本發(fā)明涉及一種手提式智能熱象儀，它是傳統(tǒng)的紅外光機掃描成象技術(shù)同先進的計算機技術(shù)的有效結(jié)合。

隨著熱象儀應(yīng)用領(lǐng)域和場所的不斷增加，同時為著及時、準確、真實地顯示熱象儀的測量結(jié)果，熱象儀正朝著小型、智能化的方向發(fā)展。目前小型、智能化的熱象儀在國際上處于領(lǐng)先地位的有兩家，一家是瑞典的AGA系統(tǒng)，一家是美國的休斯公司Probeye4000系列熱象儀。前者是一種手提式熱成象系統(tǒng)，在該系列產(chǎn)品中近來也發(fā)展了一些計算機處理系統(tǒng)，用以實現(xiàn)熱圖象的數(shù)字化，圖象處理和電視制式顯示。但是這些配套的數(shù)字處理系統(tǒng)尚屬座機型，并且體積也大，從而損害了AGA熱象儀本身具有的手提式的特點，也就是說，就整體而言它還不是一種手提式智能熱象儀。這種熱象儀現(xiàn)場使用不便，更不適合野外操作（參見“AGAThermovisionDigi－talImageProcessingSystem）。后者是一種具有智能化特點的小型熱象儀，帶有多種功能鍵，電視制式熱圖象顯示。然而該系統(tǒng)缺乏人機對話和數(shù)字處理圖象的功能，而且也不具有手提式的特點（參見“ProbeyeThermalVideoSystemSeries4000OperationManual”）?？傊?，以上兩種熱象儀在輕便實用或儀器智能化方面以及兩者的結(jié)合上還顯得不夠完美，特別是微處理機的作用還有待充分發(fā)揮。

本發(fā)明的目的在于克服上述兩種熱象儀的不足，提供一種既輕便實用（適合現(xiàn)場操作，特別適合野外使用），又充分智能化的新型熱象儀——手提式智能熱象儀。

依據(jù)本發(fā)明設(shè)計的儀器由光學(xué)頭部、微處理機和電視監(jiān)視器三個部分組成。其主要技術(shù)措施是：整體設(shè)計的手提方式，即光學(xué)頭部、微處理機和電視監(jiān)示器的形狀、體積和重量均設(shè)計為適合手提，其中光學(xué)頭部的下方還配有手柄。與手提式的設(shè)計要求相適合，儀器的光學(xué)頭部和微處理機都按“占居空間小，具備功能多”的要求作了多種處理。其中，光學(xué)頭部的掃描系統(tǒng)采用了無刷直流電機直接驅(qū)動的外轉(zhuǎn)子形式的八面反射棱鏡作水平方向掃描，采用由步進馬達驅(qū)動并作往復(fù)擺動的反射平面鏡作垂直方向掃描。此掃描系統(tǒng)位于紅外探測器透鏡的物方空間，當光學(xué)頭部配上望遠鏡時，它又位于光學(xué)系統(tǒng)的平行光束之中。微處理機則設(shè)置了兩個圖象存貯區(qū)，其中一個為雙通道的圖象緩沖區(qū)。其總線切換由微處理機內(nèi)定時器控制，系統(tǒng)的中央處理器對該緩沖區(qū)占有92％的總線時間。微處理機還設(shè)置了實現(xiàn)人機對話的光標；控制連續(xù)方式輸入熱圖象或者僅輸入一輻熱圖象的電路；實現(xiàn)實時顯示熱圖象的存貯器直接存取電路；使用盒式錄音帶記錄和回放熱圖象的錄音機接口、打印熱圖象硬拷貝接口和通訊接口。

以下結(jié)合附圖對發(fā)明作進一步的詳細描述。

圖1是根據(jù)發(fā)明主題設(shè)計的儀器整體配置圖。

圖2是儀器光學(xué)頭部的光學(xué)系統(tǒng)圖。

圖3是顯示儀器微處理機部分的工作原理框圖。

參照圖1，可以明白地看到本發(fā)明三個組成部分的相互配置，清楚地了解到它的整體設(shè)計。儀器的三個組成部分均為手提式。其中光學(xué)頭部體積為220×130×140mm3，重量為2.5kg，下面配有手柄和可拆卸的支架。微處理機體積為400×300×100mm3，重量為7kg，電視監(jiān)示器體積為330×105×109mm3，重量為2.5kg。

下邊參照圖2詳細闡述儀器光學(xué)頭部的光學(xué)系統(tǒng)。在圖2中，反射平面鏡〔1〕和八面反射棱鏡〔2〕組成光機掃描系統(tǒng)。來自物體的紅外線首先經(jīng)過光機掃描系統(tǒng)，然后由透鏡〔3〕聚焦在紅外探測器〔4〕上。本發(fā)明的光機掃描系統(tǒng)顯示了獨特的設(shè)計。其水平掃描由一個高速旋轉(zhuǎn)的八面反射棱鏡〔2〕來實現(xiàn)，其轉(zhuǎn)動軸〔5〕跟透鏡光軸成67.5°，11000轉(zhuǎn)／分，垂直掃描利用一塊反射平面鏡繞軸〔6〕的擺動，實現(xiàn)一種雙向掃描方式，具有90％以上的掃描效率，擺動頻率為5周／秒。反射平面鏡〔1〕擺動的位置使得垂直方向上視場中心跟透鏡的光軸平行，在八面反射棱鏡〔2〕和反射平面鏡〔1〕之間跟透鏡光軸成45°。這種設(shè)計使得較小的體積和良好的成象質(zhì)量的要求獲得較為完美的解決，其最大的幾何失真在3％。

驅(qū)動八面反射棱鏡〔2〕是一種新型的專為本發(fā)明設(shè)計的無刷直流電機，具有體積小、轉(zhuǎn)換效率高、壽命長的良好性能。其為外轉(zhuǎn)子形式。反射平面鏡〔1〕由步進馬達驅(qū)動，其時鐘跟八面反射棱鏡〔2〕的轉(zhuǎn)動相關(guān)聯(lián)，每轉(zhuǎn)過一面，步進馬達走一步。在進行雙向掃描時，由于步進馬達的特殊作用，使得系統(tǒng)的掃描線在視場的垂直方向保持不變，往返相互重合。因而即使電視監(jiān)示器的掃描方式跟光機掃描方式不一致，熱圖象的顯示質(zhì)量也不會受影響。另外，步進馬達跟蹤八面反射棱鏡〔2〕轉(zhuǎn)動帶來的另一個好處是，當電源的變化影響到棱鏡的轉(zhuǎn)速時，不影響它們之間的同步關(guān)系，可獲得同樣好的成象質(zhì)量。

光學(xué)頭部內(nèi)還有紅外探測器的前置放大器，溫度補償電路以及同步脈沖的整形和驅(qū)動電路，這里無須贅述。

下邊詳細闡述微處理機的工作原理。參見圖3。微處理機的中央處理器為Z－80A，時鐘頻率為4兆赫，配有14KBROM和22KBRAM。具有一個32鍵鍵盤和一個六位數(shù)字的顯示板，32個功能鍵有上下檔功能之分。其中保存了Z－80單板機的主要操作功能，用戶可以自行編制軟件，功能鍵內(nèi)留有用戶可自行定義的鍵功能。在不應(yīng)用熱象儀系統(tǒng)時，該微處理機可以當作高級單板機使用，做到一機多用。

微處理機配有記錄、傳輸圖象信息的多種接口：盒式錄音機的輸入輸出接口專為圖象信息或者內(nèi)存內(nèi)容的記錄和回收而設(shè)計，速率為600波特；打印機接口用于輸出圖象硬拷貝，或者其他數(shù)值結(jié)果；還有和其他計算機系統(tǒng)通訊用的RS－232C串行接口或者通用并行接口。

其中圖象輸入接口擔負著把光學(xué)頭部輸出的溫度圖象信號，轉(zhuǎn)換為數(shù)字量并輸入計算機內(nèi)存。它具有采樣頻率為800千赫的高速模／數(shù)轉(zhuǎn)換電路，輸入內(nèi)存采用存貯器直接存取的方式，由Z－80A系列可編程的DMA芯片來完成此功能，其靈活多樣的可編程性能使得雙向幀掃描的信息處理變得簡單方便，節(jié)省了許多硬件。在高速模／數(shù)轉(zhuǎn)換電路的輸入端設(shè)計有一個多路轉(zhuǎn)換開關(guān)，在每一幀周期內(nèi)，除了輸入溫度圖象信號之外，通過此轉(zhuǎn)換開關(guān)的切換還輸入了表征此熱圖象的溫度范圍、中心溫度和環(huán)境溫度等數(shù)據(jù)。這些幀圖象信息的輸入由一個控制電路實現(xiàn)。鍵盤上有二個控制鍵：“連續(xù)”和“單幅”。按“連續(xù)”鍵，電路連續(xù)不斷地輸入熱圖象，進行動態(tài)實時顯示。按“單幅”鍵，僅輸入一幅完整的圖象。

微處理機的內(nèi)存內(nèi)配有二個圖象存貯區(qū)。其中一個作后備用。（暫時存貯一幅圖象）。另一個為圖象緩沖區(qū)，容量比前者大，除了包含一幅圖象信息之外，還包含了彩帶和字符顯示區(qū)域。光學(xué)頭部輸出的溫度圖象信號通過圖象輸入接口后進入此圖象緩沖區(qū)。微處理機的另一個重要接口圖象輸出接口，從此圖象緩沖區(qū)讀取信息。在微處理機的定時器的控制下，使圖象的輸入、輸出互不干擾，實現(xiàn)熱圖象的實時顯示。圖象輸出接口也采用存貯器直接存取的方法，由另一片可編程的Z－80ADMA芯片來實現(xiàn)。

圖象緩沖區(qū)具有特殊的雙通道結(jié)構(gòu)，一個通道為中央處理器所用，另一個為輸出存貯器直接存取芯片所用?？偩€的切換由定時器控制，切換周期為8個機器周期，其中6個機器周期為中央處理器所占用，2個機器周期為DMA芯片占用。DMA芯片一次讀四個字節(jié)的信息。定時器產(chǎn)生場內(nèi)隔行消隱的電視兼用制式，控制輸出DMA芯片，形成視頻信號，除了電視顯示的行周期內(nèi)圖象緩沖區(qū)的總線需切換外，其余時間均由中央處理器占有總線，因而中央處理器對圖象緩沖區(qū)的工作效率可達到92％。在獲得中央處理器高工作效率的條件下，現(xiàn)場進行熱圖象處理才能成為可能并具有實用價值。

由圖象輸出接口從圖象緩沖區(qū)讀出的熱圖象信號進入數(shù)／模轉(zhuǎn)換和偽彩色編碼電路，成為跟我國電視制式兼用的熱圖象電視信號，其中R、G、B和復(fù)合同步信號可輸入彩色監(jiān)示器，進行偽彩色熱圖象顯示，另外備有Y全電視信號，可同時供黑白電視顯示或錄象用。

依據(jù)本發(fā)明所設(shè)計的儀器具有多種圖象處理功能。這些功能不僅得到系統(tǒng)軟件的支持，而且也在系統(tǒng)硬件設(shè)計上加以了保證。系統(tǒng)的主要軟件包括系統(tǒng)監(jiān)控程序，常用函數(shù)庫（浮點運算），圖象處理軟件包，溫度數(shù)值計算軟件包。系統(tǒng)配有人機對話的工具——光標。當進入光標操作之后，在標準的數(shù)字鍵盤上以數(shù)字5鍵為中心，按動周圍八個鍵，可以得到八個移動方向。數(shù)字5鍵的作用是讓光標移動后留下軌跡，讓其他圖象處理程序據(jù)以識別采樣區(qū)。數(shù)字0鍵取消數(shù)字5鍵的功能，光標移動后不留軌跡。光標還可以由數(shù)字F鍵控制一步一步地移動，便于曲線的最后閉合。操縱光標可以勾劃出圖象上需要分析計算的任意形狀采樣區(qū)域，然后由積分程序?qū)υ搮^(qū)域工作，求出該區(qū)域的溫度分布直方圖，以及根據(jù)直方圖得到的其他物理量等等。操縱光標可以得到某一曲線上的溫度分布，還可以進行圖象單元信息的讀出和修改。系統(tǒng)的圖象處理軟件還有：算子運算、光滑濾波、等溫線、等溫區(qū)、圖象放大、波形顯示、信號疊加等。

本發(fā)明的電視監(jiān)視器部分采用了4吋SONYPVM－4000P型彩色監(jiān)示器，與光學(xué)頭部、微處理機相匹配，構(gòu)成一個輕便的整體。

按本發(fā)明實現(xiàn)的手提式智能熱象儀，其主要技術(shù)指標如下：

測量溫度范圍－30℃～1500℃

溫度分辨率0.2℃

視場范圍20°×20°

象元數(shù)目128×128

幀頻10幀／秒

探測器光導(dǎo)型碲鎘汞（77K）

本發(fā)明具有如下優(yōu)點：

（1）.真正做到輕便實用，便于攜帶，便于操作，適用現(xiàn)場特別是野外使用。

（2）.具有實時顯示電視制式熱圖象的本領(lǐng)。

（3）.輸出R、G、B彩色電視信號，同時可進行黑白圖象的顯示或錄象。

（4）.具有多種數(shù)字圖象處理功能和人機對話工具——光標。

（5）.能夠進行溫度的數(shù)值運算，并可打印結(jié)果。

（6）.可打印熱圖象的硬拷貝。

（7）.具有通用的通訊接口，能夠跟其他任何計算機系統(tǒng)相聯(lián)接，實現(xiàn)信息傳遞。

（8）.熱圖象信息可以通過接口記錄在盒式錄音磁帶上，可以回放。

（9）.儀器的微處理機具有一機多用的功能。微處理機在設(shè)計上使其包含了普通單板機的效用，用戶可適應(yīng)具體應(yīng)用需要，自行編程，定義功能鍵操作。

（10）.比進口同類儀器大大降低了成本。