專利名稱：具有可見光與紅外圖像混合的相機的制作方法
優(yōu)先權(quán)要求本申請要求于2006年1月20日提交的美國臨時申請No.60/760,810的優(yōu)先權(quán)，在此將該公開整體引入作為參考。本申請是于2005年12月5日提交的共同未決美國專利申請No.11/294,752的后續(xù)部分，其要求了于2004年12月3日提交的美國臨時專利申請No.60/633,078的優(yōu)先權(quán)，在此將該公開整體引入作為參考。
背景技術(shù)：
目前的很多紅外相機僅僅使用在電磁光譜的遠紅外部分(特別是在8-14微米范圍)中的能量來生成景象的圖像(IR圖像)。使用這些相機所獲得的圖像根據(jù)到達相機傳感器元件的IR輻射強度，將顏色和灰度級分配給構(gòu)成景象的像素。由于所得到的IR圖像是基于目標的溫度的，并且由于相機所顯示的顏色或者級別通常并與景象的可見光顏色不對應(yīng)，因此難以準確地將IR景象中的感興趣特征(例如熱點)與其在操作者所觀看的可見光景象中的相應(yīng)位置相關(guān)聯(lián)，尤其是對于這種設(shè)備的新用戶而言。在紅外景象對比度低的應(yīng)用中，僅僅紅外圖像可能特別難以被解釋。
紅外景象是熱發(fā)射的結(jié)果，但是與由于反射可見光而形成的可見光圖像相比，大部分(并非全部)的紅外場景由于其真實的特性而較為不尖銳。例如，考慮具有很多電子部件和相互連接的工業(yè)機器的電子控制面板，由于不同的顏色和良好定義的形狀，可見光圖像將是尖銳并清晰的。由于從一個或者多個熱部分向相鄰部分傳遞熱量，因此紅外圖像可能顯得較為不尖銳。
當使用紅外相機搖攝(pan)一個區(qū)域來尋找熱點或者冷點時，可以觀看相機顯示屏中的可見顏色變化。然而，有時熱點或者冷點很小并且顏色變化可能不明顯。為了幫助識別熱點或者冷點，紅外相機經(jīng)常通過在顯示屏上的可見光標或者其他圖形指示器來指示熱點或者冷點的位置。使用已知的放射測量技術(shù)(例如，建立或者測量參考溫度)所計算的這種熱點的溫度經(jīng)常被顯示在光標附近。即使是使用顏色變化和熱點指示，也難以準確地將相機顯示屏的IR成像中的熱點與在操作者所觀看到的可見光景象中相應(yīng)位置關(guān)聯(lián)起來。
為了解決這個更好地識別感興趣溫度點的問題，一些相機允許操作者使用內(nèi)建在紅外相機中的獨立的可見光相機來采集景象的可見光圖像(經(jīng)常稱為“控制圖像”)。商業(yè)上可以買到的FLIR Systems ofWilsonville，Orengon的FLIR ThermaCamP65是這種相機的一個實例。這些相機不具有自動對準或者在相機中將可見光圖像和紅外圖像合并的能力。要由操作者來手動將在紅外圖像中的感興趣圖像特征與在可見光圖像中的相應(yīng)的圖像特征相互關(guān)聯(lián)起來。
其他紅外溫度測量裝置可以采用單一溫度測量傳感器，或者以網(wǎng)格圖案排列的少量溫度傳感器。單一點裝置通常提供激光指示系統(tǒng)，以通過對單一溫度傳感器元件所觀測的點或者區(qū)域進行照明，來識別目標區(qū)域，例如商業(yè)上可以買到的新澤西奧克蘭Mikron Infrared公司的Mikron M120?？商鎿Q的是，一些系統(tǒng)采用一種光學(xué)系統(tǒng)，其允許用戶通過經(jīng)由與溫度傳感器對準的光路進行觀測，在視覺上識別在該裝置正在進行測量的目標景象中的點，例如，商業(yè)上可以買到的新澤西奧克蘭Mikron Infrared公司的Mikron M90。具有一個以上傳感器元件的裝置通常提供由少量景象像素所組成的非常粗糙的紅外圖像，其中每個像素都具有相對較大的瞬間視場(IFOV)，例如，商業(yè)上可以買到的舊金山圣地亞哥的Advcanced Test Equipment的IRISYS IRI1011。使用這種圖像來精確地識別感興趣特征是非常困難的。
經(jīng)常難以對紅外圖像進行聚焦，因為紅外圖像通常沒有尖銳的分辨率。例如，由于從熱位置到相鄰位置的多個過程的熱傳遞，圖像不是一直具有尖銳分辨率的。這使得對紅外圖像進行聚焦變得用戶主觀化。希望使得對紅外圖像進行聚焦變得較為不主觀化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的特定實施例將視頻速率的和/或者靜止的紅外相機與視頻速率的和/或者靜止的可見光相機在一個裝置中合并起來，從而使得景象能夠在可見光和紅外光中同時被觀察和記錄。將這兩個圖像進行配準(校正視差(parallax error))和調(diào)節(jié)大小，以相互匹配，從而使得在結(jié)果圖像中紅外景象和可見光景象相互重疊。操作者能夠選擇觀看紅外圖像、可見光圖像或者兩者的alpha混合(融合)合并。由于由相機將兩個圖像進行匹配，因此操作者能夠容易地通過注意在兩個圖像中感興趣特征是在何處重疊的，來將紅外圖像和可見光圖像中的感興趣特征相互關(guān)聯(lián)起來。新手可以選擇觀看僅僅可見光圖像，并使用從未顯示的、但是相關(guān)聯(lián)的紅外圖像而來的數(shù)據(jù)，在可見光圖像中讀出溫度。
本發(fā)明的特定實施例提供了顯示可見光(VL)圖像和/或者紅外(IR)圖像的一種方法。所述方法包括提供具有VL相機模塊、IR相機模塊和顯示屏的相機。所述VL相機模塊和IR相機模塊分別具有第一和第二視場(FOV)。所述方法包括將所述IR相機模塊聚焦在目標景象上，以生成經(jīng)過聚焦的第二FOV。所述IR相機模塊的聚焦將與經(jīng)過聚焦的第二FOV相對應(yīng)的至少一部分第一FOV，與第二FOV進行配準。所述方法還包括顯示經(jīng)過配準的第一FOV、經(jīng)過聚焦的第二FOV，或者顯示經(jīng)過配準的第一FOV和經(jīng)過聚焦的第二FOV的混合圖像。
本發(fā)明的特定實施例提供了顯示可見光(VL)圖像和/或者紅外(IR)圖像的一種方法。該方法包括提供VL相機模塊、IR相機模塊和顯示屏。所述VL相機模塊和IR相機模塊分別具有第一和第二視場(FOV)，并生成各自FOV的圖像。所述方法包括在顯示屏上顯示所述圖像的至少一部分。所述方法還包括，在所述顯示屏上，通過將來自所述VL相機模塊的圖像與來自IR相機的圖像相互對應(yīng)地放置來將其進行配準，直到通過使用手動調(diào)節(jié)機制將其配準為止。
本發(fā)明的特定實施例包括一種生成可見光圖像和紅外圖像的相機。所述相機包括具有VL傳感器和VL光學(xué)器件的可見光相機模塊，和具有IR傳感器和IR光學(xué)器件的IR相機模塊。VL相機模塊與IR相機模塊之間有距離，從而使得所述模塊從不同的視點觀看目標景象，造成視差。所述相機能夠包含用于校正視差的裝置，以及顯示屏，其用于同時顯示來自所述IR相機模塊和VL相機模塊的圖像，從而使得所述圖像在沒有視差的情況下進行配準。
本發(fā)明的特定實施例提供了一種相機，其能夠采集目標景象的可見光圖像和紅外圖像。所述相機包括紅外鏡頭，其能夠被聚焦以適當?shù)夭杉瞿繕司跋蟮募t外圖像。所述相機還包括顯示區(qū)域，其向用戶顯示在聚焦模式或者分析模式下的所述可見光圖像和紅外圖像。在所述聚焦模式下，在一個比率下對在所述顯示屏上的所述紅外成像和所述可見光成像的alpha混合進行設(shè)定，所述比率可以幫助所述用戶對所示紅外圖像進行聚焦。在分析模式下，在一個比率下對在所述顯示屏上的所述紅外成像和所述可見光成像的alpha混合進行設(shè)定，所述比率可以幫助所述用戶分析所述目標景象和使得所述目標景象顯像。在一些實施例中，與所述可見光成像相比，在所述聚焦模式下的所述紅外成像的百分比不同于在所述分析模式下的百分比。所述相機可以手動或者自動地在聚焦模式與分析模式之間進行切換。用戶可以使用來回切換開關(guān)(toggle)或者其他用戶接口來執(zhí)行手工切換。當希望聚焦模式時，例如當正在對所述紅外圖像進行聚焦時，可以通過自動感測來提供自動切換。本發(fā)明的特定實施例提供了對這種相機顯示屏進行模式切換的過程。
本發(fā)明的特定實施例包括一種相機，其具有帶有可見光傳感器的可見光相機模塊、帶有紅外傳感器的紅外模塊、和用于同時顯示來自所述紅外相機模塊和來自所述可見光相機模塊的目標景象圖像的顯示屏。所述紅外模塊還包括可聚焦的紅外光學(xué)裝置。所述顯示屏提供了操作的聚焦模式和操作的分析模式。操作的每種模式提供了在所述紅外成像與可見光成像之間的alpha混合的不同百分比。在這些實施例中的一些中，所述目標景象的紅外成像的百分比在所述聚焦模式下是不同的，以幫助所述用戶對所述紅外圖像進行聚焦，而在分析模式下相對較低，以幫助所述用戶分析所述目標景象和使得所述目標景象顯像。所述模式可以手動或者自動地進行切換。在這些實施例中的一些中，所述相機具有獨立的紅外圖像光學(xué)裝置和可見光圖像光學(xué)裝置，為各自提供不同的視場。本發(fā)明的特定實施例提供了對這種相機顯示屏進行模式切換的過程。
本發(fā)明的特定實施例包括一種用于生成可見光(VL)圖像和紅外(IR)圖像的相機，所述相機包括用于感測目標景象的VL圖像的VL傳感器，用于感測目標景象的IR圖像的IR傳感器，用于采集所述目標景象的可聚焦光學(xué)器件，以及顯示區(qū)域。在本實施例中的顯示器區(qū)域顯示合成圖像，所述合成圖像包括所述VL圖像的至少一部分以及在聚焦模式或者分析模式下放置在所述VL圖像之上并與之a(chǎn)lpha混合的IR圖像。聚焦和分析模式是在經(jīng)過alpha混合的合成圖像中VL成像與IR成像的量的特定比率。分析模式的alpha混合比率與聚焦模式的比率不同，適合于分析和使得所述目標景象顯像。聚焦模式的alpha混合比率適合于對光學(xué)器件進行聚焦。顯示區(qū)域在聚焦模式和分析模式之間進行切換。
本發(fā)明的特定實施例包括用于生成可見光(VL)和紅外(IR)圖像的相機，所述相機具有VL相機模塊、IR相機模塊和顯示區(qū)域。VL相機模塊具有VL光學(xué)器件，并且適合于采集VL圖像。IR相機模塊具有IR光學(xué)器件，并且適合于采集IR圖像。顯示區(qū)域顯示合成圖像，所述合成圖像包括所述VL圖像的至少一部分以及在第一和第二模式之中的一種下放置在所述VL圖像之上并與之a(chǎn)lpha混合的IR圖像。所述模式包括在經(jīng)過alpha混合的合成圖像中VL圖像與IR圖像的量的特定比率。所述第一模式的alpha混合比率與所述第二模式的比率不同，通常適合于分析所述目標景象和使得所述目標景象顯像。所述第二模式的alpha混合比率適合于在所述顯示屏上對所述VL和IR圖像進行配準。所述IR和VL圖像可以在所述顯示屏上相互相對地進行平移(translate)，用于在所述顯示屏上對所述VL和IR圖像進行配準。
本發(fā)明的特定實施例包括計算機可讀介質(zhì)，其采用用于執(zhí)行操作相機顯示屏的一種方法的指令進行編程。所述相機顯示屏用于顯示目標景象的疊加并alpha混合的可見光(VL)和紅外(IR)圖像的合成圖像。所述介質(zhì)包括使得處理器檢測相機參數(shù)變化、顯示所述合成圖像、確定在一段時間內(nèi)在所述相機參數(shù)中沒有變化、以及在確定沒有所述變化之后改變所述合成顯示的比率的指令。對所述相機參數(shù)中的變化的檢測指示了對于使用在所述alpha混合合成圖像中IR圖像與VL圖像的量的第一比率來顯示所述合成圖像的期望。


圖1和2是根據(jù)本發(fā)明的實施例的相機的前透視圖和后透視圖；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的代表性的相機系統(tǒng)的方框圖，其能夠用于實現(xiàn)本發(fā)明的實施例；圖4是示出相機的光路和傳感器配置的圖；圖5在幾何上示出了視差等式的推導(dǎo)；圖6示出了(全屏的、全部紅外傳感器)/(全屏的、部分可見光傳感器)景象顯示模式；圖7示出了組合的未校正視差的可見光圖像與紅外圖像；圖8示出了校正視差的相同圖像；圖9和10是根據(jù)本發(fā)明的實施例的，具有磁體和霍爾效應(yīng)傳感器的紅外相機模塊的截面圖；圖11示出了(局部屏幕的、全部紅外傳感器)/(全屏的、部分可見光傳感器)景象顯示模式，在該模式下，相機使用所有的有效的紅外傳感器元件，來提供僅僅填充相機顯示屏中央?yún)^(qū)域的紅外圖像；圖12示出了(局部屏幕的、部分紅外傳感器)/(全屏的、全部可見光傳感器)景象顯示模式，在該模式下，相機使用所有的可見光傳感器元件來填充顯示屏；圖13示出了(局部屏幕的、全部紅外傳感器)/(全屏的、全部可見光傳感器)景象顯示模式，在該模式下，相機使用所有的紅外傳感器元件和所有的可見光傳感器元件，來構(gòu)建所顯示圖像；圖14-16分別示出了孤立杯子的僅僅紅外圖像、該杯子的僅僅可見光圖像和該杯子的部分alpha混合圖像；圖17示出了“熱閾值”警告模式顯示的一個實例；
圖18示出了低紅外對比度景象的典型紅外圖像；圖19示出了具有alpha混合可見光圖像的相同景象，得到了明顯較高的直觀對比度；圖20-23分別示出了具有激光點的可見光圖像、具有激光點和與該激光點對準的計算機生成的激光標記的可見光圖像、具有沒有對準的計算機生成的激光標記和熱點的僅僅紅外圖像、以及具有對準的計算機生成的激光標記和熱點的僅僅紅外圖像；圖24-26分別示出了具有激光點的僅僅可見光圖像、具有沒有對準的激光點和熱點的alpha混合可見光/紅外圖像、以及具有對準的激光點和熱點的alpha混合可見光/紅外圖像；圖27-28分別示出了具有沒有對準的計算機生成的激光指示器和熱點的僅僅紅外圖像和具有對準的計算機生成的激光指示器和熱點的僅僅紅外圖像；圖29-30分別示出了具有沒有對準的激光點和計算機生成的激光標記的僅僅可見光圖像和具有對準的激光點和計算機生成的激光標記的僅僅可見光圖像；以及圖31提供了在分析模式和聚焦模式之間進行自動切換的過程的一個實施例。
具體實施例方式
系統(tǒng)描述圖1和2根據(jù)本發(fā)明的實施例的相機10的前面透視圖和背面透視圖。殼體包括紅外相機模塊和可見光相機模塊。特比是，相機10包括相機殼體12、可見光(VL)鏡頭13、紅外鏡頭14、聚焦圈16和激光指示器18，以及位于殼體內(nèi)的各種電子元件，如參考圖3所述。在實施例中，LED手電筒(torch)/閃光燈17位于VL鏡頭13的每一邊，以在黑暗環(huán)境中幫助提供足夠的光。顯示屏20位于相機的背面，從而可以觀看紅外圖像、可見光圖像和/或者紅外與可見光的混合圖像。另外，可以顯示目標位置溫度(包括溫度測量點的大小)和距離讀數(shù)。此外，位于相機背面的用戶控制器22用于控制顯示模式，并激活或者無效激光指示器。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的代表性的相機系統(tǒng)的方框圖，其能夠用于實現(xiàn)本發(fā)明的實施例。
可見光相機模塊包括CMOS、CCD或者其他類型的可見光相機、LED手電筒/閃光燈和激光指示器。該相機將RGB圖像顯示數(shù)據(jù)(例如30Hz)注入(stream)到FPGA，來與紅外RGB圖像數(shù)據(jù)進行合并，然后將所合并的圖像數(shù)據(jù)發(fā)送到顯示屏。
模擬引擎與紅外傳感器進行交互并對其進行控制，并將原始紅外圖像數(shù)據(jù)(例如，30Hz)注入DSP。DSP執(zhí)行計算，將原始紅外圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為景象溫度，然后轉(zhuǎn)換為與景象溫度和所選擇的彩色調(diào)色板相對應(yīng)的RGB顏色。例如，指定給本代理人的題目為“Microbolometer Focal Plane Array With Controlled Bias”的US專利No.6,444,983公開這樣一種紅外相機，在此將其整體引入作為參考。然后DSP將所得到的紅外RGB圖像顯示數(shù)據(jù)注入FPGA，在此將其與VL的RGB圖像數(shù)據(jù)合并，然后將所合并的圖像數(shù)據(jù)發(fā)送到顯示屏。
嵌入式處理器卡引擎包括為相機操作者提供圖形用戶接口(GUI)的通用微處理器。該GUI接口包括菜單、文本和圖形顯示元素，它們被發(fā)送到FPGA，在此處將它們在SRAM中進行緩沖，然后發(fā)送到顯示屏。
MSP 430與用戶接口進行交互，所述用戶接口包括相機按鈕、鼠標、LCD背光和智能電池。其讀出這些輸入，并將信息提供給嵌入式處理器卡引擎，在此處將其用于控制GUI并提供其他系統(tǒng)控制功能。
FPGA使用合并的可見光圖像數(shù)據(jù)、紅外圖像數(shù)據(jù)以及GUI數(shù)據(jù)來驅(qū)動一個(或多個)顯示屏(例如，LCD和/或者TV)。FPGA請求來自VL和紅外相機模塊的可見光和紅外圖像數(shù)據(jù)，并將其alpha混合在一起。其還將所得到的顯示圖像與GUI數(shù)據(jù)進行alpha混合，生成最終的被發(fā)送到LCD顯示屏的混合圖像。當然，與本發(fā)明實施例有關(guān)的顯示屏并不局限于LCD類型的顯示屏。FPGA在DSP控制下工作，DSP進一步由嵌入式處理器卡引擎控制。用戶通過GUI控制圖像alpha混合的級別和顯示模式，即，畫中畫(picture-in-a-picture)、全屏、顏色警告和縮放模式。這些設(shè)定從嵌入式處理器卡引擎發(fā)送到DSP，然后DSP對FPGA進行適當配置。
光學(xué)配置本發(fā)明的實施例在相同殼體中，將相互接近的實時可見光相機的引擎與實時紅外相機的引擎合并，從而使得光軸基本上相互平行。
根據(jù)本發(fā)明實施例的相機將實時可見光相機的引擎或者模塊放置在實時紅外相機的殼體中。該放置使得可見光光軸和紅外光軸在實際中盡可能接近，并且大致相互平行，例如，在紅外光軸的垂直面上。當然，其他空間排列也是可以的。選擇可見光相機模塊，即VL光學(xué)裝置和VL傳感器陣列，使其具有比紅外相機模塊更大的視場(FOV)。圖4是示出相機光路和傳感器配置的圖。如圖所示，存在兩種不同的光路和兩種獨立的傳感器。一種用于可見光，一種用于紅外。由于傳感器的光路不同，每個傳感器將從略微不同的有利位置(vantagepoint)來“觀看”目標景象，從而造成視差。如以下將要詳細描述的，使用軟件處理來用電學(xué)方法校正視差。這提供了為所顯示圖像在電學(xué)上校正視差的能力。在特定實施例中，選擇可見光光學(xué)裝置和傳感器，從而使得它們各自的視場(FOV)不同，即，一個比另一個大。例如，在一個實施例中，VL的FOV大于紅外的FOV。這提供了成本效率。目前，對于給定數(shù)量的像素傳感器而言，可見光傳感器陣列比紅外傳感器陣列便宜很多。因此，對于給定的視場和分辨率(瞬間視場)而言，可見光傳感器陣列比紅外傳感器陣列便宜。
在特定實施例中，可見光光學(xué)裝置使得可見光相機模塊在所有可用距離上保持焦點對準。僅僅紅外鏡頭需要在不同距離上對目標進行聚焦。
視差和顯示模式圖5在幾何上示出了視差等式(p＝qf/d)的推導(dǎo)。從該等式可以看出，通過使得可見光和紅外的光學(xué)孔徑之間的距離(q)最小化，并且還通過選擇短焦距鏡頭，能夠減小視差。相機設(shè)計通常在物理上固定(q)。在特定實施例中，通過改變鏡頭，或者使用包括多個焦距或者連續(xù)變焦距的光學(xué)系統(tǒng)，能夠在場內(nèi)改變可見光和紅外鏡頭的焦距(f)。在具有固定焦距鏡頭的實施例中，一旦安裝了鏡頭，焦距就在工作過程中保持不變。因此，在相機工作過程中，視差簡單地是到目標的距離(d)的函數(shù)。在所示實施例中，每個鏡頭的焦距(f)相同。在可替換實施例中，紅外鏡頭和可見光鏡頭的焦距可以相互不同。
相機校正可見光和紅外圖像的視差，并提供幾種不同的方法來為操作者顯示經(jīng)過配準的圖像。這些方法公開如下。通常，視差校正是基于以下將要描述的紅外聚焦距離。然而，還可以通過采用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的方案確定與目標圖像的距離(而不是通過聚焦距離)，來校正視差。
根據(jù)本發(fā)明的實施例的相機能夠工作在以下三種顯示模式之一下1)全屏的可見光、紅外和/或者混合，2)畫中畫，例如在全屏的可見光圖像中有部分紅外圖像，以及3)在可見光圖像中的紅外彩色警告。在任意這些顯示模式中的任意一種中，將記錄溫度，并能夠?qū)⑵滹@示在圖像的紅外部分。還能夠?qū)碜员挥涗浀菦]有顯示的紅外圖像中溫度，顯示在僅僅可見光圖像上。
在全屏模式下，操作者可以選擇顯示全屏的僅僅可見光圖像、全屏的僅僅紅外圖像、或者全屏的可見光與紅外圖像的混合。在本發(fā)明的實施例中，顯示屏為大約320×240像素，在圖6中用虛線框表示。紅外傳感器有160×120個像素，可見光傳感器有1280×1024個像素。這些特定尺寸是作為示例給出的，并且不局限于本發(fā)明的任何實施例。因此，紅外傳感器、VL傳感器和顯示屏可以分別單獨大于或者單獨小于所給出的特定實施例。圖6示出了將全部的160×120紅外圖像進行插值以填充相機顯示屏的模式的圖。根據(jù)所選擇的顯示模式，將1280×1024的可見光相機的一部分開窗，來匹配紅外窗口。由于所選擇的可見光傳感器元件的數(shù)量不是必須要與相機顯示屏的320×240像素相匹配，因此將可見光圖像進行縮放以匹配相機顯示屏。在視差校正之后，每個所得到的紅外顯示像素將表示與其相應(yīng)的可見光顯示像素相同的瞬間視場(IFOC)。因為這兩個圖像相匹配，相機操作者能夠通過注意在兩個圖像中感興趣特征在何處相互覆蓋，容易地將紅外圖像中的感興趣點與可見光圖像中的對象同一起來。在圖6所示的實施例中，該顯示模式稱為“全屏的、全部紅外傳感器和全屏的、部分可見光傳感器模式”。以下將介紹其他顯示模式。
在可見光圖像與紅外圖像之間的視差由相機自動校正。該過程稱為配準。為了進行正確的視差校正，相機必須首先確定到感興趣目標對象的距離。一種確定目標距離的方法是使用霍爾效應(yīng)傳感器來感測紅外鏡頭的聚焦位置。圖9和10示出了對相機10從前到后通過紅外鏡頭14的中心獲得的截面圖。參考圖9和10，霍爾效應(yīng)傳感器30相對于紅外傳感器陣列34固定在殼體32中，以感測附著在IR鏡頭14背面的磁體36的接近。隨著通過聚焦圈16的旋轉(zhuǎn)而改變鏡頭聚焦，在磁體36和霍爾效應(yīng)傳感器30之間的距離f’也改變，導(dǎo)致來自霍爾效應(yīng)傳感器的輸出，其與聚焦位置成比例。(通過移動鏡頭或者移動紅外傳感器陣列可以改變鏡頭的聚焦)。該聚焦位置用于導(dǎo)出到目標的距離的估計。紅外鏡頭聚焦位置提供了對距離的非常方便的估計，因為典型的紅外鏡頭具有低F數(shù)，造成場的窄深度。在一個實施例中，霍爾效應(yīng)傳感器可以固定在紅外傳感器陣列上。另外，霍爾效應(yīng)傳感器和磁體的位置可以與所示的相顛倒。
在圖9和10所示的實施例中，磁體36是環(huán)繞聚焦圈16的內(nèi)表面、面對紅外傳感器陣列34的環(huán)。霍爾效應(yīng)傳感器30固定在相機殼體32中，與紅外傳感器陣列34有一小段距離?；魻栃?yīng)傳感器與磁體之間的距離表示圖9和10中所示的距離f’。圖9中示出鏡頭放置為接近焦點；圖10示出鏡頭放置為遠離焦點，在該情況下，磁體比圖9中更加接近霍爾效應(yīng)傳感器。當然，可以使用以上針對霍爾效應(yīng)傳感器所述的之外的其他機制和方法來確定到目標的距離。這些等價機制或方法對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是已知的?；魻栃?yīng)傳感器是一種方便的方法。
對目標與相機之間的距離進行估計是一個有價值的安全特征。例如，當檢測高壓電柜時，OSHA具有特定的安全距離要求。因此，使用根據(jù)本發(fā)明的實施例的相機，能夠在顯示屏上顯示到目標的距離，從而可以輔助相機操作者遵守OSHA安全要求。
另外，有價值的是知道在正在被測量的目標上的點的大小(瞬間視場點大小)。因為點大小是距離的函數(shù)，并且本發(fā)明的實施例能夠測量(或者估計)對視差進行校正所需要的距離，因此能夠?qū)Ⅻc大小作為距離的函數(shù)計算出來，并通過顯示屏將其顯示給相機操作者。
每個紅外鏡頭的聚焦距離相關(guān)性的鏡頭位置傳感器值在工廠中確定，并與其他相機校準數(shù)據(jù)一起存儲在相機的非易失性存儲器中。該校準數(shù)據(jù)包括為每個聚焦距離所計算的X和Y圖像偏移。通過使用所感測的紅外鏡頭聚焦位置和工廠校準數(shù)據(jù)，能夠計算來自可見光傳感器的部分區(qū)域的正確的X和Y傳感器偏移，并且將其用于為當前紅外聚焦距離選擇適當?shù)目梢姽鈧鞲衅鲄^(qū)域。即，隨著紅外鏡頭的聚焦距離的改變，提取和顯示可見光傳感器圖像的不同區(qū)域，實現(xiàn)在聚焦距離上的物體的紅外和可見光圖像的配準。圖7示出未對準的，即沒有校正視差的可見光與紅外圖像的合并的畫中畫的顯示。圖8示出了校正視差的相同圖像。參考圖7，顯示屏的中間1/4顯示模糊的(未聚焦的)和未配準的僅僅紅外圖像40，其放置在僅僅可見光圖像42的圍繞框架中。在圖像中的矩形暗色區(qū)域44是未對準的(未配準)，示出了由未聚焦的紅外圖像44造成的視差。參考圖8，在紅外圖像40中的矩形暗色區(qū)域44與在僅僅可見光圖像42中的該區(qū)域44部分相配準，示出了紅外圖像現(xiàn)在被正確聚焦。圖7和8強調(diào)了一種方法，使用該方法，相機10的用戶能夠通過僅僅旋轉(zhuǎn)聚焦圈16直到圖像40被正確配準為止，來對紅外圖像40進行聚焦。盡管圖7和8示出了將顯示屏的中間1/4顯示為僅僅紅外，相同的方法和技術(shù)也能夠用于混合的可見光和紅外圖像，無論圖像是采用畫中畫、全部顯示、警告模式，還是采用其他顯示模式來示出。
要注意的是，在景象中不在聚焦距離上的物體將仍然存在視差。較近的物體比遠離聚焦距離的物體具有更大的視差。在實際中，在與典型紅外相機一起使用的鏡頭的大約8英尺的聚焦距離以外的視差可以忽略。還要注意的是，視差僅僅能夠被校正下降到相機的有限接近聚焦距離(典型的為大約2英尺)。該距離是通過與紅外傳感器相比可見光傳感器提供了多少“額外”視場來確定的。
當采集圖像時，將帶有全部輔助數(shù)據(jù)的整個可見光圖像和整個紅外圖像保存在相機存儲卡上的圖像文件中。將在獲取圖像時位于相機顯示屏尺寸之外的未顯示的可見光圖像的那部分，保存為該可見光圖像的部分。隨后，如果需要在相機中或者計算機上對在紅外和可見光圖像之間的配準進行調(diào)節(jié)，則整個可見光圖像是可用的。
相機允許操作者在已經(jīng)采集了紅外/可見光圖像對并將其存儲在存儲器中之后，調(diào)節(jié)可見光和紅外圖像的配準。實現(xiàn)該目的的一種方法是將紅外鏡頭位置用作輸入控制。這允許操作者對配準進行細調(diào)，或者在圖像被采集時，簡單地通過轉(zhuǎn)動鏡頭上的聚焦圈來手動地對不在紅外聚焦距離上的景象中的對象進行配準。
當可見光圖像是唯一被顯示的圖像時，其優(yōu)先地顯示為彩色，盡管不是必須的。當將其與紅外圖像混合，在對可見光圖像進行混合之前，將其轉(zhuǎn)換為灰度級，從而其僅僅將亮度添加到彩色紅外圖像中。
圖11示出了稱為“局部屏幕的、全部紅外傳感器和全屏的、部分可見光傳感器顯示模式”。在該模式下，相機使用全部有效的紅外傳感器元件來提供紅外圖像，其僅僅填充相機顯示屏的中間區(qū)域。使用標準的圖像處理技術(shù)(例如，縮放和開窗)來將紅外圖像調(diào)節(jié)到合適于顯示屏的期望區(qū)域。調(diào)節(jié)可見光圖像的IFOV，來與紅外圖像的IFOV進行匹配，然后選擇可見光圖像的一部分來填充整個顯示屏，并與在顯示屏中間的紅外圖像進行匹配。顯示屏中間1/4可以是僅僅紅外、僅僅可見光、或者兩者的混合。顯示屏的剩余的3/4(外部框架)是僅僅可見光。
相機在該模式下使用與對全屏模式所述的相同的技術(shù)，來校正視差。
可替換的，替代將可見光圖像匹配到紅外圖像的是，可以進行僅僅相反的操作。圖12和13示出了這種技術(shù)。圖12示出了畫中畫的“局部屏幕的、部分紅外傳感器和全屏的、全部可見光傳感器顯示模式”。在該模式下，相機使用全部可見光傳感器元件來填充顯示屏。如果可見光傳感器元件的數(shù)量與顯示屏像素的數(shù)量不匹配，則用戶使用標準成像技術(shù)生成填充顯示屏的圖像。選擇可用紅外傳感器的一部分來提供紅外圖像。對紅外圖像進行開窗和匹配，從而使得所得到的紅外顯示像素提供與可見光圖像顯示像素相同的IFOV。
相機使用與對于圖6所述類似的技術(shù)來校正視差。然而，在該模式下，隨著紅外聚焦距離被改變，選擇紅外傳感器的不同區(qū)域來匹配可見光圖像的中間區(qū)域。要注意的是，在該模式下，紅外圖像始終顯示在顯示屏中央固定位置處。
圖13示出了“局部屏幕的、全部紅外傳感器和全屏的、全部可見光傳感器顯示模式”。在該模式下，相機使用全部紅外傳感器元件和全部可見光傳感器元件來構(gòu)建所顯示圖像。對可見光圖像進行縮放來完全填充顯示屏。對紅外圖像進行開窗和縮放，從而使得所得到的顯示像素的IFOV與可見光圖像相匹配。在可見光圖像的匹配區(qū)域上顯示結(jié)果圖像。
與上述模式類似，通過移動紅外圖像景象來將其與可見光圖像景象對準，來校正視差。
Alpha混合Alpha混合是對在一個像素上疊加的兩個圖像的透明性/不透明性分配比率的過程。如果Alpha＝最大，則第一圖像是不透明的，第二圖像是透明的，并由此寫入到顯示屏上。如果Alpha＝0，則第一圖像是透明的，第二圖像是不透明的，并由此寫入到顯示屏上。使用公式Display＝Source 1*(Alpha/max_Alpha)+Source 2*((max_Alpha-Alpha)/max_Alpha)，在這兩者之間的值造成兩個源之間的“混合”(alpha混合)。
圖14-16分別示出了孤立杯子的僅僅紅外圖像、該杯子的僅僅可見光(VL)圖像和該杯子的紅外和VL圖像的部分alpha混合圖像。
相機將使得操作者能夠調(diào)節(jié)可見光和紅外圖像的alpha混合，從僅僅紅外圖像(圖14)或者僅僅可見光圖像(圖15)的極限，到這兩個極限之間的alpha混合的任意組合(圖16)。要注意的是，盡管在圖15中紅外圖像是不可見的，隱含的紅外圖像數(shù)據(jù)用于在可見光圖像中顯示正確的物體溫度52。因此，當在可見光圖像上移動光標時，顯示與圖像上的光標位置相關(guān)聯(lián)的溫度52。
紅外和可見光圖像能夠用彩色或者灰度級進行顯示。當使用彩色來描述在紅外圖像中的溫度時，在重疊區(qū)域中的可見光圖像能夠僅僅用灰度級進行顯示，從而使得其不會過度干擾紅外調(diào)色板圖像。
當圖像被保存時，分別保存可見光圖像和紅外圖像，從而稍后能夠在相機中或者采用PC軟件來完成采用不同alpha混合重建圖像。
正如圖7和8的討論中所提到的，相機10的用戶能夠僅僅通過轉(zhuǎn)動聚焦圈16直到圖像40被正確配準為止，來對紅外圖像40進行聚焦。盡管圖7和8將顯示屏的中間1/4顯示為僅僅紅外，相同方法和技術(shù)能夠用于混合的可見光與紅外圖像，而不論圖像是采用為畫中畫、全屏、警告模式、或者其他顯示模式進行顯示。因此，在這些實施例中，在進行聚焦以使得所顯示紅外圖像40的尖銳度可見的過程中，能夠在顯示屏20上將紅外圖像40顯示給相機10的用戶。還能夠采用在此所述的任何方式，將可見光圖像與紅外圖像一起顯示，以便使得最佳鏡頭聚焦位置可見。另外，可以將紅外圖像與可見光圖像一起顯示，以便將紅外圖像與可見光圖像進行配準，而無論該配準過程是通過對紅外成像進行聚焦來實現(xiàn)的，還是通過能夠用于將紅外圖像相對于可見光圖像進行平移直到將它們正確配準為止的其他方法或者機制來實現(xiàn)的。
然而，在成像被正確聚焦或者與可見光圖像正確配準之后，用戶可能想要采用與對于聚焦和配準而言優(yōu)選的混合不同的(例如更低)紅外混合的目標圖像。即，用戶可能希望顯示屏提供更多的可見光成像(以便更好的識別目標景象的細節(jié))，同時仍然保持一些紅外信息，例如添加紅外成像或者其他放射測量數(shù)據(jù)(例如，熱點、警告、中心點溫度讀數(shù)等等)。因此，本發(fā)明的特定實施例提供了操作的“聚焦模式”和“分析模式”。
在操作的聚焦模式中，IR圖像在相機顯示屏上至少部分地可見，而與顯示模式是否處于如上所述的全屏顯示模式(全屏的可見光、全屏的紅外、和/或者全屏的混合)，畫中畫顯示模式(例如，部分顯示紅外圖像，并由可見光圖像將其包圍或者在其周邊)無關(guān)。術(shù)語“聚焦模式”涉及所顯示紅外圖像的百分比，而不涉及紅外圖像在顯示屏上的位置。在本發(fā)明的包含“聚焦模式”的特定實施例中，紅外圖像的百分比從50％變化到100％。在50％，紅外圖像與可見光圖像進行50/50的alpha混合。在100％，紅外圖像在顯示屏上的其區(qū)域中進行顯示，而沒有可見光圖像(盡管可見光圖像可以在100％紅外圖像的周邊)。在本發(fā)明的包含聚焦模式的其他實施例中，紅外圖像的百分比大于50％。該情況也是可以預(yù)見的，盡管相機10的用戶可以優(yōu)選地在聚焦模式中將紅外圖像百分比設(shè)置為小于50％。
在操作的分析模式中，可見光圖像可以更加明顯地顯示在相機10的顯示屏20上，同時可以降低紅外成像的百分比，來提高相機用戶識別目標景象的可見光特征的能力。與聚焦模式類似，分析模式涉及所顯示紅外圖像的百分比(當然是與可見光圖像進行比較)，而不涉及顯示模式是否是全屏模式(全屏的可見光、全屏的紅外、和/或者全屏的混合)、畫中畫顯示模式(例如，部分顯示紅外圖像，并由可見光圖像將其包圍或者在其周邊)。在本發(fā)明的包含“分析模式”的特定實施例中，紅外圖像的百分比從0％變化到50％。在50％，紅外圖像與可見光圖像進行50/50的alpha混合。在0％，可見光圖像不帶有紅外圖像。在本發(fā)明的包含分析模式的特定實施例中，紅外圖像的百分比小于50％。該情況也是可以預(yù)見的，盡管相機10的用戶可以優(yōu)選地將在聚焦模式中的紅外圖像百分比設(shè)置為大于50％或者比聚焦模式的百分比高。
在本發(fā)明包含分析模式和聚焦模式的實施例中，相機可以包括專用開關(guān)或者可編程開關(guān)，其可以用于在分析模式和聚焦模式之間來回切換。該開關(guān)可以位于用戶控制器22中(圖2)。在本發(fā)明包含分析模式和聚焦模式的實施例中，相機可以提供通過上述圖形用戶接口來手動地選擇分析模式和聚焦模式的能力。該GUI還可以通過用戶控制器22來控制。在本發(fā)明包含分析模式和聚焦模式的實施例中，相機10可以根據(jù)處理器對于哪種模式是被期望的檢測，來自動地在分析模式和聚焦模式之間進行切換。
參考圖31，提供了在分析模式和聚焦模式之間進行自動切換的過程的實施例。參考步驟300，如果處理器確定自動模式切換是所期望的，則其開始該過程。該條件可以通過用戶的提示、通過開關(guān)或者上述GUI來滿足，或者在相機10電源開啟時就能夠自動滿足。接下來，在步驟302，處理器將顯示屏20設(shè)定為分析模式作為缺省模式。在分析模式中紅外成像的百分比可以預(yù)先定義，或者由用戶或在工廠里預(yù)先進行編程。可替換的，分析模式紅外比率可以是在分析過程中用戶所最后使用的現(xiàn)有設(shè)定?？梢灶A(yù)見的是，缺省設(shè)定可以替換為聚焦模式。在步驟304，處理器檢測自動模式切換是否是所期望的。如果不是，處理器返回步驟302。在步驟304中的檢測可以通過幾種方法完成，包括通過來自開關(guān)22或者GUI的用戶輸入。然而，由于相機10包括監(jiān)視紅外鏡頭或者聚焦位置的能力，因此處理器還能夠檢測紅外鏡頭或者聚焦位置的變化。當用戶開始轉(zhuǎn)動紅外鏡頭時，用戶很可能期望用于改善聚焦的聚焦模式。因此，在步驟304中的條件可以通過對紅外聚焦位置移動的檢測來滿足。
在特定實施例中，在步驟304中的條件可以通過對用戶在顯示器上將紅外圖像相對于可見光圖像進行平移以正確地將紅外圖像與可見光圖像配準的檢測來滿足，而不論是否已經(jīng)通過聚焦紅外成像完成了該配準過程。即，在一些實施例中，紅外圖像的聚焦動作還可以使得處理器在顯示器20上將紅外圖像相對于可見光圖像進行平移以正確地配準來校正視差。然而，可以預(yù)見的是，其他方法和機制，例如控制器22或GUI，能夠用于將紅外圖像相對于可見光圖像進行平移，直到它們被正確配準為止，而與紅外圖像的聚焦無關(guān)，并且與是否需要校正視差無關(guān)。因此，當執(zhí)行紅外平移時，聚焦模式可能是所期望的，無論該平移是否也對紅外圖像進行聚焦，以便使得在圖像配準過程中使得足夠百分比的紅外圖像可見。因此，步驟304的條件可以通過對用戶在顯示器上將紅外圖像相對于可見光圖像進行平移以正確地將紅外圖像與可見光圖像配準的檢測來滿足。
在步驟306，處理器將模式從分析模式改變?yōu)榫劢鼓Ｊ?。在聚焦模式中的紅外成像的百分比可以預(yù)先定義，或者由用戶或在工廠中預(yù)先編程?？商鎿Q的，聚焦模式紅外比率可以是在聚焦過程中用戶所最后使用的現(xiàn)有設(shè)定。步驟308是延遲一段預(yù)定的或者可編程的時間段的步驟，以便在返回步驟304來觀察是否仍然期望聚焦模式之前，保持在聚焦模式。步驟308中的延遲給了用戶處于聚焦模式下的一段時間，而不必移動紅外鏡頭來確定相機是否被正確聚焦，或者不必平移紅外圖像以確定圖像是否正確配準。該過程可以在任何時間通過用戶輸入來停止，例如通過控制器22或者GUI。
警告模式相機支持幾種不同的可視的警告模式。這些模式用于通過在滿足由用戶所設(shè)定的警告標準的區(qū)域中顯示alpha混合圖像或者僅僅紅外圖像，來引起用戶對于可見光圖像中的感興趣區(qū)域的注意。圖17示出了“熱閾值”警告模式的示例。僅僅顯示在紅外圖像中超過所設(shè)定的溫度閾值(熱點60)的那些像素。在彩色警告模式中，將可見光圖像62轉(zhuǎn)換為灰度級，從而突出紅外圖像而沒有模糊。相機能夠提供如下所述的警告模式。其他警告模式也是可以的。
●絕對熱閾值-將在預(yù)定溫度以上的紅外像素與相應(yīng)的可見光圖像像素進行alpha混合。
●絕對冷閾值-將在預(yù)定溫度以下的紅外像素與相應(yīng)的可見光圖像像素進行alpha混合。
●相對熱閾值-穩(wěn)定范圍由用戶定義。該溫度范圍是相對于在景象中的、或者來自于先前景象或者參考景象的當前最熱像素(或者設(shè)定數(shù)量的最熱像素的平均)的。用由景象中的當前一個(或多個)最熱像素所定義的閾值減去用戶所定義或預(yù)定的溫度范圍，將在該結(jié)果之上的紅外像素與它們的相應(yīng)可見光像素進行alpha混合。例如，如果溫度范圍是5度，在景象中當前一個(或多個)最熱像素是100度，則將在景象中在95度以上的所有紅外像素與相應(yīng)的可見光像素進行alpha混合。
●相對冷閾值-穩(wěn)定范圍由用戶定義。該溫度范圍是相對于在景象中的、或者來自于先前景象或者參考景象的當前最冷像素(或者設(shè)定數(shù)量的最冷像素的平均)的。用由景象中的當前一個(或多個)最冷像素所定義的閾值加上用戶所定義或預(yù)定的溫度范圍，將在該結(jié)果之下的紅外像素與它們的相應(yīng)可見光像素進行alpha混合。例如，如果溫度范圍是5度，例如在景象中當前一個(或多個)最冷像素是10度，則將在景象中在15度以下的所有紅外像素與相應(yīng)的可見光像素進行alpha混合。
●絕對范圍(等溫線)-操作者錄入溫度范圍。將具有在所設(shè)定范圍以內(nèi)溫度的紅外像素與相應(yīng)的可見光像素進行alpha混合。例如，用于輸入80-100度的范圍。將具有在80-100度范圍以內(nèi)溫度的所有紅外像素進行alpha混合。
●警告閃爍模式-為了進一步引起對感興趣區(qū)域的注意，相機可以提供一種模式，由此通過交替地將所警告像素顯示為僅僅可見光像素，然后將其顯示為alpha混合像素或者僅僅紅外像素，來對alpha混合區(qū)域進行“閃爍”。
以上所確定的警告模式還可以通過聲音或者通過振動來表示。這種聲音或者振動警告在熱點非常小以至于在可視顯示屏上不被注意到的情況下是有用的。在包含聲音或者振動警告的實施例中，相機能夠生成這種警告來警示相機操作者，例如在相機檢測到出現(xiàn)特定溫度時，或者出現(xiàn)上述其他警示模式中的任意一種時。返回參考圖3，相機可以包括與FPGA相連的提供聲音或者振動警告的警告模塊。振動機制可以與在蜂窩電話向人提示來電所采用的機制相同。
PC軟件相機的所有所述的圖像顯示技術(shù)還能夠用軟件實現(xiàn)，所述軟件運行在PC主機計算機上，并且能夠應(yīng)用到相機所采集的圖像上。
優(yōu)點以上已經(jīng)陳述了優(yōu)點。紅外圖像將不僅更加尖銳并具有更多細節(jié)，其還會被準確示出紅外目標是什么和在何處的可視圖像所圍繞。視差將被自動校正，得到與紅外圖像正確配準的可見光控制圖像。紅外相機能夠使用更小更加便宜的檢測器陣列來制造，但卻顯示出具有龐大和非常敏感的檢測器陣列的非常昂貴的紅外相機所具有的明顯細節(jié)和對比度。圖18示出了低紅外對比景象的典型紅外圖像。圖19示出了具有alpha混合可見光圖像的相同景象，得到了高很多的明顯對比，并具有目標位置溫度測量。
用戶該相機能夠用于紅外溫度記錄(infrared thennography)的所有階段，在紅外溫度記錄中，當前和未來都能夠使用本紅外相機。在最簡單的使用例如電子工具的情況下，相機能夠采用小紅外檢測器陣列來便宜地制造，并且仍然有非常高的性能一具有高空間分辨率和準確溫度的高圖像質(zhì)量。在高端溫度記錄中，該相機能夠以更加低的成本制造，并具有比最昂貴的紅外相機更加明顯的細節(jié)。該相機將消除獲取單獨的可見光圖像以將其包含在溫度記錄報告中的需要。
激光指示器使用本發(fā)明的激光指示器實施例的各種應(yīng)用都是可能的。如上所述，由于激光顯示器輻射是在可見光光譜中，其在紅外圖像中是不可見的。因此，激光指示器在紅外圖像中具有有限的值。當熱點或者冷點的位置難以識別時，則就是有問題的。例如，巨大的工業(yè)控制面板經(jīng)常具有很多在形狀上類似并且群集在一起的很多部件。有時難以在紅外相機圖像上確定造成熱點的準確部件。另外，在建立檢測應(yīng)用并且在該應(yīng)用中在可見光圖像中顯示為一致的墻在紅外圖像中顯示出瑕疵時，本發(fā)明的實施例的激光指示器能夠用于識別在墻上的該瑕疵的準確位置。對于屋頂泄漏檢測應(yīng)用，在標記需要進行修補的區(qū)域時，其可以很大程度上幫助進行溫度記錄。相機操作者能夠通過調(diào)節(jié)相機指向來勾畫出濕的區(qū)域，從而使得在圖像中所見到的激光點在圖像中勾畫出可疑的濕的區(qū)域，并由此還使用激光束勾畫出在屋頂上的可疑的濕的區(qū)域，從而使得其能夠被正確地標記。在例如印刷電路板裝配的目標復(fù)雜的研發(fā)應(yīng)用中，本發(fā)明的激光指示器實施例能夠幫助識別感興趣紅外點的位置。
本發(fā)明的實施例的激光指示器用于準確地識別感興趣紅外點的位置，并且用于容易地幫助紅外光學(xué)器件的聚焦。圖24-26示出了事件的相關(guān)序列。激光指示點能夠通過使用相機的可編程按鈕之一或者通過由相機操作者所操作的其他機制來打開。在合理的距離上，在目標上的激光指示器點100能夠在可見光圖像中(圖24)和經(jīng)過視差校正的混合的可見光和紅外圖像中(圖25)被看到。一旦在混合圖像中識別出激光點，相機操作者就能夠調(diào)節(jié)相機指向，直到在混合圖像中的激光點與在紅外圖像中的感興趣點102匹配為止(圖26)。然后激光束標記在感興趣點上的目標(圖26)。
由于根據(jù)本發(fā)明的實施例的相機已經(jīng)在工廠中被校準，以使用視差校準數(shù)據(jù)作為紅外相機模塊聚焦距離的函數(shù)，來識別在紅外圖像中的激光點的位置，因此相機操作者不需要觀看在VL圖像中所顯示的激光點。如果目標在遠處和/或者對于激光波長具有低反射，則激光點可能對于VL相機而言太弱，以至于不能在相機顯示器上明顯示出，但是通過人觀察者其仍然能夠在目標上看到。圖27和28示出了事件的相關(guān)序列。在該情況下，對紅外聚焦進行調(diào)節(jié)，如同通常通過觀察紅外圖像的尖銳度所做的。將計算機生成的激光點參考標記200與紅外圖像進行配準，從而在紅外圖像上顯示表示性的標記(例如圓圈)(圖27)。然后相機操作者調(diào)節(jié)相機指向，直到激光校準標記200位于紅外感興趣點202上(圖28)。一旦其發(fā)生，則將激光束打在感興趣點處的目標上。
可替換的，相機操作者首先使用僅僅紅外顯示圖像來對紅外圖像進行聚焦，切換到可見光圖像顯示，在此激光210將在顯示屏上示出，如圖20所示。操作者使用例如圓圈的標記212對顯示屏上的激光點210進行標記(見圖21)，然后將顯示屏切換回僅僅紅外圖像(見圖22)，在此將標記212與紅外圖像進行配準，并將其顯示在位于顯示區(qū)域中間1/4中的紅外圖像上。然后操作者調(diào)節(jié)相機指向，從而使得在紅外顯示上的標記212與在紅外顯示上的感興趣熱點214相匹配。(見圖23)一旦其發(fā)生，則將激光束打在感興趣點處的目標上。
使用激光指示器來聚焦紅外圖像采用用于校正激光指示器與紅外圖像之間視差的校準數(shù)據(jù)和在VL圖像中觀看實際激光點的能力，可以執(zhí)行監(jiān)視和幫助紅外聚焦的過程。圖29和30示出了事件的相關(guān)序列。在該情況下，激光點220的位置在VL圖上是可見的(圖29)。根絕本發(fā)明的實施例的相機在工廠中已經(jīng)被校準，以生成計算機生成的激光點參考標記222，其使用視差校準數(shù)據(jù)作為紅外相機模塊聚焦距離的函數(shù)，來識別在已經(jīng)聚焦的紅外圖像中的激光點的位置。該參考標記可以顯示在IR圖像或者VL圖像(其覆蓋IR圖像)中。在圖29中，參考標記222在僅僅VL圖像中示出。隨著紅外鏡頭被調(diào)節(jié)，該標記在VL圖像中移動，示出激光點在紅外圖像中所在的點。當紅外標記與在VL圖像中所見的激光點一致時(圖30)，可以停止聚焦調(diào)節(jié)，紅外相機模塊焦距對準。這允許大多數(shù)新手操作對紅外鏡頭進行聚焦，并消除聚焦的主觀特性。
權(quán)利要求
1.一種用于生成可見光(VL)圖像和紅外(IR)圖像的相機，包括VL傳感器，用于感測目標景象的VL圖像；IR傳感器，用于感測所述目標景象的IR圖像；可聚焦光學(xué)器件，用于采集所述目標景象；以及顯示區(qū)域，用于顯示合成圖像，所述合成圖像包括所述VL圖像的至少一部分，和與所述VL圖像疊加并采用聚焦模式和分析模式中的一種與其進行混合的IR圖像，所述模式是在所述混合合成圖像中VL圖像與IR圖像的量的特定比率，所述分析模式的混合比率與所述聚焦模式的比率不同，其適合于分析所述目標景象和使得所述目標景象顯像，所述聚焦模式的混合比率適合于對所述光學(xué)器件進行聚焦，所述顯示區(qū)域可以在所述聚焦模式和所述分析模式之間進行切換。
2.如權(quán)利要求1所述的相機，其中，所述可聚焦光學(xué)器件是用于所述IR傳感器的光學(xué)器件。
3.如權(quán)利要求2所述的相機，還包括用于所述VL傳感器的光學(xué)器件，并且其中，所述VL光學(xué)器件和IR光學(xué)器件具有不同的視場，從而使得所述目標景象的VL和IR圖像具有視差。
4.如權(quán)利要求3所述的相機，其中，對所述IR光學(xué)器件進行聚焦是對所述VL和IR圖像進行配準，以校正所述視差。
5.如權(quán)利要求4所述的相機，其中，針對使所述IR光學(xué)器件聚焦的檢測，使得切換到所述聚焦模式。
6.如權(quán)利要求1所述的相機，其中，所述分析模式的混合比率比所述聚焦模式的比率高。
7.如權(quán)利要求6所述的相機，還包括用于檢測在所述可聚焦光學(xué)器件中的聚焦變化的傳感器。
8.如權(quán)利要求7所述的相機，其中，所述傳感器包括霍爾效應(yīng)傳感器。
9.如權(quán)利要求1所述的相機，其中，所述顯示區(qū)域在所述聚焦模式和所述分析模式之間可以自動切換。
10.如權(quán)利要求9所述的相機，其中，在檢測到所述可聚焦光學(xué)器件中的聚焦變化之后，所述顯示自動切換到所述聚焦模式。
11.如權(quán)利要求1所述的相機，其中，通過相機用戶控制，所述顯示區(qū)域在所述聚焦模式和所述分析模式之間可以手動切換。
12.如權(quán)利要求1所述的相機，其中，所述分析模式的混合比率使得在所述合成圖像中的IR圖像的百分比為100％。
13.如權(quán)利要求1所述的相機，其中，所述聚焦模式的混合比率使得在所述合成圖像中的VL圖像的百分比為100％。
14.如權(quán)利要求1所述的相機，其中，在所述聚焦模式中，在所述合成圖像中的IR圖像的百分比從50％變化到100％。
15.如權(quán)利要求1所述的相機，其中，在所述聚焦模式中，在所述合成圖像中的VL圖像的百分比從0％變化到50％。
16.如權(quán)利要求1所述的相機，其中，將所疊加和混合的VL和IR圖像配準在一起。
17.如權(quán)利要求1所述的相機，其中，所述VL傳感器和IR傳感器每個都包括傳感器陣列。
18.如權(quán)利要求1所述的相機，其中，所述混合是alpha混合。
19.如權(quán)利要求1所述的相機，其中，所述聚焦模式和分析模式的混合比率是預(yù)置的混合比率、用戶定義的混合比率、由所述用戶最后使用的用戶混合比率中的一種。
20.一種生成可見光(VL)圖像和紅外(IR)圖像的相機，所述相機包括VL相機模塊，其具有VL光學(xué)器件并適合于采集VL圖像；IR相機模塊，其具有IR光學(xué)器件并適合于采集IR圖像；以及顯示區(qū)域，用于顯示合成圖像，所述合成圖像包括所述VL圖像的至少一部分，和與所述VL圖像疊加并采用第一和第二模式中的一種與其進行混合的IR圖像，所述模式是在所述混合合成圖像中VL圖像與IR圖像的量的特定比率，所述第一模式的混合比率與所述第二模式的比率不同，其適合于分析所述目標景象和使得所述目標景象顯像，所述第二模式的混合比率適合于在所述顯示區(qū)域上對所述VL和IR圖像進行配準，所述IR圖像和VL圖像可以在所述顯示區(qū)域上彼此相對地進行平移，用于在所述顯示區(qū)域中對所述IR圖像和VL圖像進行配準，所述顯示區(qū)域可以在所述第一模式和第二模式之間來回切換。
21.如權(quán)利要求20所述的相機，其中，所述第一和第二模式分別是分析和聚焦模式。
22.如權(quán)利要求20所述的相機，其中，所述IR光學(xué)器件是可聚焦的。
23.如權(quán)利要求22所述的相機，其中，對所述IR光學(xué)器件進行聚焦是將所述IR圖像相對于所述VL圖像進行平移。
24.如權(quán)利要求23所述的相機，其中，針對使所述IR光學(xué)器件聚焦的檢測，使得切換到所述第二模式。
25.如權(quán)利要求20所述的相機，其中，相機控制機構(gòu)的激勵對所述IR圖像進行平移。
26.如權(quán)利要求20所述的相機，其中，所述相機控制的激勵，使得切換到所述第二模式。
27.如權(quán)利要求20所述的相機，其中，所述VL光學(xué)器件和IR光學(xué)器件具有獨立的視場，從而使得目標景象的VL和IR圖像具有視差。
28.如權(quán)利要求27所述的相機，其中，所述IR圖像的平移校正所述視差。
29.具有一種計算機可讀介質(zhì)的相機，所述計算機可讀介質(zhì)是采用用于執(zhí)行操作相機顯示屏的一種方法的指令進行編程的，所述相機顯示屏用于顯示目標景象的疊加并且混合的可見光(VL)圖像和紅外(IR)圖像的合成圖像，所述介質(zhì)包含的指令使得可編程處理器檢測相機參數(shù)中的變化，所述相機參數(shù)中的變化指示了對于使用在所述混合合成圖像中IR圖像與VL圖像的量的第一比率來顯示所述合成圖像的期望；顯示采用所述第一比率的合成圖像；確定在一段時間內(nèi)在所述相機參數(shù)中沒有變化；以及在確定所述沒有變化之后，將所述合成圖像顯示的比率改變?yōu)榈诙嚷省?br> 30.如權(quán)利要求29所述的相機，還包括用于最初將所述相機顯示屏設(shè)置為所述第一比率的指令。
31.如權(quán)利要求29所述的相機，還包括于最初將所述相機顯示屏設(shè)置為所述第二比率的指令。
32.如權(quán)利要求29所述的相機，其中，所述相機參數(shù)是與所述IR圖像相關(guān)聯(lián)的光學(xué)器件的聚焦位置。
33.如權(quán)利要求29所述的相機，其中，所述相機參數(shù)是專用的相機來回切換的開關(guān)。
34.如權(quán)利要求29所述的相機，其中，所述第二比率是在緊接著采用所述第一比率的所述合成圖像的顯示之前所使用的比率。
35.具有一種計算機可讀介質(zhì)的相機，所述計算機可讀介質(zhì)是采用用于對相機顯示屏進行模式切換的一種方法的指令進行編程的，所述相機顯示屏用于顯示采用分析模式和聚焦模式中的一種所疊加并alpha混合的目標景象的可見光(VL)圖像和紅外(IR)圖像的合成圖像，所述模式是在所述alpha混合合成圖像中VL圖像與IR圖像的量的特定比率，所述分析模式的alpha混合比率比所述聚焦模式的比率相對較高，并適合于分析所述目標景象和使得所述目標景象顯像，所述聚焦模式alpha混合比率適合于對所述VL和IR圖像中的至少一個進行聚焦，所述介質(zhì)包含的指令使得可編程處理器檢測相機參數(shù)中的變化，所述相機參數(shù)中的變化指示了對于使用聚焦的期望；在檢測到所述相機參數(shù)中的變化之后，將所述相機顯示屏切換到所述聚焦模式；以及在沒有檢測到在所述相機參數(shù)中的變化之后的一段時間，將所述相機顯示屏切換到所述分析模式。
全文摘要
能夠目標景象的采集可見光圖像和紅外圖像的相機。所述相機包括可聚焦的紅外鏡頭和顯示屏。所述顯示屏提供在聚焦模式或分析模式下的可見光圖像和紅外圖像。在聚焦模式下，目標景象的紅外成像的百分比相對較高，以輔助用戶對紅外圖像進行聚焦。在分析模式下，紅外成像的百分比相對較低，以輔助用戶分析所述目標景象和使得所述目標景象顯像。所述，模式可以手動或者自動地切換。
文檔編號G03B17/12GK101067710SQ200710004000
公開日2007年11月7日 申請日期2007年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月20日
發(fā)明者柯克·R·約翰遜, 托馬斯·J·麥克馬納斯 申請人:紅外線解決方案公司