专利名称：一种头盔式红外探测及图像传输处理装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于红外线探测技术领域，具体涉及一种红外线探测及图像传输处理装置。
背景技术：
在现在的通信条件下，当火灾发生的时候，后场的指挥员对火情的判断及作战决 策的制定多是通过火场通信兵口头传回的信息，这样在时间、人员救援及火情信息的传递 上会产生很大的误差。现阶段，消防通信指挥系统正是我国消防队配备的软肋，各类先进的 通信技术和理念都难以真正进入消防领域进行实际应用。因此，利用先进通信技术开发的 消防用通信指挥系统将具有极大的市场前景和应用空间。红外热像仪是利用红外探测器和光学成像物镜接收被测目标的红外辐射能量分 布图形反映到红外探测器的光敏元件上，从而获得红外热像图，这种热像图与物体表面的 热分布场相对应，通俗地讲红外热像仪就是将物体发出的不可见红外能量转变为可见的热 图像，热图像的上面的不同颜色代表被测物体的不同温度。由于测试往往产生的温度场差 异不大和现场环境复杂等因素，好的热像仪必须具备32(^240像素、分辨率小于0. 1°C、空 间分辨率小、具备红外图像和可见光图像合成功能等。由于红外热成像技术能够进行非接 触式的、高分辨率的温度成像，能够生成高质量的图像，可提供测量目标的众多信息，弥补 了人类肉眼的不足，因此已经在电力系统、土木工程、汽车、冶金、石化、医疗等诸多行业得 到广泛应用，未来的发展前景更不可限量。红外热像仪在消防行业被广泛应用于灭火救援、抢险救灾作业及防火监督人员的 防火检查，在消防行业用红外热像仪分为救助型和检测型两大类。其中，救助型热像仪 (infrared camera of salvation)通常为手持式热像仪，要求电池供电，具备红外图像显示 和粗略温度指示功能。要求能在严酷的浓烟和高温火场现场条件下，指导消防队员进行抢 救人员、寻找火源、防止消防人员误入高温危险区域，是一项重要的灭火救援装备。从使用 情况来看，手持式消防用红外热像仪携带不太方便，且必须手持操作，因无法解放双手而一 定程度上降低了消防员作战效率。
发明内容本实用新型目的在于提供一种体积小、重量轻、携带方便、能解放消防员双手、具 有无线视频传输功能、后场图像分析处理等多种功能的头盔式红外线探测及图像传输处理 系统。本实用新型主要由前端传输系统1、后场指挥系统2和中继系统3组成，三者之间 通过无线电波进行相应的信号传输。前端传输系统1主要由头盔11、红外热成像仪12、传输系统13、腰带14和连接固 定装置15组成。所述红外热成像仪12上设置有主机121、显示设备122和电源1313。主机121主要由镜头组件12101和机芯组件12102组成；主机121和电源1313对称的设置在头盔11 的两侧，显示设备122通过连接固定装置15设置在头盔11右侧(相对应人右眼位置附近); 主机121内设有用于探测外部环境的镜头组件和识别探测信号的机芯，镜头组件具有自动 对焦、自动与可见光图像融合的功能，并且显示设备122具有显示反馈信息的功能，主要用 于显示火场的红外图像、现场环境温度、目标区域温度和与目标之间的距离等信息。所述传输系统13主要由传输装置131、天线132、话筒133和听筒134组成；传输 系统13可设置于腰带上，通过信号线与头盔上的红外热成像仪连接。所述传输装置131主要由传输模块1311、电源处理模块1312和电源1313组成。 电源1313通过电源处理模块1312经过电压处理，将其变为合适的电压送至传输模块1311。所述传输模块1311主要由音频输入模块131101、数据输出模块131102、数据输 入模块131103、音频输入模块131104、视频输入模块131105、视频语音数据编解码模块 131106、处理器131107、模数转换器131108、接收器131109、低噪声放大器131110、射频开 关131111、晶振131112、功率放大器131113、频率合成器131114、发射器131115和数模转 换器131116组成。红外热成像仪将采集到的火场信息通过主机121传输至视频输入模块 131105，话筒133将消防员声音输入至音频输入模块131104，数据输入模块131103和数据 输入模块131102通过信号线与计算机进行数据通信，后场指挥员声音通过音频输出模块 传131101输至听筒134，视频、数据和音频信号通过视频音频数据编解码模块131106传输 至处理器131107进行数字处理。将输出的信号通过数模转换器131116、晶振131112和频率 合成器131114后传输至发射器131115，同时通过功率放大器121113进行功率放大后进入 射频开关131111通过天线132进行发射；接收到的信号经过天线132至射频开关131111， 经过低噪声放大器131110进行滤波放大后进入接收器131109，通过晶振131112和频率合 成器131114后进入模数转换器131108进行模数转换，再经数据器131107进行处理后传 输，经解码后传输至计算机和听筒134，完成信息的无线收发处理。传输装置131通过信号线与主机121信号连接。后场指挥系统2主要由图像分析处理系统21、天线22和显示控制系统23组成。 通过天线22接收相应的信号，将其传输到图像分析处理系统21进行相应的处理操作，最后 通过信号线传输至显示控制系统23完成信号的接收和相应的处理。图像分析处理系统21通过天线22接收到第一个消防员上通信传输模块发来的信 号之后，将其传达至图像分析处理系统21的图像处理模块2104，图像处理模块2104从提取 一帧图像的上下两场数据，加以处理后形成一帧完整的图像数据，再进行相应的图像处 理，主要包括图像滤波、增强、分割、多彩处理等功能。图像处理模块2104内部通过远程大 目标2105进行点跟踪合成2106以及点模式、模糊松弛和匹配成像算法2107之后，产生灰 度直方图并进行目标边界缓存，其内部运行门限设置，并进行一些特征计算，计算完毕后将 其计算出的信息传输至后场红外图像管理平台即进行目标匹配跟踪2108、多彩处理2109 之后进入显示控制系统23，后场红外图像管理平台接收到信号以后实现后方红外热图像 的显示与存储，经过后方红外图像管理平台的分析判断即进过差分图像算法以及图像合成 2101、进行面跟踪合成2102以及中远程低对比度目标2103，将信息传输至图像处理模块传 达至第二个消防员，这样实现了整个信息的传输过程；通过图像分析处理系统21经过热图 像处理，降低噪声，降低图像中分布复杂的噪声信息；并实现探测图像增强，提高图像清晰度；获取并显示前方环境相关信息，如环境温度、最高温度、目标区域温度等；实现了运动 物体跟踪、可疑区域分割及辅助判定，最终通过管理软件显示在后场指挥系统中。中继系统3主要由接收机31、中继站32和发射机33组成。接收机31接收相应的 信号，并通过中继站32放大信号并通过发射机33将信号发射出去。前端传输系统1、后场指挥系统2和中继系统3三者之间通过无线电波进行相应的 信号传输，实现复杂火场的无线覆盖。前端传输系统1具有负荷多种高质量媒体传输需求的通信处理装置，其内部设置 具有采用多载波技术、高宽带设计以及双向点对多点动态组网设计的通信传输模块，且通 信处理装置通过信号线与主机信号连接。所述通信传输模块采用1、复杂火场的无线覆盖即系统拟采用Wimax 802. 16d (全球微波互联接触)核心 技术中的256 OFDM (正交频分复用技术)多载波技术；2、小型化腰挂设计系统单兵前端拟采用腰挂式设计，在保证信号质量的前提下 充分减小设备的尺寸和重量，以适应消防现场特殊背负要求；3、高带宽设计系统拟采用全数字IP网络构架，具有高效的频谱利用率，能够有 效负荷多种高质量媒体传输需求，如视频、音频、生命体征数据等；4、点对多点组网设计消防车和消防官兵采拟用点对多点星形组网设计，从而形 成有效的集群作战指挥响应系统；5、双向设计系统拟实现兵到车的图像、语音、数据传输，也能够实现车到兵的数 据传送，实现命令下达及有效指挥的目的；6、设备环境适应性设计系统单兵前端拟采用高性能工业级芯片，采取特殊的防 护设计和使用可靠的隔热材料，以满足消防火场特殊情况下的现场要求，并且具有一定的 安全性设计。本实用新型中，后场指挥系统2设置有图像分析处理系统21，并采用多载波技术 将显示设备上的红外图像及相关信息以无线方式传输至后场指挥系统。本实用新型中，图像处理分析系统通过对收到红外热图像信息的处理，实现后方 红外热图像的显示与存储。本实用新型中，后场指挥系统2具有显示后方红外热图像的显示与存储的图像处 理分析系统，通过热图像处理获取并显示前方环境相关信息，进行运动物体跟踪、可疑区域 分割及辅助判定。本实用新型中，用于探测外部环境的镜头组件和识别探测信号的机芯组件、用于 显示信息的显示设备和用于为设备供电的电源等单元通过连接装置固定于头盔上，通过非 接触方式探测红外能量，并将其转换为电信号，进而在显示设备上生成热图像和温度值。本实用新型中，所述连接固定装置15为折叠式连接固定装置。本实用新型中，所述前端传输系统1拆卸和折叠，并且可以脱离头盔单独使用。本实用新型中，所述多载波技术是分多址移动通信系统中使用的一项技术，用于 移动通信系统的宽带传输。本实用新型所述的一种头盔式红外探测及图像传输处理系统中，头盔式热像仪具 有体积小、重量轻、携带方便、解放消防员双手、无线视频传输功能、后场图像分析处理等多种优点，符合消防装备“轻便化、智能化、高效化、集成化”的发展趋势，更加贴近消防实战需 求以及消防部队攻坚需求；其主机和电源分别置于头盔两侧，头盔的重心更稳，主机更加小 巧；并且可以实现主机、电源、显示系统的模块化，用户可根据自己的需求选择不同模块。
图1为本实用新型示意图。图2为本实用新型红外热成像仪主机和传输装置系统示意图。图3为本实用新型图像处理分析系统示意图。图中标号1为前端传输系统，11为头盔，12为红外热成像仪，13为传输系统，14为腰带， 15为连接固定装置；121为主机，12101为镜头组件，12102为机芯组件；122为显示设备； 131为通信处理装置；1311为传输模块，131101为音频输入模块，131102为数据输出模块， 131103为数据输入模块，131104为音频输入模块，131105为视频输入模块，131106为视频 语音数据编解码模块，131107为处理器，131108模数转换器，131109为接收器，131110为低 噪声放大器，131111为射频开关，131112为晶振，131113为功率放大器131114，频率合成 器，131115为发射器，131116为数模转换器；1312为电源处理模块，1313电源；132为天线； 133为话筒；1；34为听筒；2为后场指挥系统，21为图像分析处理系统，2101为图像合成，2102面跟踪合 成，2103中远程低对比度目标(MM)，2104为图像处理模块，2105为远程目标(Kalman filter), 2106为点跟踪合成，2107为匹配成像算法，2109为多彩处理，2108为目标匹配跟 踪；22为天线；23为显示控制系统；3为中继系统31为接收机，32为中继站，33为发射机。
具体实施方式
为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下 面结合具体图示，进一步阐述本发明。参考图1所示一种头盔式红外探测及图像传输处理系统，该系统主要由前端传 输系统1、后场指挥系统2和中继系统3组成。前端传输系统1主要由头盔11、红外热成像 仪12、传输系统13、腰带14和连接固定装置15组成。并且在红外热成像仪12上主要设置 有主机121、显示设备122和电源1313，主机121主要由镜头组件12101和机芯组件12102 组成，主机121和电源1313对称的设置在头盔11的两侧，显示设备122通过连接固定装置 设置在头盔11右侧，通信处理装置131通过信号线与主机121信号连接，传输系统13主要 由传输装置131、天线132、话筒133和听筒134组成，主机121和电源1313对称的设置在 头盔11的两侧，显示设备122通过连接固定装置15设置在头盔11右眼上方。传输装置131主要由传输模块1311、电源处理模块1312和电源1313组成，电源 1313通过电源处理模块1312经过电压处理，将其变为合适的电压送至传输模块1311。后 场指挥系统2主要由图像分析处理系统21、天线22和显示控制系统23组成，并且通过天线 22接收相应的信号，将其传输到图像分析处理系统21进行相应的处理操作，最后通过信号 线传输至显示控制系统23完成信号的接收和相应的处理。中继系统3主要由接收机31、中继站32和发射机33组成，接收机31接收相应的信号，并通过中继站32信号传输给发射机 33将信号发射出去，前端传输系统1、后场指挥系统2和中继系统3三者之间通过无线电波 进行相应的信号传输。其中，主机121和电源1313对称的设置在头盔11的两侧，并且在电源1313的下 方设置有用于语音交流的话筒133和听筒134 ；显示设备122通过连接固定装置15设置在 头盔11右侧，并且连接固定装置15为合页式，在不适用显示设备122的时候可以将其翻置 于头盔11上；传输系统13通过信号线与主机121信号连接；通信处理装置13内部设置具 有采用多载波技术、高宽带设计、点对多点组网设计以及双向设计的通信传输模块；并且通 信处理装置设置在腰带14上方便其携带，图像处理分析系统21无线传输通信传输模块信 息，并实现后方红外热图像的显示与存储。中继系统3主要用于实现火场无线信号的全覆 盖，增大信号传输距离、提高系统信号传输的可靠性。用于探测外部环境的镜头组件和识别探测信号的机芯设置在主机121上。通信传 输模块采用1、复杂火场的无线覆盖即系统拟采用Wimax 802. 16d (全球微波互联接触)核心 技术中的256 OFDM (正交频分复用技术)多载波技术；2、小型化腰挂设计系统单兵前端拟采用腰挂式设计，在保证信号质量的前提下 充分减小设备的尺寸和重量，以适应消防现场特殊背负要求；3、高带宽设计系统拟采用全数字IP网络构架，具有高效的频谱利用率，能够有 效负荷多种高质量媒体传输需求，如视频、音频、生命体征数据等；4、点对多点组网设计消防车和消防官兵采拟用点对多点星形组网设计，从而形 成有效的集群作战指挥响应系统；5、双向设计系统拟实现兵到车的图像、语音、数据传输，也能够实现车到兵的数 据传送，实现命令下达及有效指挥的目的；6、设备环境适应性设计系统单兵前端拟采用高性能工业级芯片，采取特殊的防 护设计和使用可靠的隔热材料，以满足消防火场特殊情况下的现场要求，并且具有一定的 安全性设计。如图2所示传输模块1311主要由音频输入模块131101、数据输出模块131102、 数据输入模块131103、音频输入模块131104、视频输入模块131105、视频语音数据编解码 模块131106、处理器131107、模数转换器131108、接收器131109、低噪声放大器131110、射 频开关131111、晶振131112、功率放大器131113、频率合成器131114、发射器131115和数 模转换器131116组成。红外热成像仪将采集到的火场信息通过主机121传输至视频输入 模块131105，话筒133将消防员声音输入至音频输入模块131104，数据输入模块131103和 数据输入模块131102通过信号线与计算机进行数据通信，后场指挥员声音通过音频输出 模块传131101输至听筒134，视频、数据和音频信号通过视频音频数据编解码模块131106 传输至处理器131107进行数字处理。将输出的信号通过数模转换器131116、晶振131112 和频率合成器131114后传输至发射器131115，同时通过功率放大器121113进行功率放大 后进入射频开关131111通过天线132进行发射；接收到的信号经过天线132至射频开关 131111，经过低噪声放大器131110进行滤波放大后进入接收器131109，通过晶振131112和 频率合成器131114后进入模数转换器131108进行模数转换，再经数据器131107进行处理后传输，经解码后传输至计算机和听筒134，完成信息的无线收发处理。如图3所示图像分析处理系统21通过天线22接收到第一个消防员上通信传输 模块发来的信号之后，将其传达至图像分析处理系统21的图像处理模块2104，图像处理模 块2104从提取一帧图像的上下两场数据，加以处理后形成一帧完整的图像数据，再进行 相应的图像处理，主要包括图像滤波、增强、分割、多彩处理等功能。图像处理模块2104内 部通过远程大目标2105进行点跟踪合成2106以及点模式、模糊松弛和匹配成像算法2107 之后，产生灰度直方图并进行目标边界缓存，其内部运行门限设置，并进行一些特征计算， 计算完毕后将其计算出的信息传输至后场红外图像管理平台即进行目标匹配跟踪2108、多 彩处理2109之后进入显示控制系统23，后场红外图像管理平台接收到信号以后实现后方 红外热图像的显示与存储，经过后方红外图像管理平台的分析判断即进过差分图像算法以 及图像合成2101、进行面跟踪合成2102以及中远程低对比度目标2103，将信息传输至图 像处理模块传达至第二个消防员，这样实现了整个信息的传输过程；通过图像分析处理系 统21经过热图像处理，降低噪声，降低图像中分布复杂的噪声信息；并实现探测图像增强， 提高图像清晰度；获取并显示前方环境相关信息，如环境温度、最高温度、目标区域温度等； 实现了运动物体跟踪、可疑区域分割及辅助判定，最终通过管理软件显示在后场指挥系统 中。以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优 点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例 和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的 前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本 实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定
权利要求1. 一种头盔式红外探测及图像传输处理装置，其特征在于由前端传输系统(1)、后场 指挥系统(2)和中继系统(3)组成；其中所述前端传输系统(1)由头盔(11)、红外热成像仪(12)、传输系统(13)、腰带(14)和连 接固定装置(15)组成；所述红外热成像仪(12)上设置有主机(121)、显示设备(122)和电源(1313)；主机 (121)由镜头组件(12101)和机芯组件(12102)组成；主机(121 )、电源(1313)和显示设 备(122)通过连接固定装置(15)设置在头盔(11)上；显示设备(122)位于人眼位置；主机 (121)内设有用于探测外部环境的镜头组件和识别探测信号的机芯，显示设备(122)具有显 示反馈信息的功能，用于显示火场的红外图像、现场环境温度、目标区域温度和与目标之间 的距离信息；所述传输系统(13)由传输装置(131)、天线(132)、话筒(133)和听筒(1；34)组成；传 输系统(13)设置于消防员随身装备上，通过信号线与头盔上的红外热成像仪连接；所述后场指挥系统(2)由图像分析处理系统(21)、天线(22)和显示控制系统(23)组 成；通过天线(22)接收相应的信号，将其传输到图像分析处理系统(21)进行相应的处理操 作，最后通过信号线传输至显示控制系统(23)完成信号的接收和相应的处理；所述中继系统(3)由接收机(31)、基站(32)和发射机(33)组成，用于完成信号的接收、 放大和发射；所述的图像分析处理系统(21)通过天线(22)接收到第一个消防员上通信传输模块发 来的信号之后，将其传达至图像分析处理系统(21)的图像处理模块(2104)，图像处理模块 (2104)从提取一帧图像的上下两场数据，加以处理后形成一帧完整的图像数据，再进行 相应的图像处理，主要包括图像滤波、增强、分割、多彩处理等功能；图像处理模块(2104) 内部通过远程大目标(2105)进行点跟踪合成(2106)以及点模式、模糊松弛和匹配成像算 法(2107)之后，产生灰度直方图并进行目标边界缓存，其内部运行门限设置，并进行一些 特征计算；计算完毕后将其计算出的信息传输至后场红外图像管理平台即进行目标匹配跟 踪(2108)、多彩处理(2109)之后进入显示控制系统(23)，后场红外图像管理平台接收到 信号以后实现后方红外热图像的显示与存储，经过后方红外图像管理平台的分析判断即进 过差分图像算法以及图像合成(2101)、进行面跟踪合成(2102)以及中远程低对比度目标 (2103)，将信息传输至图像处理模块传达至第二个消防员，实现整个信息的传输过程；通过 图像分析处理系统21经过热图像处理，降低噪声，降低图像中分布复杂的噪声信息；并实 现探测图像增强，提高图像清晰度；获取并显示前方环境相关信息；对运动物体跟踪、可疑 区域分割及辅助判定，最终通过管理软件显示在后场指挥系统中；所述的传输装置(131)由传输模块(1311)、电源处理模块(1312)和电源(1313)组成； 电源(1313)通过电源处理模块(1312)经过电压处理，将其变为合适的电压送至传输模块 (1311)；所述传输模块(1311)由音频输入模块(131101)、数据输出模块(131102)、数据输 入模块(131103)、音频输入模块(131104)、视频输入模块(131105)、视频语音数据编解 码模块(131106)、处理器(131107)、模数转换器(131108)、接收器(131109)、低噪声放 大器(131110)、射频开关(131111)、晶振(131112)、功率放大器(131113)、频率合成器 (131114)、发射器(131115)和数模转换器(131116)组成；红外热成像仪将采集到的火场信息通过主机(121)传输至视频输入模块(131105)，话筒(133)将消防员声音输入至音频 输入模块(131104)，数据输入模块(131103)和数据输入模块(131102)通过信号线与计算 机进行数据通信，后场指挥员声音通过音频输出模块传(131101)输至听筒(134)，视频、 数据和音频信号通过视频音频数据编解码模块(131106)传输至处理器(131107)进行数 字处理；将输出的信号通过数模转换器(131116)、晶振(131112)和频率合成器(131114) 后传输至发射器(131115)，同时通过功率放大器(121113)进行功率放大后进入射频开关 (131111)通过天线(132)进行发射；接收到的信号经过天线(132)至射频开关(131111)，经 过低噪声放大器(131110)进行滤波放大后进入接收器(131109)，通过晶振(131112)和频 率合成器(131114)后进入模数转换器(131108)进行模数转换，再经数据器(131107)进行 处理后传输，经解码后传输至计算机和听筒(134)，完成信息的无线收发处理。
2.如权利要求1所述的头盔式红外探测及图像传输处理装置，其特征在于采用多载波 技术将显示设备上的红外图像及相关信息以无线方式传输至后场指挥系统。
3.如权利要求2所述的头盔式红外探测及图像传输处理装置，其特征在于所述连接固 定装置(1 为折叠式连接固定装置。
4.如权利要求3所述的头盔式红外探测及图像传输处理装置，其特征在于前端传输系 统(1)能够拆卸和折叠，并且脱离头盔单独使用。
专利摘要本实用新型属于消防用红外线探测技术领域，具体为一种头盔式红外探测及图像传输处理系统，该系统主要由前端传输系统、后场指挥系统和中继系统组成，前端传输系统、后场指挥系统和中继系统三者之间通过无线电波进行相应的信号传输。通过集成在消防员装备上的前端系统在火场采集信息，再以无线电波传输到中继系统和后场指挥系统，后场指挥系统对相应的信息进行分析处理，提供直观的火场数据，便于救援的调配。本实用新型具有体积小、重量轻、携带方便等特点，实现火灾现场发现救援目标、视频音频与数据的采集与无线传输、图像处理、智能分析与实时显示等功能，符合消防装备“轻便化、智能化、高效化、集成化”的发展趋势，贴近消防实战需求以及消防部队攻坚需求。
文档编号G08C17/02GK201904845SQ20102067784
公开日2011年7月20日 申请日期2010年12月24日 优先权日2010年12月24日
发明者何宇, 刘盛鹏, 吴军, 宋娜娜, 施巍, 曹永强, 李震, 汪萍萍, 洪赢政, 阙兴贵, 阮桢, 陈伟 申请人:上海倍安实业有限公司, 公安部上海消防研究所, 浙江雷邦实业有限公司