公開日2013年6月26日 申請日期2012年12月20日 優先權日2011年12月20日
發明者J·E·尼利, T·J·麥克瑪納斯, P·A·伯格斯特龍, K·R·詹森, T·A·布萊克 申請人:弗盧克公司