本發(fā)明涉及一種紅外融合視覺探測(cè)系統(tǒng)及方法,尤其涉及一種基于光纖束層析及紅外多目視覺的融合視覺探測(cè)方法。

背景技術(shù)：

紅外熱像技術(shù)是利用紅外探測(cè)器將不可見的紅外輻射轉(zhuǎn)換成可見圖像的一種技術(shù)。其發(fā)展初期常采用紅外單元傳感器結(jié)合光機(jī)掃描裝置獲取目標(biāo)紅外圖像。上世紀(jì)八十年代開始，國(guó)際上開始研究并應(yīng)用紅外焦平面陣列(IRFPA)作為熱像儀中的傳感器，包括制冷型及非制冷型IRFPA，及量子阱(QWIP)、量子點(diǎn)(QDIP)等基于量子效應(yīng)的新型探測(cè)器等。國(guó)際上第三代IRFPA已在成像面積、像元規(guī)模及多色成像等方面取得進(jìn)展，如美國(guó)Teledyne公司為NASA 2011年投入使用的韋伯太空望遠(yuǎn)鏡提供了高達(dá)4096×4096像元的碲鎘汞IRFPA；另外1024×1024像元的QWIP中長(zhǎng)波IRFPA及四色I(xiàn)RFPA也已研制成功。

雖然高分辨IRFPA提高了熱圖像的分辨率，但常規(guī)紅外熱像方法只能獲取目標(biāo)局部成像平面熱像圖，其提供的信息有限。目前航空航天、國(guó)防軍事、工業(yè)各部門對(duì)能提供目標(biāo)精確信息的熱像技術(shù)的需求迫切。由于實(shí)際目標(biāo)大都包括部分光學(xué)厚表面或部分處于光學(xué)厚材料構(gòu)成的外界障礙的包圍之中，對(duì)目標(biāo)的紅外立體探測(cè)成為巨大的難題，急需目標(biāo)紅外體熱像的測(cè)量方法與手段。

針對(duì)該問題，本發(fā)明提出一種紅外融合視覺方法，將自由空間光纖束層析(Optical Fiber Bundle Tomography in Free Space，簡(jiǎn)稱OFBT)與多目視覺(Multi-view Vision，簡(jiǎn)稱MV)信息融合。以實(shí)現(xiàn)待測(cè)目標(biāo)立體熱成像并可計(jì)算發(fā)射率、透射率、溫度等物理參數(shù)的三維分布。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于光纖束層析及紅外多目視覺的融合視覺探測(cè)方法。以MV重構(gòu)目標(biāo)表面光學(xué)厚區(qū)域黑體通帶輻射強(qiáng)度分布，并將MV重構(gòu)的目標(biāo)表面不同區(qū)域邊界點(diǎn)坐標(biāo)及其對(duì)應(yīng)的通帶黑體輻射強(qiáng)度作為OFBT約束條件，高精度反演目標(biāo)光學(xué)薄區(qū)域內(nèi)部各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的通帶黑體輻射強(qiáng)度場(chǎng)分布，從而實(shí)現(xiàn)待測(cè)目標(biāo)立體熱成像并計(jì)算出其空間三維熱物理量分布。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣來實(shí)現(xiàn)的，基于光纖束層析及紅外多目視覺的融合視覺探測(cè)的硬件系統(tǒng)主要由測(cè)試平臺(tái)、光纖束層析子系統(tǒng)、紅外視覺子系統(tǒng)、千兆交換機(jī)、計(jì)算機(jī)組成；

其中光纖束層析子系統(tǒng)包含有n個(gè)OFB(即Optical fiber bundle，光纖束)，即從第一個(gè)OFB、第二個(gè)OFB、第三個(gè)OFB一直到第n個(gè)OFB；n個(gè)三角架、n個(gè)空間濾波器；n個(gè)通帶濾光片；n個(gè)長(zhǎng)波器件陣列及其對(duì)應(yīng)的模擬放大器和數(shù)字信號(hào)處理電路；

每個(gè)OFB由p根均勻分布的光纖傳感單元組成。每根光纖傳感單元由傳感頭、輸入耦合器、傳感光纖、輸出耦合器、長(zhǎng)波單元器件組成。屬于一個(gè)OFB的p根光纖傳感單元中的共計(jì)p個(gè)長(zhǎng)波單元器件按順序排列組成一個(gè)長(zhǎng)波器件陣列。光纖傳感單元的傳感頭的外徑與空間濾波器的定位孔的內(nèi)徑相當(dāng)，屬于一個(gè)OFB的根光纖傳感單元中的共計(jì)個(gè)傳感頭作為一組，按順序裝進(jìn)空間濾波器的定位孔中并固定，傳感頭中心開有準(zhǔn)直孔，允許光線沿直線進(jìn)入傳感頭；空間濾波器前裝配同尺寸的通帶濾光片，對(duì)進(jìn)入OFB所有光纖傳感單元的光進(jìn)行通帶濾光；每個(gè)OFB都固定在三角架的云臺(tái)上，其位置可方便調(diào)節(jié)；傳感光纖通過輸入耦合器與傳感頭連接，通過輸出耦合器與長(zhǎng)波單元器件相連；長(zhǎng)波器件陣列的傳感信號(hào)可經(jīng)模擬放大器進(jìn)行放大，再經(jīng)數(shù)字信號(hào)處理電路進(jìn)行處理，處理結(jié)果通過處理端RJ45網(wǎng)絡(luò)接口向外傳送；

紅外視覺子系統(tǒng)包括有m個(gè)紅外視覺模組；測(cè)試平臺(tái)上有m個(gè)平動(dòng)導(dǎo)軌和一個(gè)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌；m個(gè)紅外視覺模組安裝在這m個(gè)平動(dòng)導(dǎo)軌上，可沿平動(dòng)導(dǎo)軌作一維平動(dòng)及繞旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌旋轉(zhuǎn)，到預(yù)期空間及角度位置后可固定；紅外視覺模組主要包含紅外變焦鏡頭和紅外面陣，紅外面陣控制與驅(qū)動(dòng)電路上有傳感端RJ45網(wǎng)絡(luò)接口，紅外圖像數(shù)據(jù)可通過該接口向外傳送；

千兆交換機(jī)將計(jì)算機(jī)、光纖束層析子系統(tǒng)與紅外視覺子系統(tǒng)組成千兆局域網(wǎng)，所有處理端RJ45網(wǎng)絡(luò)接口以及傳感端RJ45網(wǎng)絡(luò)接口及計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)接口都通過雙絞線與千兆交換機(jī)的網(wǎng)絡(luò)接口相連。計(jì)算機(jī)通過該千兆局域網(wǎng)對(duì)光纖束層析子系統(tǒng)與紅外視覺子系統(tǒng)進(jìn)行控制，并獲取光纖束層析子系統(tǒng)的處理結(jié)果及與紅外視覺子系統(tǒng)輸出的紅外圖像數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)、光纖束層析子系統(tǒng)與紅外視覺子系統(tǒng)之間的千兆級(jí)高速數(shù)據(jù)傳輸。

基于光纖束層析及紅外多目視覺的融合視覺探測(cè)方法其步驟為：

(1)采用黑體爐進(jìn)行OFB通帶輻射標(biāo)定

每個(gè)OFB中一根光纖傳感單元探測(cè)一根紅外輻射線，傳感光纖采用紅外光纖(空芯熱紅外元件可低損耗傳輸8～14μm熱紅外輻射)經(jīng)輸出耦合器耦合長(zhǎng)波單元器件實(shí)現(xiàn)通帶光纖束層析數(shù)據(jù)采集，把所受輻射轉(zhuǎn)化為模擬電壓,經(jīng)放大及A/D變換后成為數(shù)字量。

n個(gè)OFB的共計(jì)n乘以p根光纖傳感單元的每個(gè)長(zhǎng)波單元器件位置所對(duì)應(yīng)的通帶黑體輻射強(qiáng)度I_t,j與數(shù)字量的關(guān)系都必須進(jìn)行預(yù)先標(biāo)定，n為大于等于4的整數(shù)，p為大于等于10的整數(shù)的平方，I_t為通帶黑體輻射強(qiáng)度，j為待標(biāo)定的長(zhǎng)波單元器件所屬光纖傳感單元的序號(hào)，采用的方法為：

選擇光纖束層析探測(cè)波長(zhǎng)范圍8～14μm，調(diào)節(jié)黑體爐溫度至某一溫度T，根據(jù)普朗克黑體輻射公式計(jì)算溫度T對(duì)應(yīng)的通帶黑體輻射強(qiáng)度I_t(即黑體溫度T下的輻射曲線在8～14μm范圍的面積)。離黑體爐輻射腔距離L處，固定放置一待標(biāo)定的光纖傳感單元，使其傳感頭端面對(duì)準(zhǔn)并垂直于輻射腔中心，測(cè)得光纖傳感單元輸出數(shù)字量為D。記錄上述的一組參數(shù)值(L,I_t,D)。調(diào)節(jié)黑體爐溫度T，記錄另一組參數(shù)值(L,I_t,D),完成整個(gè)黑體爐溫度范圍的標(biāo)定后，改變L，重復(fù)以上步驟，可實(shí)現(xiàn)不同距離下，不同通帶黑體輻射強(qiáng)度下，光纖傳感單元輸出數(shù)字量的標(biāo)定。由于每根光纖傳感單元的長(zhǎng)波單元器件存在個(gè)體差異，因此需要對(duì)每根光纖傳感單元進(jìn)行標(biāo)定,減小系統(tǒng)誤差。最終完成n個(gè)OFB的共計(jì)n乘以p根光纖傳感單元在不同探測(cè)距離L對(duì)應(yīng)的通帶黑體輻射強(qiáng)度I_t,j與輸出數(shù)字量D的關(guān)系I_t,j＝f₁(L,D,j)，建立OFB通帶輻射數(shù)據(jù)庫。

(2)采用黑體爐進(jìn)行紅外視覺通帶輻射標(biāo)定

為了實(shí)現(xiàn)光纖束層析及紅外多目視覺信息融合，即提供光纖束層析重建的邊界約束條件，必須解決通帶紅外圖像(8～14μm)灰度與通帶黑體輻射強(qiáng)度的轉(zhuǎn)換問題，即進(jìn)行紅外視覺通帶輻射標(biāo)定。

m個(gè)紅外視覺模組中的每個(gè)紅外面陣輸出的紅外圖像組成像素點(diǎn)灰度值G與通帶黑體輻射強(qiáng)度I_t,i的關(guān)系都必須進(jìn)行預(yù)先標(biāo)定，m為大于等于4的整數(shù)，I_t為通帶黑體輻射強(qiáng)度，i為待標(biāo)定的紅外視覺模組的序號(hào)，標(biāo)定方法與步驟(1)類似：

調(diào)節(jié)黑體爐溫度至某一溫度T，根據(jù)普朗克黑體輻射公式計(jì)算溫度T對(duì)應(yīng)的通帶黑體輻射強(qiáng)度I_t(即黑體溫度T下的輻射曲線在8～14μm范圍的面積)。離黑體爐輻射腔距離L處，固定放置一待標(biāo)定的紅外視覺模組，調(diào)節(jié)紅外視覺模組的紅外變焦鏡頭，使其準(zhǔn)確聚焦到黑體爐輻射腔。讀取該紅外視覺模組的紅外面陣輸出的紅外圖像中黑體爐輻射腔部分的平均灰度值G，記錄上述的一組參數(shù)值(L,I_t,G)。調(diào)節(jié)黑體爐溫度T，記錄另一組參數(shù)值(L,I_t,G),完成整個(gè)黑體爐溫度范圍的標(biāo)定后，改變L，重復(fù)以上步驟，可實(shí)現(xiàn)不同距離下，不同通帶黑體輻射強(qiáng)度下，紅外視覺模組輸出的紅外圖像組成像素點(diǎn)灰度值G的標(biāo)定。由于每個(gè)紅外視覺模組的紅外面陣存在個(gè)體差異，因此對(duì)所有的紅外面陣進(jìn)行標(biāo)定,可減小系統(tǒng)誤差。最終完成m個(gè)紅外視覺模組中的共計(jì)m個(gè)紅外面陣在不同探測(cè)距離L下，輸出的紅外圖像(8～14μm)組成像素點(diǎn)灰度值G與通帶黑體輻射強(qiáng)度I_t,i的關(guān)系I_t,i＝f₂(L,G,i)，建立多目紅外視覺通帶輻射數(shù)據(jù)庫。

(3)MV及OFBT數(shù)據(jù)采集

將待測(cè)目標(biāo)放置于測(cè)試平臺(tái)上，在球形空間(相等球半徑R)的不同經(jīng)緯方向角的位置上,由三角架云臺(tái)上的安裝板,固定放置n個(gè)OFB。同時(shí)，m個(gè)紅外視覺模組安裝在m個(gè)平動(dòng)導(dǎo)軌8上，沿平動(dòng)導(dǎo)軌作一維平動(dòng)及繞旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌旋轉(zhuǎn)，直到各平動(dòng)導(dǎo)軌之間的夾角相等，且m個(gè)紅外視覺模組離球形空間球心距離都等于R后可固定，將所有紅外視覺模組的紅外變焦鏡頭的焦點(diǎn)調(diào)至R；

每個(gè)OFB的傳感頭為平行準(zhǔn)直孔結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)既保證直線信號(hào)采集又滿足實(shí)時(shí)性要求。屬于一個(gè)OFB的p根光纖傳感單元中的共計(jì)p個(gè)傳感頭作為一組，按順序裝進(jìn)空間濾波器的定位孔中并固定，傳感頭外徑與定位孔直徑相等，定位孔中心之間的水平與垂直距離相等，可滿足對(duì)待測(cè)目標(biāo)進(jìn)行測(cè)試的空間分辨率要求。

進(jìn)行待測(cè)目標(biāo)的融合視覺測(cè)試，千兆交換機(jī)將計(jì)算機(jī)、光纖束層析子系統(tǒng)與紅外視覺子系統(tǒng)組成千兆局域網(wǎng)，計(jì)算機(jī)通過千兆局域網(wǎng)得到紅外視覺子系統(tǒng)輸出的有關(guān)待測(cè)目標(biāo)不同角度下的m路紅外圖像數(shù)據(jù)，對(duì)每路紅外圖像的所有像素點(diǎn)灰度G，對(duì)照多目紅外視覺通帶輻射數(shù)據(jù)庫I_t,i＝f₂(R,G,i)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，獲得m幅以黑體通帶輻射強(qiáng)度I_t表征的紅外輻射圖像。

同時(shí)，數(shù)字信號(hào)處理電路通過控制電子開關(guān)對(duì)所有n乘以p根光纖傳感單元的每個(gè)長(zhǎng)波單元器件進(jìn)行工作電源的控制，從而實(shí)現(xiàn)以電子快門方式瞬時(shí)啟動(dòng)所有長(zhǎng)波單元器件以采集待測(cè)目標(biāo)進(jìn)入各傳感頭的空間多點(diǎn)通帶輻射強(qiáng)度信號(hào)，同時(shí)各長(zhǎng)波單元器件的輸出端接峰值保持電路，使采集到的空間多點(diǎn)通帶輻射強(qiáng)度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)鎖存在峰值保持電路中。經(jīng)過模擬放大器進(jìn)行放大，再經(jīng)數(shù)字信號(hào)處理電路進(jìn)行處理，對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬信號(hào)至數(shù)字信號(hào)的變換，得到數(shù)字量D，再對(duì)照OFB通帶輻射數(shù)據(jù)庫I_t,j＝f₁(R,D,j)，獲得待測(cè)目標(biāo)空間多點(diǎn)的通帶輻射強(qiáng)度原始數(shù)據(jù)I_t。

(4)融合數(shù)據(jù)處理

對(duì)計(jì)算機(jī)中的m幅以黑體通帶輻射強(qiáng)度I_t表征的紅外輻射圖像，采用Harris算子進(jìn)行不同區(qū)域的角點(diǎn)檢測(cè)，基于紅外通帶光學(xué)薄及光學(xué)厚區(qū)域不同的圖像空域及頻域特征(如灰度、直方圖、紋理、幅頻分布等)進(jìn)行區(qū)域分割，基于極線約束的圖像匹配算法對(duì)m幅進(jìn)行紅外輻射圖像特征角點(diǎn)匹配，重構(gòu)待測(cè)目標(biāo)的表面形貌，以及表面不同區(qū)域邊界三維坐標(biāo)及通帶黑體輻射強(qiáng)度值。根據(jù)重構(gòu)的待測(cè)目標(biāo)的表面不同區(qū)域邊界，對(duì)待測(cè)目標(biāo)進(jìn)行空間分割，即分為紅外通帶光學(xué)薄及光學(xué)厚區(qū)域，對(duì)于光學(xué)厚區(qū)域，直接采用重構(gòu)的待測(cè)目標(biāo)的表面形貌，即完成紅外多目視覺的工作；對(duì)于光學(xué)薄區(qū)域，進(jìn)入下述的光纖束層析空間三維重建：

把由紅外多目視覺重構(gòu)的表面不同區(qū)域邊界三維坐標(biāo)及通帶黑體輻射強(qiáng)度值作為約束，對(duì)步驟(2)中數(shù)字信號(hào)處理電路處理獲得的待測(cè)目標(biāo)空間多點(diǎn)的通帶輻射強(qiáng)度原始數(shù)據(jù)進(jìn)行劃分，對(duì)光學(xué)厚區(qū)域的輻射強(qiáng)度數(shù)據(jù)舍棄，采用光學(xué)薄區(qū)域的通帶輻射強(qiáng)度原始數(shù)據(jù)進(jìn)行光纖束發(fā)射光學(xué)層析的反演計(jì)算。通過層析計(jì)算，可得到待測(cè)目標(biāo)光學(xué)薄區(qū)域內(nèi)部空間各點(diǎn)的通帶輻射強(qiáng)度，從而與光學(xué)厚區(qū)域中，由紅外多目視覺重構(gòu)的待測(cè)目標(biāo)1的表面形貌及其通帶輻射強(qiáng)度相融合，完成整個(gè)待測(cè)目標(biāo)(包括光學(xué)薄區(qū)域及光學(xué)厚區(qū)域)空間三維通帶輻射強(qiáng)度I_t分布的重建，以此為基礎(chǔ)可反演待測(cè)目標(biāo)(包括光學(xué)薄區(qū)域及光學(xué)厚區(qū)域)空間三維溫度、壓強(qiáng)、粒子數(shù)密度等物理量的分布，其三維分布結(jié)果實(shí)時(shí)在計(jì)算機(jī)上顯示，完成整個(gè)融合視覺探測(cè)。

本發(fā)明的有益效果是，克服單一OFBT及MV目標(biāo)三維熱像檢測(cè)的局限，采用MV重建目標(biāo)三維紅外表面形貌，區(qū)分光學(xué)薄與光學(xué)厚區(qū)域，并得到OFBT邊界約束條件；OFBT重建光學(xué)薄區(qū)域內(nèi)部分布；兩者的信息融合解決復(fù)雜對(duì)象的三維熱像檢測(cè)的難題。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的原理圖，圖中：1——待測(cè)目標(biāo)；2——球形空間；3——三角架；4——空間濾波器；5——定位孔；6——第一個(gè)OFB；7——通帶濾光片；8——平動(dòng)導(dǎo)軌；9——第二個(gè)OFB；10——第三個(gè)OFB；11——旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌；12——紅外面陣；13——傳感端RJ45網(wǎng)絡(luò)接口；14——紅外變焦鏡頭；15——第n個(gè)OFB；16——測(cè)試平臺(tái)；17——準(zhǔn)直孔；18——傳感頭；19——傳感光纖；20——輸入耦合器；21——長(zhǎng)波器件陣列；22——模擬放大器；23——數(shù)字信號(hào)處理電路；24——處理端RJ45網(wǎng)絡(luò)接口；25——雙絞線；26——千兆交換機(jī)；27——計(jì)算機(jī)；28——紅外視覺模組；29——輸出耦合器；30——長(zhǎng)波單元器件。

注：OFB即Optical fiber bundle，光纖束；RJ45即Registered Jack 45數(shù)據(jù)傳輸接口；n為OFB的總個(gè)數(shù)。

具體實(shí)施方式

基于光纖束層析及紅外多目視覺的融合視覺探測(cè)的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示,硬件系統(tǒng)主要由測(cè)試平臺(tái)16、光纖束層析子系統(tǒng)、紅外視覺子系統(tǒng)、千兆交換機(jī)26、計(jì)算機(jī)27組成；

其中光纖束層析子系統(tǒng)包含有n個(gè)OFB，即從第一個(gè)OFB 6、第二個(gè)OFB 9、第三個(gè)OFB 10一直到第n個(gè)OFB 15(本實(shí)施例中，n取4)；n個(gè)三角架3、n個(gè)空間濾波器4；n個(gè)通帶濾光片7；n個(gè)長(zhǎng)波器件陣列21及其對(duì)應(yīng)的模擬放大器22和數(shù)字信號(hào)處理電路23；

每個(gè)OFB由p根均勻分布的光纖傳感單元組成。每根光纖傳感單元由傳感頭18、輸入耦合器20、傳感光纖19、輸出耦合器29、長(zhǎng)波單元器件30組成。屬于一個(gè)OFB的p根光纖傳感單元中的共計(jì)p個(gè)長(zhǎng)波單元器件30按順序排列組成一個(gè)長(zhǎng)波器件陣列21。光纖傳感單元的傳感頭18的外徑與空間濾波器4的定位孔5的內(nèi)徑相當(dāng)，屬于一個(gè)OFB的p根光纖傳感單元中的共計(jì)p個(gè)傳感頭18作為一組，按順序裝進(jìn)空間濾波器4的定位孔5中并固定，傳感頭18中心開有準(zhǔn)直孔17，允許光線沿直線進(jìn)入傳感頭18；空間濾波器4前裝配同尺寸的通帶濾光片7(本實(shí)施例其通帶為8～14μm)，對(duì)進(jìn)入OFB所有光纖傳感單元的光進(jìn)行通帶濾光；每個(gè)OFB都固定在三角架3的云臺(tái)上，其位置可方便調(diào)節(jié)；傳感光纖19通過輸入耦合器20與傳感頭18連接，通過輸出耦合器29與長(zhǎng)波單元器件30相連；長(zhǎng)波器件陣列21的傳感信號(hào)可經(jīng)模擬放大器22進(jìn)行放大，再經(jīng)數(shù)字信號(hào)處理電路23進(jìn)行處理，處理結(jié)果通過處理端RJ45網(wǎng)絡(luò)接口24向外傳送；

紅外視覺子系統(tǒng)包括有m個(gè)紅外視覺模組28；測(cè)試平臺(tái)16上有m個(gè)平動(dòng)導(dǎo)軌8和一個(gè)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌11；m個(gè)紅外視覺模組28安裝在這m個(gè)平動(dòng)導(dǎo)軌8上，可沿平動(dòng)導(dǎo)軌8作一維平動(dòng)及繞旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌11旋轉(zhuǎn)，到預(yù)期空間及角度位置后可固定；紅外視覺模組28主要包含紅外變焦鏡頭14和紅外面陣12，紅外面陣12控制與驅(qū)動(dòng)電路上有傳感端RJ45網(wǎng)絡(luò)接口13，紅外圖像數(shù)據(jù)可通過該接口向外傳送；

千兆交換機(jī)26將計(jì)算機(jī)27、光纖束層析子系統(tǒng)與紅外視覺子系統(tǒng)組成千兆局域網(wǎng)，所有處理端RJ45網(wǎng)絡(luò)接口24以及傳感端RJ45網(wǎng)絡(luò)接口13及計(jì)算機(jī)27的網(wǎng)絡(luò)接口都通過雙絞線25與千兆交換機(jī)26的網(wǎng)絡(luò)接口相連。計(jì)算機(jī)27通過該千兆局域網(wǎng)對(duì)光纖束層析子系統(tǒng)與紅外視覺子系統(tǒng)進(jìn)行控制，并獲取光纖束層析子系統(tǒng)的處理結(jié)果及與紅外視覺子系統(tǒng)輸出的紅外圖像數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)27、光纖束層析子系統(tǒng)與紅外視覺子系統(tǒng)之間的千兆級(jí)高速數(shù)據(jù)傳輸。

基于光纖束層析及紅外多目視覺的融合視覺探測(cè)方法其步驟為：

(1)采用黑體爐進(jìn)行OFB通帶輻射標(biāo)定

每個(gè)OFB中一根光纖傳感單元探測(cè)一根紅外輻射線，傳感光纖19采用紅外光纖(空芯熱紅外元件可低損耗傳輸8～14μm熱紅外輻射)經(jīng)輸出耦合器29耦合長(zhǎng)波單元器件30(本實(shí)施例采用國(guó)產(chǎn)OTP538U單元器件,其光譜響應(yīng)范圍為8～14μm)實(shí)現(xiàn)通帶光纖束層析數(shù)據(jù)采集，把所受輻射轉(zhuǎn)化為模擬電壓,經(jīng)放大及A/D變換后成為數(shù)字量。

n個(gè)OFB的共計(jì)n乘以p根光纖傳感單元的每個(gè)長(zhǎng)波單元器件30位置所對(duì)應(yīng)的通帶黑體輻射強(qiáng)度I_t,j與數(shù)字量的關(guān)系都必須進(jìn)行預(yù)先標(biāo)定，I_t為通帶黑體輻射強(qiáng)度，j為待標(biāo)定的長(zhǎng)波單元器件30所屬光纖傳感單元的序號(hào)(本實(shí)施例中，n取4，p取900，j的范圍為1至3600)，采用的方法為：

選擇光纖束層析探測(cè)波長(zhǎng)范圍8～14μm，調(diào)節(jié)黑體爐溫度至某一溫度T，根據(jù)普朗克黑體輻射公式計(jì)算溫度T對(duì)應(yīng)的通帶黑體輻射強(qiáng)度I_t(即黑體溫度T下的輻射曲線在8～14μm范圍的面積)。離黑體爐輻射腔距離L處，固定放置一待標(biāo)定的光纖傳感單元，使其傳感頭18端面對(duì)準(zhǔn)并垂直于輻射腔中心，測(cè)得光纖傳感單元輸出數(shù)字量為D。記錄上述的一組參數(shù)值(L,I_t,D)。調(diào)節(jié)黑體爐溫度T，記錄另一組參數(shù)值(L,I_t,D),完成整個(gè)黑體爐溫度范圍的標(biāo)定后，改變L，重復(fù)以上步驟，可實(shí)現(xiàn)不同距離下，不同通帶黑體輻射強(qiáng)度下，光纖傳感單元輸出數(shù)字量的標(biāo)定。由于每根光纖傳感單元的長(zhǎng)波單元器件30存在個(gè)體差異，因此需要對(duì)每根光纖傳感單元進(jìn)行標(biāo)定,減小系統(tǒng)誤差。最終完成n個(gè)OFB的共計(jì)n乘以p根光纖傳感單元在不同探測(cè)距離L對(duì)應(yīng)的通帶黑體輻射強(qiáng)度I_t,j與輸出數(shù)字量D的關(guān)系I_t,j＝f₁(L,D,j)，建立OFB通帶輻射數(shù)據(jù)庫。

(2)采用黑體爐進(jìn)行紅外視覺通帶輻射標(biāo)定

為了實(shí)現(xiàn)光纖束層析及紅外多目視覺信息融合，即提供光纖束層析重建的邊界約束條件，必須解決通帶紅外圖像(8～14μm)灰度與通帶黑體輻射強(qiáng)度的轉(zhuǎn)換問題，即進(jìn)行紅外視覺通帶輻射標(biāo)定。

m個(gè)紅外視覺模組28中的每個(gè)紅外面陣12(本實(shí)施例采用氧化釩非制冷紅外焦平面陣列，其工作波長(zhǎng)范圍為8～14μm)輸出的紅外圖像組成像素點(diǎn)灰度值G與通帶黑體輻射強(qiáng)度I_t,i的關(guān)系都必須進(jìn)行預(yù)先標(biāo)定，I_t為通帶黑體輻射強(qiáng)度，i為待標(biāo)定的紅外視覺模組28的序號(hào)(本實(shí)施例中，m取4，i的范圍為1至4)，標(biāo)定方法與步驟(1)類似：

調(diào)節(jié)黑體爐溫度至某一溫度T，根據(jù)普朗克黑體輻射公式計(jì)算溫度T對(duì)應(yīng)的通帶黑體輻射強(qiáng)度I_t(即黑體溫度T下的輻射曲線在8～14μm范圍的面積)。離黑體爐輻射腔距離L處，固定放置一待標(biāo)定的紅外視覺模組28，調(diào)節(jié)紅外視覺模組28的紅外變焦鏡頭14，使其準(zhǔn)確聚焦到黑體爐輻射腔。讀取該紅外視覺模組28的紅外面陣12輸出的紅外圖像中黑體爐輻射腔部分的平均灰度值G，記錄上述的一組參數(shù)值(L,I_t,G)。調(diào)節(jié)黑體爐溫度T，記錄另一組參數(shù)值(L,I_t,G),完成整個(gè)黑體爐溫度范圍的標(biāo)定后，改變L，重復(fù)以上步驟，可實(shí)現(xiàn)不同距離下，不同通帶黑體輻射強(qiáng)度下，紅外視覺模組28輸出的紅外圖像組成像素點(diǎn)灰度值G的標(biāo)定。由于每個(gè)紅外視覺模組28的紅外面陣12存在個(gè)體差異，因此對(duì)所有的紅外面陣12進(jìn)行標(biāo)定,可減小系統(tǒng)誤差。最終完成m個(gè)紅外視覺模組28中的共計(jì)m個(gè)紅外面陣12在不同探測(cè)距離L下，輸出的紅外圖像(8～14μm)組成像素點(diǎn)灰度值G與通帶黑體輻射強(qiáng)度I_t,i的關(guān)系I_t,i＝f₂(L,G,i)，建立多目紅外視覺通帶輻射數(shù)據(jù)庫。

(3)MV及OFBT數(shù)據(jù)采集

將待測(cè)目標(biāo)1放置于測(cè)試平臺(tái)16上，在球形空間2(相等球半徑R)的不同經(jīng)緯方向角的位置上,由三角架3云臺(tái)上的安裝板,固定放置n個(gè)OFB。同時(shí)，m個(gè)紅外視覺模組28安裝在m個(gè)平動(dòng)導(dǎo)軌8上，沿平動(dòng)導(dǎo)軌8作一維平動(dòng)及繞旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌11旋轉(zhuǎn)，直到各平動(dòng)導(dǎo)軌8之間的夾角相等，且m個(gè)紅外視覺模組28離球形空間2球心距離都等于R后可固定，將所有紅外視覺模組28的紅外變焦鏡頭14的焦點(diǎn)調(diào)至R；

每個(gè)OFB的傳感頭18為平行準(zhǔn)直孔結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)既保證直線信號(hào)采集又滿足實(shí)時(shí)性要求。屬于一個(gè)OFB的p根光纖傳感單元中的共計(jì)p個(gè)傳感頭18作為一組，按順序裝進(jìn)空間濾波器4的定位孔5中并固定，傳感頭18外徑與定位孔5直徑相等(本實(shí)施例中均為1mm)，定位孔5中心之間的水平與垂直距離相等(本實(shí)施例中該距離為2mm)，可滿足對(duì)待測(cè)目標(biāo)1進(jìn)行測(cè)試的空間分辨率要求。

進(jìn)行待測(cè)目標(biāo)1的融合視覺測(cè)試，千兆交換機(jī)26將計(jì)算機(jī)27、光纖束層析子系統(tǒng)與紅外視覺子系統(tǒng)組成千兆局域網(wǎng)，計(jì)算機(jī)27通過千兆局域網(wǎng)得到紅外視覺子系統(tǒng)輸出的有關(guān)待測(cè)目標(biāo)1不同角度下的m路紅外圖像數(shù)據(jù)，對(duì)每路紅外圖像的所有像素點(diǎn)灰度G，對(duì)照多目紅外視覺通帶輻射數(shù)據(jù)庫I_t,i＝f₂(R,G,i)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，獲得m幅以黑體通帶輻射強(qiáng)度I_t表征的紅外輻射圖像。

同時(shí)，數(shù)字信號(hào)處理電路23通過控制電子開關(guān)對(duì)所有n乘以p根光纖傳感單元的每個(gè)長(zhǎng)波單元器件30進(jìn)行工作電源的控制，從而實(shí)現(xiàn)以電子快門方式瞬時(shí)啟動(dòng)所有長(zhǎng)波單元器件30以采集待測(cè)目標(biāo)1進(jìn)入各傳感頭18的空間多點(diǎn)通帶輻射強(qiáng)度信號(hào)，同時(shí)各長(zhǎng)波單元器件30的輸出端接峰值保持電路，使采集到的空間多點(diǎn)通帶輻射強(qiáng)度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)鎖存在峰值保持電路中。經(jīng)過模擬放大器22進(jìn)行放大，再經(jīng)數(shù)字信號(hào)處理電路23進(jìn)行處理，對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬信號(hào)至數(shù)字信號(hào)的變換，得到數(shù)字量D，再對(duì)照OFB通帶輻射數(shù)據(jù)庫I_t,j＝f₁(R,D,j)，獲得待測(cè)目標(biāo)1空間多點(diǎn)的通帶輻射強(qiáng)度原始數(shù)據(jù)I_t。

(4)融合數(shù)據(jù)處理

對(duì)計(jì)算機(jī)27中的m幅以黑體通帶輻射強(qiáng)度I_t表征的紅外輻射圖像，采用Harris算子進(jìn)行不同區(qū)域的角點(diǎn)檢測(cè)，基于紅外通帶光學(xué)薄及光學(xué)厚區(qū)域不同的圖像空域及頻域特征(如灰度、直方圖、紋理、幅頻分布等)進(jìn)行區(qū)域分割，基于極線約束的圖像匹配算法對(duì)m幅進(jìn)行紅外輻射圖像特征角點(diǎn)匹配，重構(gòu)待測(cè)目標(biāo)1的表面形貌，以及表面不同區(qū)域邊界三維坐標(biāo)及通帶黑體輻射強(qiáng)度值。根據(jù)重構(gòu)的待測(cè)目標(biāo)1的表面不同區(qū)域邊界，對(duì)待測(cè)目標(biāo)1進(jìn)行空間分割，即分為紅外通帶光學(xué)薄及光學(xué)厚區(qū)域，對(duì)于光學(xué)厚區(qū)域，直接采用重構(gòu)的待測(cè)目標(biāo)1的表面形貌，即完成紅外多目視覺的工作；對(duì)于光學(xué)薄區(qū)域，進(jìn)入下述的光纖束層析空間三維重建：

把由紅外多目視覺重構(gòu)的表面不同區(qū)域邊界三維坐標(biāo)及通帶黑體輻射強(qiáng)度值作為約束，對(duì)步驟(2)中數(shù)字信號(hào)處理電路23處理獲得的待測(cè)目標(biāo)1空間多點(diǎn)的通帶輻射強(qiáng)度原始數(shù)據(jù)進(jìn)行劃分，對(duì)光學(xué)厚區(qū)域的輻射強(qiáng)度數(shù)據(jù)舍棄，采用光學(xué)薄區(qū)域的通帶輻射強(qiáng)度原始數(shù)據(jù)進(jìn)行光纖束發(fā)射光學(xué)層析的反演計(jì)算。通過層析計(jì)算，可得到待測(cè)目標(biāo)1光學(xué)薄區(qū)域內(nèi)部空間各點(diǎn)的通帶輻射強(qiáng)度，從而與光學(xué)厚區(qū)域中，由紅外多目視覺重構(gòu)的待測(cè)目標(biāo)1的表面形貌及其通帶輻射強(qiáng)度相融合，完成整個(gè)待測(cè)目標(biāo)1(包括光學(xué)薄區(qū)域及光學(xué)厚區(qū)域)空間三維通帶輻射強(qiáng)度I_t分布的重建，以此為基礎(chǔ)可反演待測(cè)目標(biāo)1(包括光學(xué)薄區(qū)域及光學(xué)厚區(qū)域)空間三維溫度、壓強(qiáng)、粒子數(shù)密度等物理量的分布，其三維分布結(jié)果實(shí)時(shí)在計(jì)算機(jī)27上顯示，完成整個(gè)融合視覺探測(cè)。