(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210775718.2 (22)申请日 2022.07.01 (71)申请人 蓝视光学科技 （北京） 有限责任公司 地址 100081 北京市海淀区中关村南大街5 号 (72)发明人 李卓　赵天择　施蕊　宋海平　 陈日明　杨阳　 (74)专利代理 机构 北京正阳理工知识产权代理 事务所(普通 合伙) 11639 专利代理师 邬晓楠 (51)Int.Cl. G01V 8/10(2006.01) G01J 5/48(2006.01) G01J 5/00(2022.01) G06T 7/73(2017.01)G06T 5/00(2006.01) G06T 7/136(2017.01) G06T 7/66(2017.01) (54)发明名称 一种基于红外热成像的高速高精度红外目 标位置测量装置 (57)摘要 本发明公开的一种基于红外热成像的高速 高精度红外目标位置测量装置， 属于红外光学精 密测量技术领域。 本发明包括图像探测子系统、 图像传输子系统、 图像处理子系统、 数据传输子 系统和电源子系统。 本发明通过图像探测子系统 对场景进行高帧频的探测； 通过图像传输子系统 实现图像探测子系统和图像处理子系统的模数 信号转换、 探测器触发与配置； 通过图像处理子 系统进行目标检测和数据解算， 计算目标运动的 高精度坐标； 通过数据传输子系统进行解算数据 的标准化输出， 将高帧频、 高精度目标方位角数 据实时发送给上位机。 在目标运动范围大、 运动 速度快、 数据刷新频率需求高、 数据精度需求高 的情况下， 对高速运动目标进行实时识别和高精 度质心方位角测量。 权利要求书3页 说明书7页 附图2页 CN 115248464 A 2022.10.28 CN 115248464 A 1.一种基于红外热成像的高速高精度红外目标位置测量装置， 其特征在于： 主要由图 像探测子系统、 图像传输 子系统、 图像处 理子系统、 数据传输 子系统和电源子系统 组成； 所述图像探测子系统包括红外镜头和高帧频图像采集芯片； 所述图像探测子系统用于 对场景进行高帧频探测， 采集高帧频红外热图像， 并返回高帧频 的图像数据给图像传输子 系统； 所述图像传输子系统包括ADC芯片和总线； 所述图像传输子系统用于图像探测子系统 和图像处理子系统的模数信号转换、 探测器触发与配置； 通过AD C芯片获取图像探测子系统 返回的图像数据， 通过模数转换得到用于输出给图像处理子系统的图像的模拟信号， 并通 过ADC芯片实现相机供电以及外触发； 通过总线实现非制冷高帧频探测器参数配置； 所述图像处理子系统包括FP GA数据处理核心、 DDR3数据缓存、 图像处理程序； 所述图像 处理子系统用于对所述图像传输子系统采集的图像进 行目标检测和数据解算， 通过对相机 返回的高帧频序列图像进行处 理， 计算目标运动的高精度坐标； 所述图像处理子系统中FPGA处理核心是图像处理的主要计算单元， 主要用于图像数据 的处理、 目标检测、 数据计算； 所述图像处理子系统中图像处理包括非均匀校正、 图像去噪、 阈值分割、 目标检测、 质 心计算； 所述图像处理子系统中DDR3数据缓存主要用于图像处理、 传输和数据计算中的数据缓 存； 所述数据传输子系统包括CAN总线； 所述数据传输子系统用于解算数据的标准化输出， 将高帧频、 高精度目标 方位角数据实时发送给 上位机， 通过CAN总线接口实现数据传输； 所述电源子系统包括 集成开关、 集成电感， 用于系统硬件设备的供电。 2.如权利要求1所述的一种基于红外热成像的高速高精度红外目标位置测量装置， 其 特征在于： 工作方法为： 步骤一、 所述图像传输子系统通过ADC芯片实现所述图像探测子系统中高帧频图像采 集芯片的供电以及外触发， 通过I2C总线将上位机软件设定的探测 器配置参数传输给所述 图像探测子系统， 完成高帧频图像采集芯片的参数配置； 步骤二、 所述图像探测子系统采集高帧频红外热图像， 实现预设像素分辨率要求的成 像， 返回高帧频的图像数据给 所述图像传输 子系统； 步骤三、 所述图像传输子系统通过ADC芯片获取图像探测子系统返回的图像数据， 通过 模数转换 得到图像的模拟信号， 输出 给所述图像处 理子系统； 步骤四、 所述图像处理子系统通过FPGA处理核心、 DDR3数据缓存和图像处理程序对所 述图像传输子系统提供的图像模拟信号进 行目标检测和数据解算， 计算目标运动的高精度 坐标； 步骤五、 所述数据传输子系统通过CAN总线接口对所述图像处理子系统的解算数据进 行标准化输出， 将高 帧频、 高精度目标方位角数据实时发送给上位机， 即基于红外热成像实 现高速高精度红外目标位置测量。 3.如权利要求2所述的一种基于红外热成像的高速高精度红外目标位置测量装置， 其 特征在于： 通过I2C总线实现非制冷高帧频探测器参数配置 。 4.如权利要求1、 2或3所述的一种基于红外热成像的高速高精度红外目标位置测量装权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115248464 A 2置， 其特征在于： 采用两点校正法对每帧图像进 行非均匀性校正， 采用均值滤波的方法进 行 图像去噪， 采用静态抑制的方法消除环境噪声， 采用阈值分割的方法实现图像分割及目标 检测， 采用离焦和细分内插的方法实现目标质心方位角计算。 5.如权利要求4所述的一种基于红外热成像的高速高精度红外目标位置测量装置， 其 特征在于： 采用两点校正法对每帧图像进行非均匀性校正， 实现方法如下， 校正步骤1、 在温度T1时， 测得探测器各单元的响应； 采集M帧图像数据计算平均值， 得到 ij单元在T1的响应为 同理得到ij单 元在T2的响应为 校正步骤2、 若 分别为ij单元在T1和T2的标准响应值， Gij和Oij为校正系数， 则 有： 校正步骤3、 将校正系数Gij和Oij以文件的形式进行保存， 在系统工作时加载后根据如下 公式进行实时校正： Yij＝Gij(Xij+Oij/Gij) 。 6.如权利要求4所述的一种基于红外热成像的高速高精度红外目标位置测量装置， 其 特征在于： 采用均值滤波的方法进行图像去噪， 实现方法如下， 将目标像素按照模板进行处理； 均值滤波模板中不仅包括了目标像素， 同时包括以目 标像素(x,y)为中心的N领域， 为提高计算的效率， 采用了4 ×4模板； 均值滤波通过如下计算 公式得到： 由上式对模板中的每个像素Ii(x,y)进行平均计算， 用该平均值代替目标像素值， 从而 得到去噪效果。 7.如权利要求4所述的一种基于红外热成像的高速高精度红外目标位置测量装置， 其 特征在于： 采用静态抑制的方法消除环境噪声， 实现方法如下， 将当前帧图像灰度矩阵与上一帧图像灰度矩阵相减， 使静态背景区域灰度值降低至 零， 仅保留动态目标的灰度信息； 采用阈值分割的方法实现图像分割及目标检测， 实现方法如下： 定义输入图像为f(x,y,k)， 其中经滤波后的图像为fH(x,y,k)， 目标分割后的图像为g (x,y,k)， 阈值 为Th(k)， 则有： k表示第k帧图像， (x,y,k)表示第k帧图像中的像素点(x,y)。 8.如权利要求4所述的一种基于红外热成像的高速高精度红外目标位置测量装置， 其 特征在于： 采用离焦和细分内插的方法实现目标质心方位角计算， 实现亚像素级的角度分 辨率； 实现方法如下，权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115248464 A 3