可见光与红外系统
热红外与可见光的联合标定
热红外与可见光的联合标定
首先，热红外和可见光相机的联合标定需要进行内部参数和外
部参数的标定。
内部参数包括相机的焦距、主点位置等内部特性，
而外部参数包括相机的位置和姿态等外部特性。
这些参数的标定可
以通过使用特定的标定板或者特征点来实现。
其次，联合标定还需要考虑两种相机成像结果之间的对应关系。
这可以通过在场景中放置特定的标定板或者特征点，并利用这些标
定目标在两种成像结果中的位置来建立对应关系。
另外，联合标定还需要考虑两种成像结果之间的畸变校正。
热
红外和可见光相机都会存在一定程度的畸变，需要对这些畸变进行
校正，以保证两种成像结果之间的准确对应关系。
最后，联合标定的结果可以用于将热红外和可见光成像结果进
行融合，从而得到更丰富和更准确的信息。
这种融合可以用于改善
目标检测、跟踪和识别的性能，提高系统在复杂环境下的适用性。
总的来说，热红外与可见光的联合标定是一个复杂而重要的过程，它可以将两种不同波段的成像结果进行关联和校准，为各种应
用提供更丰富和更准确的信息。
在实际应用中，联合标定的精度和
稳定性对系统的性能有着重要的影响，因此需要综合考虑各种因素，并采用合适的方法和工具来实现联合标定的目的。
可见光、红外一体化两用相机的光学设计
系统 的 重量和 体积 ， 可使 其在 运行轨 道 上 实现 一 星 两用。
ห้องสมุดไป่ตู้
关键 词 ：可见 光 ； 红 外 ； 折 轴三反 ； 主 聚焦 ； 切换
中 图 分 类 号 ： Ｂ１３ Ｔ ３ 文 献 标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１０ — ２ ６２ １ ）０ １９ — ５ ０ ７ ２ ７ （０ １１— ９２ ０
摘 要 ：主要介 绍 可见 光与 红外一体 化 两 用相 机 的光 学 系统设 计 。可见 光 、 红外波段 公 用 口径 为 ｌ ｍ
的 主 镜 ， 见 光 波段 ４ ０ ９ ０ ｍ， 用 折 轴 三 反 系 统 ， 距 Ａ＝ ２０ ， 场 １５ × ． ， 用 Ｔ Ｉ Ｃ 可 ５ ～ ０ 采 ｎ 焦 １．ｍ 视 ． 。 ０５。 选 Ｄ Ｃ Ｄ；
红外光可见光融合处理
红外光可见光融合处理
红外光和可见光是两种不同波长的光，它们在物理特性和应用领域上有很大的差异。
然而，通过红外光和可见光的融合处理，可以实现更加全面和准确的信息获取和分析，具有广泛的应用前景。
红外光和可见光的融合处理可以通过多种技术实现，其中最常用的是图像融合技术。
图像融合技术是将多幅图像融合成一幅图像的过程，可以通过像素级、特征级和决策级等不同的融合方法实现。
在红外光和可见光的融合处理中，常用的是像素级融合方法，即将两幅图像的像素点进行加权平均，得到一幅新的融合图像。
红外光和可见光的融合处理可以应用于多个领域。
在军事领域，红外光和可见光的融合处理可以用于夜视仪和导弹制导系统等设备中，提高目标识别和跟踪的准确性。
在环境监测领域，红外光和可见光的融合处理可以用于火灾监测和空气质量监测等方面，提高监测的精度和效率。
在医疗领域，红外光和可见光的融合处理可以用于皮肤病的诊断和治疗等方面，提高医疗的准确性和效果。
红外光和可见光的融合处理还可以应用于智能交通领域。
通过红外光和可见光的融合处理，可以实现对车辆和行人的智能识别和跟踪，提高交通安全和效率。
此外，红外光和可见光的融合处理还可以应用于
无人机和机器人等智能设备中，提高其对环境的感知和控制能力。
总之，红外光和可见光的融合处理是一种重要的信息处理技术，具有广泛的应用前景。
通过红外光和可见光的融合处理，可以实现更加全面和准确的信息获取和分析，为各个领域的发展提供有力的支持。
遥感科学-第六章-可见光-近红外遥感
光学遥感系统
可见光 — 反射红外遥感
光学 遥感 系统
热红外遥感
摄影系统 — 照相机 —
黑白 天然彩色 红外 彩红外 其它
电子扫描系统 — TV 摄象机
扫描系统
光机扫描系统 推扫式扫描系统
LANDSAT / MSS LANDSAT / TM、ETM+ NOAA / AVHRR FY / AVHRR
SPOT / HRG CBERS-1、2 等
1．成像原理 2．Landsat/TM、ASTER、AVHRR、风云卫星、MODIS
二. 推扫式扫描系统 ( Push—broom Scanning System ) 1． 成像原理 2．SPOT、QickBird、IKONOS、CBERS-1、BEIJING-1
三. 成像光谱 ( Imaging Spectrome越低变形 越大。
顶视 侧视
象主点
+
地图--正射投影
摄影图像--中心投影
摄影系统的优势
• 空间分辨率高； • 立体像对，利于精确地测量与分析； • 高度的灵活性、实用性、成本低（相对 于造卫星而言）； • …… 因此，尽管摄影系统与多波段扫描系统相比，胶 片的光谱响应范围要窄得多，但仍有很大的应用领域， 被广泛应用，并派生出一门技术成熟的 航空摄影测 量学。
盐碱地、沙地为白色、黄白色。云和雪均呈亮白色。 居民地（城区），因多为水泥材料，青灰屋顶反射兰、绿光 且反射率较低，而呈灰蓝色，若为红瓦房反射较强的红光、红 外光而呈淡黄色。
土壤 植物 水
波 长（m）
彩色合成
―天然”彩色合成：
可见光 R、 G 、B 波段----（ RGB ） ， 如，TM 3、2、1 （ RGB ） ；
可见光红外光学系统的制作方法 专利
可见光红外光学系统的制作方法专利【导语】可见光红外光学系统在众多领域都有广泛应用，如天文学、遥感探测、军事观察等。
这类系统的制作方法涉及到精密的工艺和专利技术。
以下将详细介绍一种可见光红外光学系统的制作方法，供大家参考。
【正文】一、可见光红外光学系统的定义可见光红外光学系统是一种能够同时探测可见光和红外光的光学系统。
它通常由光学镜头、探测器、信号处理单元等部分组成。
二、制作方法1.设计光学系统根据应用需求，设计合适的光学系统。
光学系统应包括以下部分：（1）可见光通道：采用高折射率玻璃材料，设计为反射式或折射式光学系统。
（2）红外通道：采用低折射率玻璃材料，设计为反射式光学系统。
2.制造光学元件根据设计图纸，采用以下方法制造光学元件：（1）熔融石英铸造法：用于制造可见光和红外光学元件。
（2）金刚石车削法：用于制造高精度非球面光学元件。
（3）光学镀膜技术：在光学元件表面镀上一层或多层光学薄膜，以满足特定波长范围内的光学性能要求。
3.组装光学系统将制造好的光学元件按照设计要求组装成光学系统。
具体步骤如下：（1）清洁光学元件表面，确保无尘、无污染。
（2）采用光学粘合剂或机械固定方式，将光学元件组装成一体。
（3）调整光学系统，使其满足预定的光学性能指标。
4.调试与检测（1）对光学系统进行调试，确保其在可见光和红外波段都能正常工作。
（2）利用光学检测设备，如干涉仪、光栅光谱仪等，对光学系统进行性能检测。
（3）根据检测结果，对光学系统进行调整，直至满足应用要求。
三、专利技术本制作方法涉及以下专利技术：1.光学设计方法：采用优化算法，实现可见光和红外光的高效耦合。
2.光学元件制造技术：采用金刚石车削法制造高精度非球面光学元件。
3.光学镀膜技术：研发适用于可见光和红外波段的光学薄膜。
4.光学系统调试与检测技术：确保光学系统在可见光和红外波段具有优异性能。
四、应用领域本可见光红外光学系统制作方法可应用于以下领域：1.天文观测：用于探测宇宙中的可见光和红外辐射。
红外技术在军事上的应用
红外技术在军事中的应用
1982年4月─6月，英国和阿根廷之间爆发马尔维 纳斯群岛战争。4月13日半夜，英军攻击承军据 守的最大据点斯坦利港。3000名英军布设的雷区 ，突然出现在阿军防线前。英国的所有枪支、火 炮都配备了红外夜视仪，能够在黑夜中清楚地发 现阿军目标。而阿军却缺少夜视仪，不能发现英 军，只有被动挨打的份。在英军火力准确的打击 下，阿军支持不住，英军趁机发起冲锋。到黎明 时，英军已占领了阿军防线上的几个主要制高点 ，阿军完全处于英军的火力控制下。6月14日晚9 时，14 000名阿军不得不向英军投降。英军领先 红外夜视器材赢得了一场兵力悬殊的战斗。
速度(如0.5秒)，以确保红外诱饵弹能及时在导弹导引头视场内出
现。(3)要求有一定的燃烧持续时间(如4秒左右)，以确保载机能够
脱离敌导弹导引头视场。
红外技术在军事中的应用
红外制导
50年代中期，美、英、法等国相继研制成功“响尾蛇”、“火光 ”和“马特拉”等第一代红外制导的空空战术导弹。
导弹 的红外导引头采用非致冷硫化铅探测器，工作波段1～3微米 。它只能对敌机作尾追攻击，易受阳光干扰。随着红外技术的发 展，红外制导系统日益完善。60年代以后，在三个大气窗口都相 继有了可供实用的红外系统，攻击方式从尾追发展到全向攻击， 制导方式也有了全红外制导(点源制导和成像制导)和复合制导（ 红外/电视、红外/无线电指令、红外/雷达）。
烟火炬型红外诱饵弹应用较广。该弹主装药是一个具有高辐射强
度的红外烟火炬。红外烟火剂一般由可燃物、氧化剂、辐射物质
红外遥控的工作原理
红外遥控的工作原理
红外遥控技术的工作原理是利用红外线信号进行通信和传输。
红外线是一种电磁波，位于可见光谱和微波之间。
它的频率比可见光低，我们的眼睛无法看到。
红外线具有能够穿透空气和透明物体的特性，因此非常适合用于遥控通信。
红外遥控系统由两部分组成：遥控器和接收器。
遥控器通常是手持设备，例如遥控器遥控器和手机应用程序。
接收器通常是嵌入在被控制设备内部的红外接收模块。
当用户按下遥控器上的按钮时，遥控器内部的红外发射器会发射一系列红外信号。
这些信号经过编码后，以一定的频率和脉冲模式传输。
接收器内部的红外接收模块会接收到这些红外信号。
接收模块中的红外传感器会感知到信号，并将其转换为电信号。
接收模块会将电信号传送到接收器的解码电路中。
解码电路会解析接收到的信号，并将其转换成对应的操作指令。
接收器会将解码后的指令通过连接线或无线信号传输到被控制设备的电路板上。
被控制设备的电路板通过识别接收到的指令，执行相应的操作，例如开启、关闭、调节音量等。
总体而言，红外遥控的工作原理是利用红外线进行通信和传输。
发射器发送编码后的红外信号，接收器接收并解码这些信号，然后执行对应的操作指令，实现遥控操作。
红外成像系统的原理
红外成像系统的原理
红外成像系统的原理基于红外辐射的特性。
红外辐射是指电磁波的一种，其波长范围在0.75至1000微米之间，即处于可见光和微波之间。
红外成像系统主要包含红外相机和红外探测器。
红外探测器是系统的核心部件，可以将红外辐射转化为电信号。
其基本原理可分为两种类型：
1. 热辐射探测原理：根据物体的温度差异发出的红外辐射信号来实现成像。
探测器采用热电偶、热敏电阻等物理元件，当红外辐射通过探测器时，探测器的温度会发生变化，进而产生电压或电阻变化，最终转化为电信号。
2. 光学探测原理：利用特定的红外感光材料对红外辐射进行感应和转换。
当红外辐射通过探测器时，探测器材料内的电子会受到激发，从基态跃迁到激发态，形成电荷粒子的分布差异，进而产生电流或电压变化，最终转化为电信号。
红外成像系统通过获取物体在红外波段的辐射信息，经过信号处理和图像处理后，能够显示出物体的显热分布和温度分布，从而实现红外图像的成像。
这种成像技术在安防监控、医学诊断、夜视设备、火灾监测等领域具有广泛的应用。
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3
MT9M034内部功能框图
3
034CMOS图像信息读出原理
CPLD
时钟
034 CMOS 场同步
数据 电源
行同步
MC HS VS DATA
PC 或 平 板
USB 2.0
接口
将配置好的CMOS的行、场、时钟同步信号和数据位分出与CPLD引脚连接，此时CPLD获得 CMOS传出的行时钟,场时钟，像素时钟和12位数字信号。CPLD将12位CMOS数字信号低四位舍 去，留下高八位送给CY7C68013进行传输。
的识别热目标，探测距离远，但是图像对比度差，细节信息不丰富；
1
可见光成像与红外成像区别
(1)可见光图像与红外图像的成像原理不 同，前者依据物体的反射率的不同进行 成像，后者依据物体的温度或辐射率不 同进行成像，因此红外图像的光谱信息 明显不如可见光图像。
光谱范围示意图
(2)可见光图像与红外图像的空间分辨率 不同，一般情况下，前者的空间分辨率 高于后者；
CPLD
配置
控制线
IRFPA
数据 电源
PC
MC HS VS DATA
USB 2.0接口 Nhomakorabea或 平 板
红外图像探测器采用了非制冷红外机芯组件，如图3-18所示。红外机芯的输出接口包括RS232接口、 图像数据以及同步信号（DATA、HS、VS、MC）。当需要配置红外机芯的工作模式时，RS232接口 与PC机连接，配置完成后参数保存在ROM中，掉电不丢失，此时可以断开RS232与PC机的连接。
3
可见光CMOS图像信息读出原理
CMOS图像传感器MT9M034是Aptina公司于
2012年底推出的一款定位于低照度环境成像 探测的高灵敏度、低噪声CMOS图像传感器， 拥有完善的相机功能，例如自动曝光控制、 增益控制、窗口选择、视频模式和单帧模式
MT9M034实物图
等，获取图像的方式有线性模式和高动态模 式两种选择。
THANKS
可见光与红外摄像机构成的双目视 觉系统
目 录
研究的意义与 现代运用
系统总体模块 介绍
红外与可见光成像 简单原理
1
2
3
1
课题的目的与意义
可见光可以充分反映整个场景的细节信息，但是可见光传输易受环境影响，难以穿透雾、雨雪、尘 埃等，探测距离有限。 红外夜视技术是利用热辐射，将超过人眼观测的红外波段信息转换成可见信息。红外技术可以很好
数字图像的行同步信号和场同步信号不需要做处理。机芯产生的红外图像信号为50fps， 由于其场同步信号的消隐期过短，在通过USB传输时，相邻两帧数据之间的时间不足够 USB的开销，因此在CPLD中将场同步信号做1/2分频处理，输入上位机的图像信号为 25fps。
3
红外图像信息读出原理
红外机芯
RS232
3
形形色色的红外产品
（1）红外热像仪是一种利用红外探测器将看不见的红外辐射信号转换成可见图像的被动 成像仪器 （2）红外热像仪直接测量物体表面温度及温度分布. 将物体的温度分布转换为可视的图像。
3
红外焦平面
红外焦平面实物图
红外图像传感器分为制冷型和非制冷型。制冷型具 有信噪比高、成像质量好的特点，但是其通常需要 在很低的温度下才能正常工作，因此，需要为它提 供一个制冷系统，从而加大了整个系统的体积、重 量和成本。随着非制冷型传感器的发展，其信噪比 和成像质量都有很大提高，且可以做出较大的阵列。 在本文设计的系统中要求具有体积小、重量轻、功 耗低的特点。用非
非制冷焦平面热成像技术的特点： 由于没有制冷系统，故具有低成本、低功耗、长寿命、小型化和可靠性等优点， 是当前热成像技术发展和应用的热点之一。
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红外主要参数指标
指标 阵列规模
像元尺寸 帧率 典型热响应时间 典型响应率 工作温度范围 典型功耗 光谱响应
数值 640×512
20μm×20μm 50Hz 10ms 10~20mV/K(可调) -40℃ ~ +60℃ 300mW（不含TEC） 8~14μm
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参数 传感器感光面积 有效像素数量 滤光片阵列类型 快门类型 输入时钟范围 输出最大时钟
MT9M034主要参数指标
典型值 1/3英寸 1280（H）×960（V） RGB彩色或黑白 电子卷帘式快门 6-50MHz(推荐27MHz) 74.25MHz 并行 12bit 12bit或14bit或20bit 最大45fps 最大60fps 1.8V或者2.8V(推荐1.8V) 1.8V 2.8V 270mW（当采用1280×720@60fps线性工作模式并口输出） -30℃~70℃
输出格式 串行HiSPi 1280×960 帧率 1280×720 I/O
供电电压
数字电压 模拟电压 功耗 工作温度
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MT9M034的像素阵列结构
MT9M034的像素阵列共有1412列、1028行，像元尺寸即为3.75m×3.75m。如图所示。其 中暗像素(dark pixels)的向光面是光学不透明的，用于监视暗电平。其中位于上方的12行暗 像素用于暗电平矫正，位于右侧的64列暗像素用于行噪声矫正。有效像素周围环绕的一圈 光虚拟像素(Light dummy pixels)的向光面是光学透明的，用于改善图像的均匀性。
2
系统原理框图
光学 镜头
可见光 CMOS 红外焦 平面
可见光与红 外 图像采集 CPLD/FPGA
CY7 C68013 USB2.0 接口 键盘 电路
PC计算机或 Windows平板
工作过程如下：启动电源后，系统自检，完成对CMOS的配置，然后直接将可见光 MT9M034的数据送68013经USB2口，在计算机屏幕上显示可见光图像，能自动曝光 显示彩色图像。 在可见光图像下用来寻找目标，找到目标后，按键盘切换键，将采集数据换成红外， 计算机显示红外图像。当再按一次切换键，可将图像切换成可见光，继续寻找下一 个测量目标，依此循环。
(3)可见光图像与红外图像对同一景物的灰度差异不同； (4)可见光图像与红外图像的纹理和边缘特征不同；
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二向分光镜
系统方案框图
红外传感器
硬件信号处理
红外与可见光 光线
USB输出
图 像 信 息
红外/可见光 图像
PC端显示
可见光传感器
电路设计以非制冷长波红外机芯和可见光彩色CMOS图像传感器为基础，硬件电路板将实时的两 种图像收集起来，在用户选定好 可见光/红外 图像输出后，采用标准的USB2.0输入输出接口与 PC机相连进行实时图像输出。