一种红外热成像帧率检测系统及其使用方法与流程

1.本发明涉及红外热成像领域，尤其涉及一种红外热成像帧率检测系统及其使用方法。


背景技术：

2.红外热成像技术快速发展及广泛应用，给热成像产品的检测带来极大的挑战，其中红外热成像帧率的检测，对实时性要求高、快速目标检测识别、跟踪导引等设备而言具有重要的意义。
3.目前，一般的红外热成像系统的图像帧率在25hz左右，帧率较快的能到达50hz甚至100hz，因此有必要开发一套红外视频帧率检测系统，以满足实际应用需求。
4.中国专利cn114140362a《一种热成像图像校正方法和装置》公开了一种热成像图像校正方法和装置，方法包括：确定待校正热图像所对应热成像设备的运动状态；利用所述运动状态对应的目标筛选条件从所述待校正热图像中确定噪声干扰像素；根据所述噪声干扰像素对所述待校正热图像进行校正。该现有技术虽然通过噪声干扰像素对待校正图像进行校正，然而却不会对热成像设备的帧率进行检测，若该设备被锁频至较低频率而未被检测出来，在进行较为重要的工作时，会出现不必要的系统误差，影响红外热成像结果。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提出了一种红外热成像帧率检测系统及其使用方法，用于检测红外热成像设备的帧率，解决当前红外热成像设备未对帧率检测，无法计算系统误差带来的影响的问题。
6.本发明的技术方案是这样实现的：一方面，本发明提供了一种红外热成像帧率检测系统，所述红外热成像帧率检测系统应用于靶标的高速运动，所述红外热成像帧率检测系统包括红外热成像模块、运动靶标模块、视频采集模块、显示模块、供配电模块和帧率检测模块；
7.所述运动靶标模块与供配电模块电性连接，用于模拟高速运动；
8.所述红外热成像模块与视频采集模块通信连接，用于对高速运动过程进行全程录像；
9.所述视频采集模块与红外热成像模块通信连接，用于采集高速运动过程的视频并输出；
10.所述显示模块与视频采集模块通信连接，用于显示红外热成像模块输出的视频图像；
11.所述供配电模块与红外热成像模块、运动靶标模块、视频采集模块和显示模块电性连接，用于给各模块提供电能；
12.所述帧率检测模块与视频采集模块通信连接，用于接收其输出的图像帧数据并计算帧率。
13.优选的，所述帧率检测模块包括工控机，所述红外热成像模块包括红外热成像设备；
14.所述工控机与视频采集模块通信连接，所述红外热成像设备对靶标运动过程进行全程录像输出至视频采集模块，视频采集模块将图像帧数据转发至工控机，工控机通过靶标运动过程的总帧数和运动时间计算帧率：
[0015][0016]
其中，fa为红外热成像设备的帧率，na为靶标运动过程图像的总帧数，t为靶标运动的总时间。
[0017]
优选的，所述运动靶标模块包括圆周运动靶标和水平运动靶标；
[0018]
所述圆周运动靶标与水平运动靶标相对红外热成像设备固定设置，所述圆周运动靶标用于提供持续的圆周运动图像，所述水平运动靶标用于提供持续的水平运动图像。
[0019]
优选的，所述红外热成像模块包括需要检测的红外热成像设备，
[0020]
所述红外热成像设备与视频采集模块通信连接，对运动靶标模块的运动过程进行全程录像，并输出至视频采集模块。
[0021]
优选的，所述视频采集模块包括视频采集卡；
[0022]
所述视频采集卡与红外热成像设备通信连接，用于接收红外热成像设备输出的运动靶标模块的运动过程图像，并输出至帧率检测模块。
[0023]
优选的，所述显示模块包括监视器，
[0024]
所述监视器与视频采集卡通信连接，用于显示红外热成像设备实时输出的图像；
[0025]
根据红外热成像设备接口类别，所述监视器包括网口输出类、数字视频信号输出类和模拟视频信号输出类。
[0026]
另一方面，本发明还提供一种红外热成像帧率检测系统的使用方法，所述红外热成像帧率检测系统的使用方法应用于如上任一所述的红外热成像帧率检测系统，所述红外热成像帧率检测系统还包括示波器，所述红外热成像帧率检测系统的使用方法还包括以下步骤：
[0027]
s1，设置系统工作环境，将圆周运动靶标和水平运动靶标加热到预设温度，使红外热成像设备清晰的观察到靶标，输出图像到监视器显示；
[0028]
s2，触发靶标运动，使用示波器精确测量水平运动靶标运动全程所需要的时间t，连续测量n次取平均值；
[0029]
s3，再次触发靶标运动，红外热成像设备记录该过程的图像信息，通过视频采集卡将图像信息传输至工控机；
[0030]
s4，使用工控机进行视频分析处理，剔除重复的无效图像帧，计算视频中的有效图像帧，并最终统计系统帧率：
[0031][0032]
其中，fa为红外热成像设备的帧率，na为靶标运动过程图像的总帧数，t为靶标运动的总时间。
[0033]
优选的，所述步骤s1还包括：
[0034]
设置系统工作环境包括，确保水平运动靶标及圆周运动靶标能够出现在红外热成像设备的视场内，并占据2/3区域。
[0035]
本发明的一种红外热成像帧率检测系统及其使用方法相对于现有技术具有以下有益效果：
[0036]
(1)通过设计一套水平运动靶标和圆周运动靶标，形成一个动态的可被检测的场景，并使用帧率检测模块自动删除无效图像帧，计算出系统真实的帧率；
[0037]
(2)通过水平运动靶标结合圆周运动靶标，确保每一帧真实图像均有区别，因红外热成像设备对热源敏感，使用电热丝以及电热片对靶标加热，确保成像效果不影响观察测试结果。
附图说明
[0038]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0039]
图1为本发明的一种红外热成像帧率检测系统结构框图；
[0040]
图2为本发明的一种红外热成像帧率检测系统的帧率检测模块的组成图；
[0041]
图3为本发明的一种红外热成像帧率检测系统的运动靶标模块的组成图；
[0042]
图4为本发明的一种红外热成像帧率检测系统的视频采集模块的组成图；
[0043]
图5为本发明的一种红外热成像帧率检测系统的部署示意图；
[0044]
图6为本发明的一种红外热成像帧率检测系统的使用方法流程图；
[0045]
图7为本发明的一种红外热成像帧率检测系统的热成像帧率检测工作原理示意图；
[0046]
图8为本发明的实施例三的帧率计算过程图；
[0047]
图9为本发明的实施例三的帧率计算结果图。
具体实施方式
[0048]
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
[0049]
实施例一
[0050]
提供一种红外热成像帧率检测系统，如图1所示，图中实线表示通信连接或者电性连接，虚线表示红外热成像模块1远程记录运动靶标模块2的运动过程，但并未实际上连接，
[0051]
所述红外热成像帧率检测系统应用于靶标的高速运动，所述红外热成像帧率检测系统包括红外热成像模块1、运动靶标模块2、视频采集模块3、显示模块4、供配电模块5和帧率检测模块6；
[0052]
所述运动靶标模块2与供配电模块5电性连接，用于模拟高速运动；
[0053]
所述红外热成像模块1与视频采集模块3通信连接，用于对高速运动过程进行全程
录像；
[0054]
所述视频采集模块3与红外热成像模块1通信连接，用于采集高速运动过程的视频并输出；
[0055]
所述显示模块4与视频采集模块3通信连接，用于显示红外热成像模块1输出的视频图像；
[0056]
所述供配电模块与红外热成像模块1、运动靶标模块2、视频采集模块3和显示模块4电性连接，用于给各模块提供电能；
[0057]
所述帧率检测模块6与视频采集模块3通信连接，用于接收其输出的图像帧数据并计算帧率。
[0058]
红外视频的帧率越高，系统延时越小，一般红外视频的帧率为25hz或50hz，相对应的帧延时为40ms或20ms，帧延时给系统带来的系统误差不可忽略；
[0059]
如图2所示，所述帧率检测模块6包括工控机61；
[0060]
所述工控机61与视频采集模块3通信连接，所述红外热成像设备11对靶标运动过程进行全程录像输出至视频采集模块3，视频采集模块3将图像帧数据转发至工控机61，工控机61通过靶标运动过程的总帧数和运动时间计算帧率：
[0061][0062]
其中，fa为红外热成像设备11的帧率，na为靶标运动过程图像的总帧数，t为靶标运动的总时间。
[0063]
帧率检测模块6可以实现对视频采集卡31采集的视频自动计算视频总帧数，自动剔除无效帧，并最后输出实际帧率。
[0064]
如图3所示，所述运动靶标模块2包括圆周运动靶标21和水平运动靶标22；
[0065]
所述圆周运动靶标21与水平运动靶标22相对红外热成像设备11固定设置，所述圆周运动靶标21用于提供持续的圆周运动图像，所述水平运动靶标22用于提供持续的水平运动图像。
[0066]
运动靶标模块由圆周运动的热靶和水平运动的热靶组成，进行水平和圆周运动的热靶图像能为红外热成像设备11提供持续的运动图像，后期通过帧率检测软件能有效判断该视频的有效性，剔除无效帧，电加热靶标有利于红外图像目标显示。
[0067]
如图5所示，所述红外热成像模块1包括需要检测的红外热成像设备11，
[0068]
所述红外热成像设备11与视频采集模块3通信连接，对运动靶标模块2的运动过程进行全程录像，并输出至视频采集模块3。
[0069]
红外热成像设备11对运动过程进行成像，并将靶标运动过程的红外视频图像输出至监视器41显示。
[0070]
如图4所示，所述视频采集模块3包括视频采集卡31；
[0071]
所述视频采集卡31与红外热成像设备11通信连接，用于接收红外热成像设备11输出的运动靶标模块2的运动过程图像，并输出至帧率检测模块6。
[0072]
视频采集由视频采集卡31实现。视频采集卡31能采集红外热成像设备11输出的靶标运动的过程图像，并将视频导入工控机61后使用专业分析软件计算系统的真实帧率。
[0073]
如图5所示，所述显示模块4包括监视器41，
[0074]
所述监视器41与视频采集卡31通信连接，用于显示红外热成像设备11实时输出的图像；
[0075]
根据红外热成像设备11接口类别，所述监视器41包括网口输出类、数字视频信号输出类和模拟视频信号输出类。
[0076]
红外热成像设备11视频接口种类较多，主要分为3类：网口输出，数字视频信号输出以及模拟视频信号输出。
[0077]
对网口输出的设备，采用网线直连至台式电脑，在显示屏上显示的方式输出图像。
[0078]
对数字视频和模拟信号输出的设备，连接视频采集卡可采集到红外热成像设备11的视频图像，并在显示器上显示。
[0079]
实施例二
[0080]
还提供一种红外热成像帧率检测系统的使用方法，包括示波器，如图6所示，包括以下步骤：
[0081]
s1，设置系统工作环境，将圆周运动靶标和水平运动靶标加热到预设温度，使红外热成像设备清晰的观察到靶标，输出图像到监视器显示；
[0082]
s2，触发靶标运动，使用示波器精确测量水平运动靶标运动全程所需要的时间t，连续测量n次取平均值；
[0083]
s3，再次触发靶标运动，红外热成像设备记录该过程的图像信息，通过视频采集卡将图像信息传输至工控机；
[0084]
s4，使用工控机进行视频分析处理，剔除重复的无效图像帧，计算视频中的有效图像帧，并最终统计系统帧率：
[0085][0086]
其中，fa为红外热成像设备的帧率，na为靶标运动过程图像的总帧数，t为靶标运动的总时间。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需求对所述步骤s1中预设温度的具体数值进行设定，示例性的，于本技术实施例中，该预设温度可以为45度。步骤s2中的连续测量次数n为正整数，n≥3。
[0087]
所述步骤s1还包括：
[0088]
设置系统工作环境包括，确保水平运动靶标22及圆周运动靶标21能够出现在红外热成像设备11的视场内，并占据2/3区域。
[0089]
热成像帧率检测工作原理如图7所示：
[0090]
将被检测的红外热成像设备11对准轨道上运动的靶标，运动靶标从a点运动到b点停止，
[0091]
运动过程通过全程录像，假设靶标ab段图像的总帧数，靶标运动时间为t，则红外热成像设备帧率为：
[0092][0093]
部分红外热像设备11输出的视频原始帧率较低(比如9hz)，通过输出多帧相同帧的方式来提高帧率(三倍复制相同图像，则帧率达到27hz)，来达到欺骗客户的目的。
[0094]
为确保可以检测出有效的图像帧，使用水平运动靶标22结合圆周运动靶标21，确
保每一帧真实图像均有区别，因红外热成像设备11对热源敏感，使用电热丝以及电热片对靶标加热，确保成像效果不影响观察测试结果。
[0095]
该系统的核心原理在于，通过设计的一套巧妙的水平和旋转运动靶标，形成一个动态的可被检测的场景，并使用一套软件自动删除无效图像帧，计算出系统真实的帧率。
[0096]
红外热成像帧率检测系统部署后效果图，如图5所示，系统工作流程如下：
[0097]
合理摆放被测设备位置，确保水平运动靶标22及圆周运动靶标21能够出现在红外视场内，并占据约2/3区域。红外热成像设备11的视频输出与视频采集卡31连接，监视器41与视频采集卡31通信连接，实时输出红外热成像设备11的图像。
[0098]
(a)首先将靶标加热为45℃左右，红外成像设备能够清晰的观察到靶标，输出图像在监视器显示；
[0099]
(b)触发靶标运动，使用示波器精确测量水平运动靶标运动全程所需要的时间t，连续测量3次取平均值；
[0100]
(c)再次触发靶标运动，同时记录该过程的图像信息；
[0101]
(d)使用专业软件进行视频分析处理，剔除重复的无效图像帧，计算视频中的有效图像帧，并最终统计系统帧率：
[0102][0103]
实施例三
[0104]
检验本发明的红外热成像帧率检测系统，使用市面上较为常见的视频帧率检测软件，且本次检验使用的红外热成像设备上的标签指出其帧率为25hz，该软件仅用于检测视频采集模块采集的视频的帧率，其不具备直接测试红外热成像设备帧率的能力。
[0105]
首先，将水平运动靶标和圆周运动靶标加热至45℃左右，观察红外热成像设备在监视器输出的图像，直到其清晰可见；
[0106]
然后启动水平运动靶标和圆周运动靶标，使其开始运动，同时通过红外热成像设备进行录像，录制1-3个视频，通过视频采集模块将其输出视频帧率检测软件，如图8所示，视频帧率检测软件会计算各视频的总帧数、有效帧数和帧频，最后求出红外热成像设备的帧频：红外帧频＝(视频1帧频+视频2帧频+视频3帧频)/3。
[0107]
求出红外帧频后，可以生成报告并上传信息至服务端，如图9所示，本次靶标运动时长为2.451秒，求得红外帧频为25.2hz，而与其标签上的25hz相差不大，检验完毕，通过本发明的红外热成像帧率检测系统检测帧率的时间不超过4分钟。
[0108]
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种红外热成像帧率检测系统，其特征在于，所述红外热成像帧率检测系统应用于靶标的高速运动，所述红外热成像帧率检测系统包括红外热成像模块(1)、运动靶标模块(2)、视频采集模块(3)、显示模块(4)、供配电模块(5)和帧率检测模块(6)；所述运动靶标模块(2)与供配电模块(5)电性连接，用于模拟高速运动；所述红外热成像模块(1)与视频采集模块(3)通信连接，用于对高速运动过程进行全程录像；所述视频采集模块(3)与红外热成像模块(1)通信连接，用于采集高速运动过程的视频并输出；所述显示模块(4)与视频采集模块(3)通信连接，用于显示红外热成像模块(1)输出的视频图像；所述供配电模块与红外热成像模块(1)、运动靶标模块(2)、视频采集模块(3)和显示模块(4)电性连接，用于给各模块提供电能；所述帧率检测模块(6)与视频采集模块(3)通信连接，用于接收其输出的图像帧数据并计算帧率。2.如权利要求1所述的一种红外热成像帧率检测系统，其特征在于，所述帧率检测模块(6)包括工控机(61)，所述红外热成像模块(1)包括红外热成像设备(11)；所述工控机(61)与视频采集模块(3)通信连接，所述红外热成像设备(11)对靶标运动过程进行全程录像输出至视频采集模块(3)，视频采集模块(3)将图像帧数据转发至工控机(61)，工控机(61)通过靶标运动过程的总帧数和运动时间计算帧率：其中，f
a
为红外热成像设备(11)的帧率，n
a
为靶标运动过程图像的总帧数，t为靶标运动的总时间。3.如权利要求2所述的一种红外热成像帧率检测系统，其特征在于，所述运动靶标模块(2)包括圆周运动靶标(21)和水平运动靶标(22)；所述圆周运动靶标(21)与水平运动靶标(22)相对红外热成像设备(11)固定设置，所述圆周运动靶标(21)用于提供持续的圆周运动图像，所述水平运动靶标(22)用于提供持续的水平运动图像。4.如权利要求3所述的一种红外热成像帧率检测系统，其特征在于，所述红外热成像模块(1)包括红外热成像设备(11)，所述红外热成像设备(11)与视频采集模块(3)通信连接，对运动靶标模块(2)的运动过程进行全程录像，并输出至视频采集模块(3)。5.如权利要求4所述的一种红外热成像帧率检测系统，其特征在于，所述视频采集模块(3)包括视频采集卡(31)；所述视频采集卡(31)与红外热成像设备(11)通信连接，用于接收红外热成像设备(11)输出的运动靶标模块(2)的运动过程图像，并输出至帧率检测模块(6)。6.如权利要求5所述的一种红外热成像帧率检测系统，其特征在于，所述显示模块(4)包括监视器(41)，所述监视器(41)与视频采集卡(31)通信连接，用于显示红外热成像设备(11)实时输出
的图像；根据红外热成像设备(11)接口类别，所述监视器(41)包括网口输出类、数字视频信号输出类和模拟视频信号输出类。7.一种红外热成像帧率检测系统的使用方法，其特征在于，所述红外热成像帧率检测系统的使用方法应用于如权利要求1-6中的任一项所述的红外热成像帧率检测系统，所述红外热成像帧率检测系统还包括示波器，所述红外热成像帧率检测系统的使用方法包括以下步骤：s1，设置系统工作环境，将圆周运动靶标和水平运动靶标加热到预设温度，使红外热成像设备清晰的观察到靶标，输出图像到监视器显示；s2，触发靶标运动，使用示波器精确测量水平运动靶标运动全程所需要的时间t，连续测量n次取平均值，n为正整数，且n大于或等于3；s3，再次触发靶标运动，红外热成像设备记录该过程的图像信息，通过视频采集卡将图像信息传输至工控机；s4，使用工控机进行视频分析处理，剔除重复的无效图像帧，计算视频中的有效图像帧，并最终统计系统帧率：其中，f
a
为红外热成像设备的帧率，n
a
为靶标运动过程图像的总帧数，t为靶标运动的总时间。8.如权利要求7所述的一种红外热成像帧率检测系统的使用方法，其特征在于，所述步骤s1还包括：设置系统工作环境包括，确保水平运动靶标及圆周运动靶标能够出现在红外热成像设备的视场内，并占据2/3区域。

技术总结
本发明提出了一种红外热成像帧率检测系统及其使用方法，系统包括红外热成像模块、运动靶标模块、视频采集模块、显示模块和帧率检测模块；运动靶标模块与供配电模块电性连接，用于模拟高速运动；红外热成像模块与视频采集模块通信连接，用于对高速运动过程进行全程录像；视频采集模块与红外热成像模块通信连接，用于采集高速运动过程的视频并输出；显示模块与视频采集模块通信连接，用于显示红外热成像模块输出的视频图像；帧率检测模块与视频采集模块通信连接，用于接收其输出的图像帧数据并计算帧率。通过设计一套水平运动靶标和圆周运动靶标，形成一个动态的可被检测的场景，并使用帧率检测模块自动删除无效图像帧，计算出系统真实的帧率。统真实的帧率。统真实的帧率。


技术研发人员：张俊平 石斌
受保护的技术使用者：北京朗森基科技发展有限公司
技术研发日：2023.04.24
技术公布日：2023/9/11