无人机传感器与检测技术课件：红外热成像传感器认知与应用

红外热成像传感器认知与应用项目描述自从1800年英国著名的物理学家赫胥尔发现了红外射线后，红外技术为人类生活做出了巨大贡献，应用领域广阔，比如：侦测火灾、检查故障、鉴定真伪。最早的红外热成像装置于1964年由美国的德克萨斯仪器公司研发成功，在此之后，红外成像技术突飞猛进，红外产品种类繁多，生产规模也迅速扩大，也象征着红外技术的应用发展到达了一个新的台阶。本项目拟通过热外热成像传感器及特性的调研、无人机载热像仪及特性的调研、无人机载热像仪操作和红外热成像传感器应用场景调研四个工作任务，使学生了解红外热成像传感器的结构、原理，掌握无人机载红外热像仪的使用方法及应用场景，并增强学生规范操作、团队协作意识。任务一红外热成像传感器认知任务描述

根据弗朗克辐射定理，自然界中，所有温度在绝对零度(-273℃)以上的物体，都会不停地发出红外辐射(或热辐射)。利用红外热成像传感器测定目标的本身和背景之间的红外线差可以得到不同的红外图像，热红外线形成的图像称为热图像。本任务要求调研红外热成像传感器的型号与特性。本任务要求调研红外热成像传感器的型号与特性。任务实施1）课前准备红外热成像传感器，包括手持测温枪、手持红外热成像仪等。2）熟悉光谱分布图、热成像技术、热成像系统组成、工作原理等相关概念。3）按照热成像系统分类，选定调研的目标型号。4）根据目标型号，查阅并收集资料。5）对初步整理的资料进行分析研究，运用比较法、归纳法及推理等手段，总结红外热成像传感器的特性，填写表6-1。一、光谱分布图热红外线知识链接温度在绝对零度(-273℃)以上的物体，都会不停地发出红外辐射(或热辐射)把人眼不能直接看到的目标表面温度分布，变成人眼可以看到的代表目标表面温度分布的热图像。红外热成像功能二、热成像技术热成像仪1.热成像系统的组成成像测温装置红外光学系统红外探测器图像采集处理及控制系统监视器冷却系统红外光学系统滤除各种杂散光信号红外探测器将感应到的红外光信号转换为电信号输出图像采集处理及控制模块实现探测器信号的采集处理并完成对整个系统的控制冷却系统为红外探测器冷却到合适的温度监视器用于观察采集处理后的图像2.热成像仪的工作原理组成光学系统扫描机构红外探测器前置放大器视频信号预处理电路显示记录系统和外围辅助装置工作原理3.红外探测器的分类按红外辐射与探测器的作用方式分按照工作温度分光子型探测器热探测器制冷型探测器非制冷型探测器按照敏感元的数量单元探测器线列探测器焦平面探测器按照响应波长短波红外探测器中波红外探测器长波红外探测器4.热成像系统性能参数红外探测器类型01工作波段02视场角04温度分辨率05空间分辨率06帧频07显示记录方式08测温范围03使用环境温度范围09热成像技术发展简史最早的红外探测器1800年，Herschel用的涂墨水银温度计。二战时期新材料、新的微加工工艺带动了高性能探测器的更迭知识拓展红外探测器的发展时间：20世纪60年代中期以前；探测器：硫化铅(PbS)、锑化铟(InSb)及锗掺汞(Ge：Hg)；工作波段：1~3μm和8~12μm；优缺点：抗干扰能力差第三阶段第一阶段第二阶段时间：20世纪60年代中期至70年代中期；出现红外成像技术；工作波段：3-5μm；优缺点：应用多远红外热成像系统时间：20世纪70年代至今；探测器：碲镉汞(HgCdTe)；工作波段：3-5μm或8~14μm；优缺点：试制成人工控制晶体结构的超晶格多量子阱红外探测器第一代红外热成像系统主要由红外探测器(含致冷器)、光机扫描器、信号处理电路和视频显示器组成。第二代第三代第四代热成像系统采用位于光学系统焦平面、具有n×m元且带有信号处理的面阵探测器，即红外焦平面探测器列阵。这种焦平面列阵的优点是既能在焦平面上封装高密度探测器，又能在焦平面上进行信号处理。红外焦平面凝视式列阵，被称为第三代红外热成像器件，技术日趋成熟。除32×32和64×64元凝视式中波红外列阵外，512×512元高密度CMT列阵已经问世。是红外热成像探测器的非致冷阵列热电探测器，可以在室温下工作,一般不需要致冷器,不需要机械扫描装置;质量轻、功耗小、可靠性好比较红外热成像传感器认知与应用任务二无人机用红外热像仪认知任务描述

与有人飞行器相比，无人机成本低，机动性能好，能够执行低能见度、低云层的低空飞行，安全性好，可显著增加每天可飞时间、加快作业进度，因此，无人机近年来得到了迅速发展。无人机可搭载可见光相机和红外热像仪进行航拍。热像仪通过探测物体本身发出的红外线，对景物温度分布进行成像，提供了比可见光相机更多的信息，可用于夜视追踪、搜寻救援、设备巡检等众多领域。本任务要求调研无人机载红外热像仪的型号与特性。任务实施1）课前准备无人机载红外热像仪，包括大疆禅思XT系列红外热成像云台相机、御2双光版等。2）熟悉XM6A无人机载热像仪、XT系列红外热成像云台相机等技术参数。3）按照无人机载热像仪的参数规格，选定调研的目标型号。4）根据目标型号，查阅并收集资料。5）对初步整理的资料进行分析研究，运用比较法、归纳法及推理等手段，总结无人机载红外热像仪的特性，填写表6-4。一、XM6A无人机载红外热成像仪知识链接电气接口接口参数以太网100M以太网，R45接口HDMIMicroHDMI接口，输出支持1080P模拟视频PAL/NTSC串口可用于控制存储、对焦、调色板等I/O输入33V下降沿触发抓图或录像PPM支持PWM支持存储可插拔TF卡，容量32G电源DC12V功耗2.5W二、大疆禅思XT系列红外热成像云台相机项目内容热成像传感器非制冷型氧化钒（VOx）微测辐射热计尺寸1055mm×101mm×83mm质量387g像元间距17μm分辨率640×512光谱范围8~14μm镜头焦距19mm视场角32º×26º（f/1.1）工作温度-20℃至+50℃场景温度范围-40℃至+150℃云台参数角度抖动量±0.025º可控转动范围俯仰：-120º至+30º，平移：±302º最大控制转速俯仰：90º/s，平移：90º/s手持热像仪01知识拓展020304红外热成像传感器认知与应用任务三无人机载红外热像仪的基础操作任务描述

DJI禅思XT2与DIPilotApp连接后，在相机界面可预览拍摄画面，如右图所示。完成无人机载红外热像仪的基础操作与参数配置是本任务的要求。任务实施1）课前准备DJI禅思XT2相机，M100无人机，无人机电池等。2）熟悉DJI禅思XT2相机界面、DIPilotApp的操作与使用。3）选定任务目标，操作DJI禅思XT2相机对目标进行拍摄操作。4）调节配置参数并获取拍摄画面。5）针对任务目标的特点，记录并总结机载红外热像仪的参数配置，填写表6-10。聚焦云台工作模式数字变焦开启FFC显示模式辅助设置相机设置录像/拍照切换拍照键回放DJI禅思XT2与DIPilotApp连接知识链接快速跟踪

高温跟踪画中画模式融合显示调色板等温线搜人知识拓展ThermoVison红外热像仪红外热成像传感器认知与应用任务四无人机载红外热像仪的应用任务描述

近年来，随着低空无人机遥感技术的发展，热红外成像仪体积的缩小和温度灵敏度的提高，无人机搭载热红外成像仪已经广泛应用到各个领域中。红外热成像技术应用领域见表6-12。本任务要求调研无人机载红外热像仪的应用场景与工作流程。任务实施1）课前准备无人机载红外热像仪，包括大疆禅思XT系列红外热成像云台相机、御2双光版等。2）熟悉输电线路巡检、农作物温度监测、光伏组件巡检、工业管道巡检等场景要求。3）分析不同应用场景中无人机载热像仪设备的参数要求，了解应用场景的工作流程。4）选定任务场景及无人机载热像仪设备，查阅并收集资料。5）对初步整理的资料进行分析研究，运用比较法、归纳法及推理等手段，总结无人机载红外热像仪的应用场