專利名稱：溫度記錄法測量的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的各種實(shí)施例涉及溫度記錄法測量(thermographic measurement)。溫度記錄法測量應(yīng)用范圍廣泛。溫度記錄法應(yīng)用的一些實(shí)例包括醫(yī)學(xué)成像、熱學(xué)、夜視、過程控制、監(jiān)視、化學(xué)成像及測量建筑物的能量效率，等等。
背景技術(shù)：
通常，溫度記錄法測量是使用所謂熱成像照相機(jī)完成的，熱成像照相機(jī)能夠探測電磁波譜的紅外區(qū)域內(nèi)的輻射，并且產(chǎn)生該輻射的圖像。這種圖像習(xí)慣上被稱為溫譜圖。當(dāng)物體發(fā)射的福射量隨著溫度增加時(shí)，熱感照相機(jī)(thermal cameral)能夠看見物體的溫度變化，并且因此能夠在有或無可見照明的情況下探測周圍環(huán)境。這使得熱成像照相機(jī)在例如軍事或監(jiān)視應(yīng)用中非常有吸引力。然而，當(dāng)涉及遠(yuǎn)距離測量物體的確切溫度時(shí)，熱感照相機(jī)具有有限的精確性，其可能造成對熱感照相機(jī)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(yuǎn)距離處更精確地測量物體溫度的方式。

發(fā)明內(nèi)容
包括照相機(jī)和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的方法和裝置被提供用于確定遠(yuǎn)距離物體在數(shù)個(gè)溫度測量點(diǎn)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(yuǎn)距離物體的、在遠(yuǎn)距離物體上的數(shù)個(gè)熱測量點(diǎn)處的熱輻射。提供距離確定設(shè)備。距離確定設(shè)備包括圖像傳感器，圖像傳感器能夠計(jì)算至遠(yuǎn)距離物體的、在遠(yuǎn)距離物體上的數(shù)個(gè)距離測量點(diǎn)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(yuǎn)距離物體上的每一個(gè)熱測量點(diǎn)的熱輻射量。圖像傳感器捕獲來自遠(yuǎn)距離物體的反射光。使用通過圖像傳感器捕獲的反射光計(jì)算出數(shù)個(gè)距離。每個(gè)距離指示從圖像傳感器至遠(yuǎn)距離物體上的一個(gè)明確的距離測量點(diǎn)的距離。結(jié)合來自熱圖像的數(shù)據(jù)和計(jì)算出的距離以確定遠(yuǎn)距離物體上的數(shù)個(gè)溫度測量點(diǎn)處的溫度。各種的實(shí)施例可以包括一個(gè)或多個(gè)下列特征。熱圖像和反射光能夠被基本同時(shí)捕獲。遠(yuǎn)距離物體可以是移動(dòng)物體，并且捕獲、計(jì)算和結(jié)合步驟可以連續(xù)重復(fù)，以記錄遠(yuǎn)距離物體上的每一個(gè)溫度測量點(diǎn)隨時(shí)間的溫度變化。熱圖像傳感器和圖像傳感器可以設(shè)置在共同的外殼內(nèi)，夕卜殼內(nèi)還包括共同的光學(xué)系統(tǒng)，電磁福射可操作地經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)，以便在它的從遠(yuǎn)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(jī)外殼或搖攝變焦(pan-tilt-zoom)照相機(jī)外殼。光學(xué)系統(tǒng)可以包括分束器，并且來自遠(yuǎn)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(xué)系統(tǒng)可以包括一個(gè)或多個(gè)光學(xué)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分辨率，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(chǎn)生一一對應(yīng)。可以通過將熱圖像傳感器內(nèi)的像素?cái)?shù)學(xué)映射至圖像傳感器內(nèi)的像素而確保相同的有效分辨率。可以在從遠(yuǎn)距離物體捕獲電磁輻射前校準(zhǔn)熱圖像傳感器和圖像傳感器?？梢越邮帐褂谜咻斎?，其指定用于遠(yuǎn)距離物體的表面材料，當(dāng)處理熱圖像和距離時(shí)可以考慮用于被指定的表面材料的發(fā)射率以便確定校正溫度?？梢詫νㄟ^圖像傳感器捕獲的圖像執(zhí)行圖像分析以確定遠(yuǎn)距離物體的類型，并且基于所確定的遠(yuǎn)距離物體的類型，可以為遠(yuǎn)距離物體自動(dòng)選擇適當(dāng)?shù)谋砻娌牧希划?dāng)處理熱圖像和距離時(shí)可以考慮用于被指定的表面材料的發(fā)射率以便確定校正溫度。距離確定設(shè)備可以利用調(diào)制光照亮遠(yuǎn)距離物體，并且在圖像傳感器中測量對于從遠(yuǎn)距離物體的離散位置處反射的光的傳播時(shí)間(traveltime)。距離確定設(shè)備可以是渡越時(shí)間(time of flight)圖像傳感器。距離確定設(shè)備可以透過被布置成將散斑圖投射到遠(yuǎn)距離物體上的散射片(diffuser)、利用相干光照亮遠(yuǎn)距離物體，并且測量在遠(yuǎn)距離物體上的散斑圖的變化以便計(jì)算至遠(yuǎn)距離物體上的多個(gè)距離測量點(diǎn)的距離。本發(fā)明的各種實(shí)施例能夠?qū)崿F(xiàn)一個(gè)或多個(gè)下列優(yōu)點(diǎn)。較之傳統(tǒng)技術(shù)，可以更精確地測量遠(yuǎn)距離物體的溫度。
下面在附圖和說明書中闡述本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的細(xì)節(jié)。根據(jù)說明書和附圖以及根據(jù)權(quán)利要求書，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將很顯然。


圖I示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的照相機(jī)的示意圖。圖2示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的測量三個(gè)分開的遠(yuǎn)距離物體的溫度的照相機(jī)的示意圖。圖3A示出遠(yuǎn)距離物體的圖像及它的溫度分布的示意圖，正如通過傳統(tǒng)熱感照相機(jī)所捕獲的。圖3B示出與圖3A中相同的遠(yuǎn)距離物體的圖像及它的溫度分布的示意圖，正如通過根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的照相機(jī)所捕獲的。圖4是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用于測量遠(yuǎn)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(biāo)記指示相同的元件。
具體實(shí)施方式
概述在本文中描述的各種實(shí)施例提供用于遠(yuǎn)距離物體的溫度測量的方法和裝置，較之通過傳統(tǒng)熱成像照相機(jī)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(jī)中使用的那些)與用于距離測量的圖像傳感器(例如渡越時(shí)間類型的傳感器)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)溫度測量的增強(qiáng)的精確性。接著對來自通過兩個(gè)傳感器記錄的圖像的數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)合和處理，在一些實(shí)施例中還帶有附加的使用者供應(yīng)的數(shù)據(jù)，以便確定遠(yuǎn)距離物體上的數(shù)個(gè)溫度測量點(diǎn)處的溫度。在各種實(shí)施例中，也可以捕獲圖像的時(shí)間序列，以便確定遠(yuǎn)距離物體上的溫度測量點(diǎn)隨時(shí)間的溫度變化。圖像傳感器和用于處理圖像的邏輯電路在各種實(shí)施例中可以被包含在同一個(gè)外殼內(nèi)，并因此能夠在各種不同的照相機(jī)中使用，諸如手持式單元、固定式單元、PTZ (搖攝變焦)照相機(jī)，等等。下面將通過實(shí)例描述進(jìn)一步的特征和細(xì)節(jié)。然而，應(yīng)該認(rèn)識到，此說明不是窮盡的，落入所附權(quán)利要求書范圍內(nèi)的許多變化都能夠被本領(lǐng)域普通技術(shù)人員預(yù)見和實(shí)現(xiàn)。
此外，正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的，本發(fā)明的多個(gè)方面可以被實(shí)施為一種裝置、一種系統(tǒng)、一種方法、一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，或它們的不同結(jié)合。相應(yīng)地，本發(fā)明的某些方面可以采取完全的硬件實(shí)施例、完全的軟件實(shí)施例(包括固件、常駐軟件、微代碼，等等)或結(jié)合了軟件和硬件多個(gè)方面的實(shí)施例的形式，它們在本文中都可以通稱為“電路”、“模塊”或“系統(tǒng)”。此外，本發(fā)明的多個(gè)方面可以采取在一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中實(shí)施的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的形式，計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)具有實(shí)施于其上的計(jì)算機(jī)可讀程序代碼?？梢岳靡环N或多種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的任何結(jié)合。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以是計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)的計(jì)算機(jī)可讀信號介質(zhì)。計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)可以是，例如，但不限于，電子的、磁的、光學(xué)的、電磁的、紅外的或半導(dǎo)體的系統(tǒng)、裝置或設(shè)備，或前述各項(xiàng)的任何適當(dāng)?shù)慕Y(jié)合。計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)的更多的具體實(shí)例(非窮盡的列表)可能包括下列各項(xiàng)具有一條或多條電線的電連接部、便攜式計(jì)算機(jī)軟盤、硬盤、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(EPR0M或閃速存儲(chǔ)器)、光纖、便攜式只讀光盤存儲(chǔ)器(CD-ROM)、光學(xué)存儲(chǔ)設(shè)備、磁存儲(chǔ)設(shè)備，或前述各項(xiàng)的任何適當(dāng)?shù)慕Y(jié)合。在本文件的上下文中，計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)可以是任何的有形介質(zhì)，該介質(zhì)可以包含或存儲(chǔ)程序，以便被指令 執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備使用或與它們相關(guān)聯(lián)。計(jì)算機(jī)可讀信號介質(zhì)可以包括傳播數(shù)據(jù)信號，其具有實(shí)施在例如基帶中或作為載波的一部分的計(jì)算機(jī)可讀程序代碼。這種傳播信號可以采取多種形式中的任何一種，包括但不限于，電磁的、光學(xué)的或它們的任何適當(dāng)?shù)慕Y(jié)合。計(jì)算機(jī)可讀信號介質(zhì)可以是并非計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)的任何計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，并且其能夠通訊、傳播或傳輸程序，以便被指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備使用或與它們相關(guān)聯(lián)?？梢允褂萌魏芜m當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)傳輸實(shí)施在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上的程序代碼，合適的介質(zhì)包括但不限于無線、有線、光纖電纜、射頻(RF)等，或前述各項(xiàng)的任何適當(dāng)?shù)慕Y(jié)合?？梢詫⒂糜趫?zhí)行對本發(fā)明的多個(gè)方面的操作的計(jì)算機(jī)程序代碼寫成一種或多種程序設(shè)計(jì)語言的任何結(jié)合，程序設(shè)計(jì)語言包括面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語言，諸如JAVA、SmalltalKC++等，和傳統(tǒng)的程序化程序設(shè)計(jì)語言，諸如“C”程序設(shè)計(jì)語言或類似的程序設(shè)計(jì)語言。程序代碼可以完全在使用者的照相機(jī)上執(zhí)行、部分在使用者的照相機(jī)上執(zhí)行，作為獨(dú)立的軟件包，部分在使用者的照相機(jī)上并且部分在遠(yuǎn)程設(shè)備上、或者完全在遠(yuǎn)程設(shè)備或服務(wù)器上執(zhí)行。在后面的情況下，遠(yuǎn)程設(shè)備可以經(jīng)過任何類型的網(wǎng)絡(luò)連接至使用者的照相機(jī)，這些網(wǎng)絡(luò)包括局域網(wǎng)(LAN)或廣域網(wǎng)(WAN)，或連接可以是至外部計(jì)算機(jī)(例如，使用互連網(wǎng)服務(wù)提供商通過互連網(wǎng))的。下面，參考根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法、裝置(系統(tǒng))和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的流程圖例示和/或方塊圖來描述本發(fā)明的多個(gè)方面。將理解，流程圖例示和/或方塊圖的每個(gè)方塊、及流程圖例示和/或方塊圖中的方塊的結(jié)合可以通過計(jì)算機(jī)程序指令實(shí)現(xiàn)?？梢詫⑦@些計(jì)算機(jī)程序指令提供給通用計(jì)算機(jī)、專用計(jì)算機(jī)或其它的可編程數(shù)據(jù)處理裝置的處理器以便產(chǎn)生一種機(jī)器，使得指令產(chǎn)生用于實(shí)現(xiàn)在流程圖和/或方塊圖的一個(gè)方塊或多個(gè)方塊中指定的功能/動(dòng)作的裝置，該指令是通過計(jì)算機(jī)或其它可編程數(shù)據(jù)處理裝置的處理器執(zhí)行的，該處理器可以部分或全部包括在照相機(jī)中。這些計(jì)算機(jī)程序指令也可以存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)內(nèi)，這些計(jì)算機(jī)程序指令能夠指導(dǎo)計(jì)算機(jī)、其它的可編程數(shù)據(jù)處理裝置或其它的設(shè)備諸如照相機(jī)以特殊的方式行使功能，使得存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)內(nèi)的指令產(chǎn)生制品(article of manufacture),這些指令包括實(shí)現(xiàn)在流程圖和/或方塊圖的一個(gè)方塊或多個(gè)方塊內(nèi)指定的功能/動(dòng)作的指令。計(jì)算機(jī)程序指令也可以裝載到計(jì)算機(jī)、其它的可編程數(shù)據(jù)處理裝置或其它的設(shè)備上，以造成一系列操作步驟在計(jì)算機(jī)、其它的可編程裝置或其它的設(shè)備上執(zhí)行，以便產(chǎn)生計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的過程，使得在計(jì)算機(jī)或其它的可編程裝置上執(zhí)行的指令提供用于實(shí)現(xiàn)在流程圖和/或方塊圖的一個(gè)方塊或多個(gè)方塊中指定的功能/動(dòng)作的過程。照相機(jī)結(jié)構(gòu)概述圖I示出照相機(jī)(camera) 100的示意圖，照相機(jī)100包括外殼102、用于距離測量的圖像傳感器104、熱圖像傳感器106、分束器108、兩個(gè)透鏡系統(tǒng)110a、110b、光發(fā)射器112、處理模塊114及反射鏡(mirror) 116。應(yīng)當(dāng)注意到，出于清晰度的原因，圖I中示出的組件僅由照相機(jī)100的一些關(guān)鍵組件組成。正如技術(shù)人員所認(rèn)識到的，照相機(jī)100還含有范圍廣泛的其它其他組件，諸如電源、含有用于操作照相機(jī)100的指令的存儲(chǔ)電路，及控制和協(xié)調(diào)照相機(jī)100的不同元件之間的動(dòng)作的不同控制器，等等。透鏡系統(tǒng)110a、110b、反射鏡 116也被示意性地示出，并且每個(gè)都可以含有一個(gè)或多個(gè)光學(xué)組件，這些光學(xué)組件由適于下面將被描述的操作的材料制成?，F(xiàn)在將描述每一個(gè)示出的元件和它們各自的操作的進(jìn)一步的細(xì)節(jié)。外殼照相機(jī)外殼102可以是傳統(tǒng)的照相機(jī)外殼，其根據(jù)使用區(qū)域而用于不同類型的照相機(jī)。例如，照相機(jī)100可以是手持式照相機(jī)、PTZ (搖攝變焦)照相機(jī)、固定式照相機(jī)，等等，正如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所能夠預(yù)見的。圖像傳感器在一些實(shí)施例中，圖像傳感器104包括光敏像素陣列。像素的數(shù)量可以變化，但通常在50乘50像素至500乘500像素的范圍內(nèi)，例如，200乘200像素的矩陣(matrix)。然而，應(yīng)當(dāng)注意到，隨著新技術(shù)變得可用，矩陣可以顯著大于上述范圍所包含的。在一些實(shí)施例中，光敏像素可以布置圓形圖案(pattern)內(nèi)而非矩陣圖案內(nèi)。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(qiáng)度?？梢允褂迷S多類型的圖像傳感器，諸如傳統(tǒng)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(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)APS傳感器，這些傳感器為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所熟悉。在一些實(shí)施例中，有利地使用專門的渡越時(shí)間類型傳感器，諸如PIN 二極管或APD (雪崩光電二極管)。與傳統(tǒng)的圖像傳感器相比，渡越時(shí)間(TOF)圖像傳感器不僅能夠輸送強(qiáng)度圖像，而且能夠輸送范圍圖(range map)，范圍圖在每個(gè)像素處都含有距離測量，是通過測量光到達(dá)物體并且返回到照相機(jī)所需要的時(shí)間(即渡越時(shí)間原理)得到的。這樣，在圖I所示的實(shí)施例中，圖像傳感器104連同光發(fā)射器112—起工作以便測量時(shí)間，即從光發(fā)射器112射出的光傳播至遠(yuǎn)距離物體、并且返回到圖像傳感器104的每個(gè)像素所用的時(shí)間，正如下面將進(jìn)一步詳細(xì)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(jìn)一步詳細(xì)描述。熱圖像傳感器現(xiàn)在轉(zhuǎn)到熱圖像傳感器106，這可以是在傳統(tǒng)熱成像照相機(jī)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的電磁波長范圍內(nèi)，但是紅外光圖像傳感器操作在大約14，OOOnm長的波長內(nèi)。如同對于可見光圖像傳感器，存在著范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(jì)圖像傳感器，其具有傳感器元件陣列，每個(gè)元件都具有微電阻器，傳感器元件變熱時(shí)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并且讀取元件電阻的改變，可以計(jì)算出熱圖像。根據(jù)所使用的傳感器技術(shù)，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分辨率。目前，兩種傳感器都可以具有大約320乘200像素的分辨率，但顯然，未來這些數(shù)字將隨著技術(shù)改進(jìn)而增大。熱圖像傳感器106也耦接至處理模塊114。應(yīng)當(dāng)注意到，當(dāng)圖像傳感器104測量從物體反射的光時(shí)，通常在NIR (近紅外區(qū)域)內(nèi)，熱圖像傳感器106通常測量由物體發(fā)射的黑體輻射量，根據(jù)著名的數(shù)學(xué)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(gè)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(gè)傳感器元件處測量的熱輻射量)，并且結(jié)合數(shù)據(jù)以便確定在通過照相機(jī)成像的遠(yuǎn)距離物體上的數(shù)個(gè)點(diǎn)處的溫度，實(shí)質(zhì)上是提供照 相機(jī)100可見的跨越遠(yuǎn)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(huì)比利用傳統(tǒng)熱感照相機(jī)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(fā)射率。因此，在確定物體的溫度時(shí)，在一些實(shí)施例中可能處理設(shè)備還能夠?qū)l(fā)射率考慮在內(nèi)。例如，使用者可以提供有材料列表，這些材料的發(fā)射率是已知的，并且選定其中一種材料。當(dāng)確定物體溫度時(shí)，由處理模塊114將選定材料的發(fā)射率考慮在內(nèi)。在一些實(shí)施例中，甚至可能使用圖像分析技術(shù)來估計(jì)材料，并且使用已知的材料發(fā)射率值。例如，通過在所捕獲的圖像上執(zhí)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(jì)算中要使用的發(fā)射率將是皮膚的發(fā)射率，等等。通常，根據(jù)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(guān)，根據(jù)下列數(shù)學(xué)公式，物體的溫度(T)還與比例常數(shù)(σ )(也被稱為斯忒藩-玻耳茲曼常數(shù))及物體的發(fā)射率(ε )有關(guān)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(zhí)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(guān)系是可能的。這種確定的關(guān)系可以由處理模塊114存儲(chǔ)并在后續(xù)的溫度讀取中使用，以便產(chǎn)生對于該物體的精確的溫度讀取。在一個(gè)實(shí)施例中，在確定物體的溫度時(shí)，處理模塊114通?！鞍幢壤s小”來自具有最高分辨率的傳感器(即，圖像傳感器104或熱圖像傳感器106)的圖像，使得該分辨率與具有最低分辨率的傳感器(即，圖像傳感器104或熱圖像傳感器106，視情況而定)的分辨率相匹配(match)，以便獲得在熱圖像傳感器106內(nèi)的“像素”和在圖像傳感器104內(nèi)的像素之間的一一對應(yīng)。雖然這種按比例縮小操作可能提供遠(yuǎn)距離物體上略微減少的測量點(diǎn)，但較之傳統(tǒng)熱感照相機(jī)，它仍能提供對于溫度讀取的增強(qiáng)的精確性。在一些實(shí)施例中，處理模塊114可以連續(xù)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(chǎn)生對物體的溫度讀取的延時(shí)序列(time-lapse series)。之后可以按照類似于傳統(tǒng)熱感照相機(jī)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(gè)溫度或一個(gè)具體的溫度范圍。隨后還可以應(yīng)用各種類型的圖像處理技術(shù)，以便基于溫度而識別圖像中的物體，等等，正如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所熟知的。光發(fā)射器光發(fā)射器12與圖像傳感器10協(xié)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(fā)射器112被示出為附連至照相機(jī)外殼102，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，光發(fā)射器112可以是不附連至照相機(jī)外殼102的分開的單元。在一些實(shí)施例中，光發(fā)射器112是LED(發(fā)光二極管)或激光器。在一些實(shí)施例中，光發(fā)射器112發(fā)射的光經(jīng)過頻率調(diào)制，頻率通常在大約20-40MHZ的范圍內(nèi)，并且發(fā)射波長通常在約855-947nm的NIR范圍內(nèi)，然而應(yīng)當(dāng)清楚，這不是排它的范圍，根據(jù)具體的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)(implementation detail),其它的波長范圍也是可能的。另外，使用各種種類的調(diào)制技術(shù)是可能的。在有兩個(gè)或更多的照相機(jī)以它們可能
互相干擾的這種方式定位的情況下，對光進(jìn)行調(diào)制和/或使用不同波長的其中一個(gè)目的是能夠使第一照相機(jī)與第二照相機(jī)(或一些類型的監(jiān)控設(shè)備)相區(qū)分，或使來自光發(fā)射器112的光與其它環(huán)境光源相區(qū)分。當(dāng)用于第一照相機(jī)100的光發(fā)射器112照亮一個(gè)區(qū)域時(shí)，在該區(qū)域中還通過第二照相機(jī)的圖像傳感器探測反射光，這種干擾可能發(fā)生。作為一種選擇，或除使用調(diào)頻光外，使用對于不同照相機(jī)發(fā)射不同波長的光發(fā)射器112也是可能的。這也使得在有兩個(gè)照相機(jī)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(jī)與第二照相機(jī)相區(qū)分是可能的。正如下面將連同透鏡系統(tǒng)一起描述的，使用具有具體波長或在波長的具體范圍內(nèi)的光也使得使用帶通濾光片是可能的，以便只使所發(fā)射波長的光通過至圖像傳感器104，帶通濾光片降低環(huán)境噪聲并且提高距離測量的精確性。在一些實(shí)施例中，光發(fā)射器112還配備有散射片(未不出),相干光能夠經(jīng)過散射片被發(fā)射以便提供其溫度被測量的遠(yuǎn)距離物體上的散斑圖。散射片可以是例如衍射光學(xué)元件或像散(astigmatic)光學(xué)元件。通過測量投射到遠(yuǎn)距離物體上的散斑圖的變化，確定到物體的不同點(diǎn)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(jī)對環(huán)境光為低靈敏度。Shpunt等人的PCT公開No. WO2007/105205描述了一個(gè)實(shí)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于在已知距離處得到的參考圖像的變動(dòng)，來確定到監(jiān)控區(qū)域內(nèi)多個(gè)點(diǎn)的距離，以及到監(jiān)控區(qū)域內(nèi)這些點(diǎn)的距離隨時(shí)間的變動(dòng)。透鏡系統(tǒng)、分束器和反射鏡系統(tǒng)在圖I所示的實(shí)施例中，由遠(yuǎn)距離物體發(fā)射的光或從遠(yuǎn)距離物體反射的光經(jīng)過孔徑118進(jìn)入照相機(jī)外殼102并且到達(dá)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，并且一條光路至熱圖像傳感器106，其如上所述進(jìn)行操作。在圖I所示的實(shí)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(tǒng)110a、110b，透鏡系統(tǒng)IlOaUlOb包括一個(gè)或多個(gè)獨(dú)立的光學(xué)組件，這些光學(xué)組件由適于它們各自光路(即，分別是紅外光和NIR光或可見光)中的輻射類型的材料制成。透鏡系統(tǒng)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(jù)照相機(jī)的物理結(jié)構(gòu)，入射光還可以穿過在它的至各自傳感器的路徑上的一個(gè)或多個(gè)反射鏡系統(tǒng)116。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，盡管在圖I中只示出一個(gè)反射鏡系統(tǒng)116，但至少部分根據(jù)照相機(jī)100的物理結(jié)構(gòu)，在照相機(jī)100的每條光路中可以有一個(gè)或多個(gè)反射鏡系統(tǒng)116。同樣如上所述，在至圖像傳感器104的光路中可以有一個(gè)或多個(gè)光學(xué)帶通濾光片(未示出)，光學(xué)帶通濾光片只使具有與光發(fā)射器112發(fā)射的光波長相同的光通過。這有助于抑制背景光并且導(dǎo)致更精確的距離測量。應(yīng)當(dāng)注意到，希望使可見光子系統(tǒng)和熱輻射子系統(tǒng)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(shí)聚焦在同一物體上。圖2示出通過根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的照相機(jī)100捕獲的場景200的示意圖。場景200包括兩個(gè)分開的物體202、204，它們可以具有不同的溫度和大小，并且它們位于與照相機(jī)100不同的距離上。通過在圖像傳感器104的每個(gè)像素內(nèi)測量至物體的距離202a、204a-b，照相機(jī)100可以同時(shí)確定物體202、204的溫度。此外，如圖2所示，由于地球不是扁平的，因此單個(gè)物體204的不同部分可能位于與照相機(jī)100不同的距離204a、204b處。由于能夠精確測量至物體不同部分的單獨(dú)的距離，因此與傳統(tǒng)熱感照相機(jī)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(tǒng)熱感照相機(jī)可以指示跨越物體204的溫度發(fā)生變化，雖然物體可能實(shí)際上具有均勻的溫度，而明顯的變化是由于與照相機(jī)的距離204a、 204b不同。經(jīng)過更精確的距離測量可以降低或避免這種誤差，利用根據(jù)在本文中描述的不同實(shí)施例的照相機(jī)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(tǒng)熱感照相機(jī)和根據(jù)本發(fā)明的照相機(jī)之間的差異。圖3A示出利用傳統(tǒng)熱感照相機(jī)捕獲的壁302的熱圖像300。壁302離開照相機(jī)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(jī)進(jìn)一步向外延伸而變得越冷。在圖3A中，這是借助于用于示例目的的跨越壁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(jī)中，它會(huì)通過變化的顏色來指示。然而，在圖3B中，同一個(gè)壁302的溫度被示出為跨越整個(gè)壁是均勻的，這是由于根據(jù)在本文中描述的不同實(shí)施例使更精確的距離測量成為可能。執(zhí)行溫度測量圖4示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用于測量遠(yuǎn)距離物體溫度的過程400。從圖4可以看出，過程開始于接收402使用者輸入，使用者輸入指定遠(yuǎn)距離物體的材料。應(yīng)當(dāng)注意到，這個(gè)步驟是可選的，如上所述，并且這個(gè)步驟可以在整個(gè)過程400中的任何點(diǎn)處執(zhí)行。接著，確定404至物體上不同距離測量點(diǎn)的距離。在一個(gè)實(shí)施例中，這個(gè)步驟是通過光發(fā)射器112利用調(diào)制光照亮物體而完成的。光到達(dá)物體后被反射。根據(jù)物體的表面和/或如果存在障礙物，光就會(huì)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(shù)光可能不會(huì)被反射回到圖像傳感器104中。然而，光被探測到的部分應(yīng)當(dāng)足夠進(jìn)行分析?！白銐颉钡囊馑际菆D像傳感器104應(yīng)當(dāng)能夠探測調(diào)制模式并且能夠從反射光取回信息。圖像傳感器104的每個(gè)像素都可以彼此無關(guān)地探測反射光。在使用渡越時(shí)間類型的圖像傳感器104的一個(gè)實(shí)施例中，用于圖像傳感器104的每個(gè)像素的傳播時(shí)間接著被測量。該測量是基于反射光與從光發(fā)射器112發(fā)射的光相比較。在一些實(shí)施例中，調(diào)制模式可以用于確定光從光發(fā)射器112傳播并且返回至圖像傳感器104所用的時(shí)間。例如，通過利用已知圖案對從光發(fā)射器112發(fā)射的光進(jìn)行調(diào)制，之后測量通過圖像傳感器104探測到的為該已知圖案所用的時(shí)間。測量的傳播時(shí)間被用于為圖像傳感器104的每個(gè)像素計(jì)算至物體的傳播距離。通過測量對于離散位置處的反射光的傳播時(shí)間，確定物體的具體部分在空間中的定位是可能的。該信息之后用于確定物體的溫度。應(yīng)當(dāng)注意到，雖然TOF圖像傳感器只是可以用于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于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(yīng)當(dāng)注意到，在涉及移動(dòng)物體(即，至照相機(jī)100的距離連續(xù)變化)的應(yīng)用中，紅外圖像和距離圖像被基本同時(shí)捕獲(即，步驟304和306基本同時(shí)執(zhí)行)，以便能夠得到精確的溫度測量。然而，在物體為固定的應(yīng)用中，步驟404和406可以同樣好地按順序執(zhí)行。最后，通過處理模塊114使用來自兩個(gè)傳感器的信號，以便計(jì)算408物體上數(shù)個(gè)溫度測量點(diǎn)處的溫度，如上所述，計(jì)算步驟結(jié)束過程400。之后可以執(zhí)行確定溫度的不同類型的可選的后處理，諸如產(chǎn)生圖像、不同的警報(bào)、識別場景中的外物，等等。總論在本文中使用的術(shù)語只是出于描述特殊實(shí)施例的目的，并非旨在限制本發(fā)明。正如在本文中所使用的，單數(shù)形式“一個(gè)”、“該”旨在同樣包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文清楚地另 有所指。還將進(jìn)一步理解地是，術(shù)語“被包含”和/或“包含”，在用于本說明書時(shí)，指定所陳述的特征、整數(shù)、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(gè)或多個(gè)其它特征、整數(shù)、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(shù)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(yīng)當(dāng)注意到，雖然上面只對單個(gè)物體進(jìn)行了參考，但上面的方法和裝置對于包括數(shù)個(gè)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后處理。例如，可以將從物體的不同視圖得到的數(shù)個(gè)圖像結(jié)合到顯示跨越物體的溫度分布的三維模型中。還應(yīng)當(dāng)注意到，實(shí)現(xiàn)可能是依靠用于距離測量的其它物理現(xiàn)象，諸如超聲，并且還可以在提高溫度測量的精確性的過程中有利地采用這種用于距離測量的技術(shù)，如在本文中所述。在下面權(quán)利要求書中，所有裝置的相應(yīng)的結(jié)構(gòu)、材料、動(dòng)作及等價(jià)物或步驟加上功能元件旨在包括任何結(jié)構(gòu)、材料或動(dòng)作，以便結(jié)合所具體主張權(quán)利的其它被主張權(quán)利的元件而執(zhí)行功能。對本發(fā)明的描述已經(jīng)提供用于示例和描述的目的，而非旨在使本發(fā)明窮舉或限制成所公開的形式。在不背離權(quán)利要求書的范圍的情況下，許多更改和變化對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將是明顯的。選擇和描述上述實(shí)施例是為了最好地解釋本發(fā)明的原理和實(shí)際應(yīng)用，并且使其他的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明，對于具有各種更改的不同實(shí)施例同樣適用于預(yù)期的特殊用途。
權(quán)利要求
1.一種在設(shè)備(100)中用于確定遠(yuǎn)距離物體在多個(gè)溫度測量點(diǎn)處的溫度的方法，所述設(shè)備包含熱圖像傳感器(106)和距離確定設(shè)備，所述熱圖像傳感器(106)可操作成測量在遠(yuǎn)距離物體內(nèi)的多個(gè)熱測量點(diǎn)的來自所述物體的熱輻射，所述距離確定設(shè)備包括圖像傳感器(104)，其可操作成計(jì)算至所述遠(yuǎn)距離物體的、在所述遠(yuǎn)距離物體上的多個(gè)距離測量點(diǎn)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(yuǎn)距離物體上的所述多個(gè)熱測量點(diǎn)中的每一個(gè)的熱輻射量(406)； 通過所述圖像傳感器捕獲來自所述遠(yuǎn)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(jì)算多個(gè)距離，每個(gè)距離指示從所述圖像傳感器至所述遠(yuǎn)距離物體上的一個(gè)明確的距離測量點(diǎn)的距離(404)； 結(jié)合來自所述熱圖像的數(shù)據(jù)和所述計(jì)算出的多個(gè)距離以便確定在所述遠(yuǎn)距離物體上的多個(gè)溫度測量點(diǎn)處的溫度(408 )。
2.如權(quán)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(shí)捕獲。
3.如權(quán)利要求I或2所述的方法，其中所述遠(yuǎn)距離物體是移動(dòng)物體，并且所述捕獲、計(jì)算及結(jié)合步驟被連續(xù)重復(fù)以便記錄所述遠(yuǎn)距離物體上的所述多個(gè)溫度測量點(diǎn)的每一處隨時(shí)間的溫度變化。
4.如權(quán)利要求1-3的任何一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包含 接收使用者輸入(402)，所述使用者輸入指定用于所述遠(yuǎn)距離物體的表面材料；和其中處理所述熱圖像和所述多個(gè)距離包括在確定所述校正溫度的過程中將用于所述表面材料的發(fā)射率考慮在內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1-4的任何一項(xiàng)所述的方法,進(jìn)一步包含 對通過所述圖像傳感器捕獲的所述圖像執(zhí)行圖像分析，以便確定所述遠(yuǎn)距離物體的類型； 基于所確定的遠(yuǎn)距離物體的類型，自動(dòng)選擇用于所述遠(yuǎn)距離物體的適當(dāng)?shù)谋砻娌牧希缓? 其中處理所述熱圖像和所述多個(gè)距離包括在確定所述校正溫度的過程中將用于所述表面材料的發(fā)射率考慮在內(nèi)。
6.如權(quán)利要求1-5的任何一項(xiàng)所述的方法,進(jìn)一步包含 利用調(diào)制光照亮所述遠(yuǎn)距離物體；和 在所述圖像傳感器中測量對于從所述遠(yuǎn)距離物體的離散位置處反射的光的傳播時(shí)間。
7.如權(quán)利要求1-5的任何一項(xiàng)所述的方法,進(jìn)一步包含 透過被布置成將散斑圖投射到所述遠(yuǎn)距離物體上的散射片、利用相干光照亮所述遠(yuǎn)距離物體；和 測量所述遠(yuǎn)距離物體上的所述散斑圖的變化以便計(jì)算至所述遠(yuǎn)距離物體上的所述多個(gè)距離測量點(diǎn)的距離。
8.一種用于確定遠(yuǎn)距離物體在多個(gè)溫度測量點(diǎn)處的溫度的設(shè)備(100)，所述設(shè)備包含 熱圖像傳感器(106)，其可操作成測量來自遠(yuǎn)距離物體的、在所述物體上的多個(gè)熱測量點(diǎn)處的熱輻射，并且捕獲熱圖像，所述熱圖像指示來自所述遠(yuǎn)距離物體上的所述多個(gè)熱測量點(diǎn)中的每一個(gè)的熱輻射量； 距離確定設(shè)備，所述距離確定設(shè)備包括圖像傳感器(104)，其可操作成計(jì)算至所述遠(yuǎn)距離物體的、在所述遠(yuǎn)距離物體上的多個(gè)距離測量點(diǎn)處的距離，并且通過所述圖像傳感器捕獲來自所述遠(yuǎn)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(jì)算多個(gè)距離，每個(gè)距離指示從所述圖像傳感器至所述遠(yuǎn)距離物體上的一個(gè)明確的距離測量點(diǎn)的距離，和 結(jié)合來自所述熱圖像的數(shù)據(jù)和所述計(jì)算出的多個(gè)距離，以便確定所述遠(yuǎn)距離物體上的多個(gè)溫度測量點(diǎn)處的溫度。
9.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中所述遠(yuǎn)距離物體是移動(dòng)物體，并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(xù)捕獲熱圖像、計(jì)算距離及結(jié)合數(shù)據(jù)以便記錄所述遠(yuǎn)距離物體上的所述多個(gè)溫度測量點(diǎn)的每一處隨時(shí)間的溫度變化。
10.如權(quán)利要求8或9所述的設(shè)備，其中所述熱圖像傳感器和所述圖像傳感器被設(shè)置在共同的外殼(102)內(nèi)，所述共同的外殼進(jìn)一步包括共同的光學(xué)系統(tǒng)(110)，經(jīng)過所述共同的光學(xué)系統(tǒng)的電磁輻射可操作成在它的從所述遠(yuǎn)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(quán)利要求8-10的任何一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述處理模塊進(jìn)一步可操作成 接收使用者輸入，所述使用者輸入指定用于所述遠(yuǎn)距離物體的表面材料；和 當(dāng)處理所述熱圖像和所述多個(gè)距離以便確定所述校正溫度時(shí)將用于所述表面材料的發(fā)射率考慮在內(nèi)。
12.如權(quán)利要求8-11的任何一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述處理模塊進(jìn)一步可操作成 對通過所述圖像傳感器捕獲的所述圖像執(zhí)行圖像分析以便確定所述遠(yuǎn)距離物體的類型； 基于所確定的遠(yuǎn)距離物體的類型，自動(dòng)選擇用于所述遠(yuǎn)距離物體的適當(dāng)?shù)谋砻娌牧希缓? 當(dāng)處理所述熱圖像和所述多個(gè)距離以便確定所述校正溫度時(shí)將用于所述表面材料的發(fā)射率考慮在內(nèi)。
13.如權(quán)利要求8-12的任何一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述距離確定設(shè)備可操作成 利用調(diào)制光照亮所述遠(yuǎn)距離物體；和 在所述圖像傳感器中測量對于從所述遠(yuǎn)距離物體的離散位置處反射的光的傳播時(shí)間。
14.如權(quán)利要求8-12的任何一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述距離確定設(shè)備可操作成 透過被布置成將散斑圖投射到所述遠(yuǎn)距離物體上的散射片、利用相干光照亮所述遠(yuǎn)距離物體；和 測量所述遠(yuǎn)距離物體上的所述散斑圖的變化，以便計(jì)算至所述遠(yuǎn)距離物體上的所述多個(gè)距離測量點(diǎn)的距離。
15.一種包含計(jì)算機(jī)可讀程序代碼的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，當(dāng)所述計(jì)算機(jī)可讀程序代碼在處理器中運(yùn)行時(shí)，執(zhí)行權(quán)利要求1-7的任何一項(xiàng)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(jī)和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的方法和裝置，實(shí)現(xiàn)和使用用于確定遠(yuǎn)距離物體的數(shù)個(gè)溫度測量點(diǎn)處的溫度的技術(shù)。熱圖像傳感器(106)測量來自遠(yuǎn)距離物體的、在該物體上的數(shù)個(gè)熱測量點(diǎn)處的熱輻射。距離確定設(shè)備包括圖像傳感器(104)，并且計(jì)算至物體的數(shù)個(gè)距離測量點(diǎn)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(gè)熱測量點(diǎn)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(jì)算出數(shù)個(gè)距離。每個(gè)距離指示從圖像傳感器至物體上的一個(gè)距離測量點(diǎn)的距離。來自熱圖像的數(shù)據(jù)和計(jì)算出的距離被結(jié)合以便確定物體上的數(shù)個(gè)溫度測量點(diǎn)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(yōu)先權(quán)日2011年5月30日
發(fā)明者S·倫德伯格 申請人:安訊士有限公司