红外成像人体测温系统软件设计.pdf

华中科技大学硕士学位论文红外成像人体测温系统软件设计姓名：任婷婷申请学位级别：硕士专业：光学工程指导教师：曾延安2010-12-30 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 II 摘 要 红外辐射是一种 温度大于绝对零度的物体都会发出的辐射，其辐射能量的强弱取决于物体的温度和辐射能力， 而 红外 热 像仪是一种依据物体发出的红外辐射量的差别 ，实现物体成像和测温功能的 装置 人体温度测量是红外热像仪的应用热点之一，本文从人体 红外辐射成像和 测温 为出发点，分析了 成像测温系统的结构组成，实现了对连续变化的人体红外辐射的视频成像和温度测量 本文在 研究 红外成像测温技术的基础上，以非制冷红外 红外焦平面阵列传感器及相应的信号处理电路 为硬件 平台 ， 在 Windows环境下， 采用面向对象的方法， 以 Visual C++为工具 开发了一套具有红外数据接收、 红外 图像 预 处理、 实时红外 辐射 成像、温度测量 功能 的软件系统 本系统通过 USB 系统总线，从热像仪端传输红外图像数据到 PC 端由于人体红外辐射量低， 红外信号成像较暗 、 目标图像与背景对比度低 、 边缘模糊 、 噪声较大 ，不利于人眼观察 。

针对以上特点 ， 文中 采用了灰度拉伸、灰度级压缩、直方图均衡化、伪彩色增强等方法进行图像 的预 处理 ； 将处理后的图像作为视频帧，实现了红外 辐射的视频成像 根据理论分析 和 定标 实验，建立了 温度定 标 数学 模型，实现了热像仪温度的测量；同时， 软件 提供了点、线、矩形、圆形、折线 等多 种 形状的温度分析方式目前， 软件系统具有友好的人机界面，完善的功能，运行平稳可靠 关键词： 红外成 像 红外测温 图像处理 面向对象 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 III Abstract Each material that has a temperature above absolute zero(-273°C) emits infrared radiation, the radiation energy depends upon the radiator’s ability to radiate and the radiator's temperature, Infrared camera is a device that forms an image using infrared radiation. Temperature measuring based on human body is one of the most important applications for thermograghy. This paper takes imaging and temperature measurement based on human body as a start point. It analyzes the combination of imaging and temperature measurement system, and also achieves the video imaging and temperature measurement for human infrared radiation. In this paper based on infrared thermograghy technology, we developed software for a MDK-UFPA thermograghy system on Visual C++ platform using object-orientation technology. This software has many functions, such as data receive, video display, temperature measurement. The interface of peripheral equipment is universal serial bus. We use the function library given by Cypress Company to complete the control instruction output and data input. Most of infrared image has some characteristics, such as low contrast between target and background, blurred edge, big background yawp. For all the reason above, we do some process to the fourteen bits data input before display. These algorithms are contrast adjustment, grayscale compression, histogram equalization, pseudo-color enhancement algorithm. According to the theory of temperature measurement, we get a formula which connects temperature of object and grayscale of image. We also supply the function of whole image temperature measurement and partly temperature measurement. The software system has friendly man-machine interface and convenient operation. It can work well in windows system. Key Words: Infrared thermograghy Temperature measurement Image processing Object-orientation 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被 查阅和借阅本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文 保密□， 在 年解密后适用本授权书 不保密□ （请在以上方框内打“ √ ”） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 本论文属于 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 1 绪 论 1.1 红外 成像测温 技术概述 任何温度大于绝对零度的物体都会发出 红外 辐射，其辐射能量的强弱程度由物体的温度以及物体自身的辐射能力决定。

早在 1800 年 ， 英国物理学家 William Herschel在使用温度计以及棱镜时， 从 发 热的 角度 研究色光时 就发觉到 了红外线 的存在 ，Herschel将这种经过 加热 后的 物体 所发出 的射线称为热辐射， 并且将 红外线 定义为 与可见光 类似的 属 于 光谱 波段 中 的不同部分 此后， 随着量子物理学的 发展 ，红外线 研究开始从理论研究走向技术创新和开拓应用的发展道路 [1] 红外频谱覆盖 波长范围为 0.7µm~14µm，并被分为短波红外 (近红外，覆盖0.7µm~3µm波段 )、中波红外 (覆盖 3µm~5µm)和长波红外 (远红外，覆盖 5µm~14µm)大多数红外探测器 的 响应 波段为 3µm ~5µm 和 8µm~12µm 热成像技术是利用红外探测器将 以上波段的 不可见的红外辐射转换成可见图像的一种技术，以该技 术为核心所制成的装置称为热像仪 长波 红外探测器一般能够 响应8µm~12µm 这个范围的波长 ， 同时 在这个波段内 对于 不同波长的响应能力 基本相同 ，而且 在室温下 可以正常工作，拥有足够的响应 灵敏度， 基于以上这些特点，红外探测器能够实现成像功能 。

红外热像仪能 够检测到 物体 所产生的 红外辐射能量 的强弱 ， 并且不论 白天 还是 黑夜都能 工作 ， 在 特别 暗的环境下 依然能 探测 到 极 温度的微小 差 别并对物体进行成像 [2] 由于 大气、烟云等吸收可见光和 短波红外 ，但是对 3µm ~5µm 和8µm~12µm 的红外线 是 透明的 ， 可以 将 这两个波段称为红外线的 “大气 窗口 ”也正是因为这个原因， 我们 能够 在 可见光弱 的夜晚 和 烟云密布 的能见度低 的恶劣环境 清楚地观测 到前方的 物体 根据以上分析， 红外 热 成像 在远距离观测和抗干扰性上具有 极大的优势，可以穿透烟尘云雾，全天候长期工作，在军事上和民用上都有极其广泛的应用 [3] 在 军用领域 ， 主要是对各种距离 目标的 检测、查找、识别、警告、监控和跟踪，现有的军事产品有 红外成像制导 、 武器平台导航 、 隐身武器 探测 系统等在民用领域，红外成像技术主要应用于 工业 生产 、 民用 遥感 探测 、医学 检查、电子产品 、 监测 计量 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 2 以及 科学研究等 方面 。

由于 红外信号 一般较弱，其 成像 画面 一般较暗，且目标图像与背景对比度低，边缘模糊，整幅图像噪声较大而且成分复杂硬件处理由于受到硬件性能的限制，其处理功能不够强，且精度也不够高；软件处理直接在计算机上显示、存储图像，更加方便宜用，便于人机交互，功能强大，精度能满足不同场合的需要因此，选择软件处理图像的方式能更充分的利用采集的红外数据对视场中的物体进行温度场分析由于计算机行业的高速发展，便携式计算机的使用使得研究领域和工业领域中产生实时、高分辨率图像来成为可能对于红外成像测温系统来说，便携式 PC 与红外热像仪组成的成像及温度分析系统 ，能清晰显示动态的物体热图像并对物体精确测温同时计算机强大的图像处理功能，能为监控视场内温度、小目标检测、热像仪方向移动等提供便利 作为非接触式测温方式的一种，利用红外辐射进行温度测量与其它传统的温度测量比较有着很多独特的优点： (1) 与一般的接触式温度测量不同的是，红外辐射测温时不需要目标与探测器达到热平衡，排除了这一过程使得整个测温速度加快，无需等待即能实时的获得物体的温度，有利于对目标物体进行动态测量和实时监控； (2) 在测量过程中，对红外辐射量的探测不影响被测量的温度场分布，不会引起被测物体的温 度变化，使测量的精确度提高； (3) 在夜晚或者视线不佳的白天，红外辐射能穿透云雾和伪装，检测到隐藏在暗处的热 源，是一种反隐身能力强的伪装检测方法，而且其保密性和抗干扰性 优于 雷达和激光； (4) 温度探。