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基于iOS系统无线收发的红外实时测试设备

阅读：54发布：2020-06-23

专利汇可以提供基于iOS系统无线收发的红外实时测试设备专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种基于iOS系统无线收发的红外实时测试设备。它由目标生成单元一台便携式黑体，发送单元一个可无线发送的信号转接盒和接收处理单元一台iPad2或iPhone4组成。黑体产生的红外目标辐射源由被测系统观测，信号转接盒与被测系统相连，把被测系统输出的红外测试图像转换成无线信号发送给运行在iOS系统上的嵌入式测试软件，最后此软件实时地把红外图像和测试结果显示到触摸屏上或保存到本地硬盘上。本设备尤其可在野外环境下对远距离的红外成像系统的性能进行实时测试，整套设备的重量仅为6千克左右，无需任何连线，设备的灵活性好，便携性高。，下面是基于iOS系统无线收发的红外实时测试设备专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于iOS系统无线收发的红外实时测试设备，它由目标生成单元、发送单元和接收处理单元组成，其特征在于：
所述的目标生成单元采用一台便携式黑体；所述的发送单元采用一个信号转接盒，支持具有CAMLINK输出或LVDS输出的红外成像系统；所述的接收处理单元采用一台iPad2或iPhone4基于iOS系统的嵌入式设备，它由接收单元和处理单元两部分组成：接收单元为嵌入式设备自带的无线模块；处理单元为运行在iOS系统的嵌入式软件；
便携式黑体模拟无穷远处的红外面目标辐射源，并通过自带的离轴准直光学透镜组把目标辐射转换成平行光投射到被测系统的入瞳处；凝视焦平面类型的红外被测成像系统，对黑体产生的目标成像并输出相应的红外测试图像，通过与之相连的信号转接盒，实时地把红外测试图像转换成支持802.11b/g/n协议的无线信号进行发送，与此同时，接收单元实时地接收信号转接盒输出的红外测试图像，并把它转换成处理单元所需的数据格式，处理单元实时地计算被测系统的信号灵敏度，3D噪声和噪声等效温差，并把红外测试图像和计算的结果实时地显示到触摸屏上或存到本地硬盘上。

说明书全文

基于iOS系统无线收发的红外实时测试设备

技术领域

[0001] 本发明涉及一种红外实时测试设备，它尤其能在野外环境下实时测试红外成像系统的性能指标。

背景技术

[0002] 红外成像系统的性能评估是系统的总体技术要求之一，在系统设计和分析中具有重要地位。通常情况下，这些性能指标是在实验室环境下进行测试和评估的；目前国外主流测试设备有INFRAMET公司[1]的DT（变目标测试系统）、LAFT（可移动变距离测试系统）和SAFT（可移动变距离/目标测试系统）；Optikos公司[2]的I-SITETM光电测试系统；EO公司[3]的Infrared/Visible Test Station和SBIR公司[4]的红外系统测试软件TM
IRWindows 2001。这些测试设备的测试软件一般采用PC机+Windows7构架，测试设备的便携性和灵活性普遍不高，无法满足野外环境下对红外成像系统进行复测的要求。发明内容

[0003] 本发明的目的是提供一种基于iOS系统无线收发的红外实时测试设备，解决在野外或实验室环境下对红外成像系统的性能指标进行实时测试的技术问题。 [0004] 如图1所示，本发明所采用的技术方案是：总共采用3个子单元：目标生成单元、发送单元和接收处理单元来实现红外测试目标的生成，红外测试图像的收发和红外成像系统性能的检测。

[0005] 其中，所述的目标生成单元采用一台便携式黑体；所述的发送单元采用一个信号转接盒，支持具有CAMLINK输出或LVDS输出的红外成像系统；所述的接收处理单元采用一台基于iOS系统的嵌入式设备：iPad2或iPhone4。它由接收单元和处理单元两部分组成：接收单元为嵌入式设备自带的无线模块；处理单元为运行在iOS系统的嵌入式软件。 [0006] 便携式黑体模拟无穷远处的红外面目标辐射源，并通过自带的离轴准直光学透镜组把目标辐射转换成平行光投射到被测系统的入瞳处。凝视焦平面类型的红外被测成像系统，对黑体产生的目标成像并输出相应的红外测试图像。通过与之相连的信号转接盒，实时地把红外测试图像转换成支持802.11b/g/n协议的无线信号进行发送。与此同时，iPad2或iPhone4中的接收单元实时地接收信号转接盒输出的红外测试图像，并把它转换成处理单元所需的数据格式。处理单元根据[5]提出的2D焦平面阵列（FPA）凝视探测器的测试方法实时地计算被测系统的信号灵敏度（SiTF），3D噪声和噪声等效温差（NETD）。并把红外测试图像和计算的结果实时地显示到触摸屏上或存到本地硬盘上。

[0007] 本发明的有益效果是，整套设备的重量仅为6千克左右，无多余连线，设备灵活性高，方便运输和携带。尤其可在野外环境下对远距离的红外成像系统的性能进行实时测试，这些性能包括系统的信号灵敏度（SiTF），系统的3D噪声和系统的噪声等效温差（NETD）。附图说明

[0008] 图1是本发明的总体设计方案。

[0009] 图2是测试软件的总流程图。

[0010] 图3是三维噪声模型坐标系NTVH。

具体实施方式

[0011] 如图1所示，目标生成单元采用的黑体为自行研制的便携式黑体，主要由发热部件，离轴准直光学透镜组和目标靶盘组成。其技术指标如表1所示：

[0012] 表1便携式黑体的技术指标

[0013]有效面积 90╳90mm
相对温度范围 -20℃-+60℃
绝对温度范围 +5℃-+85℃@环境温度为+25℃
温度分辨率 1mK
发射率 0.97±0.01
温度均匀性 0.01
稳定时间 75秒@(ΔT＝10℃)
绝对误差 (T-25℃)+12[mK]
尺寸 130×363×180mm
工作电源 AC：220V@50/60Hz
重量 5千克

[0014] 发送单元为自行研制的信号转接盒，主要由CAMLINK 接口单元，LVDS接口单元，无线网络接口单元和Xilinx FPGA XC5VLX110T-1FF1136芯片组成。此款芯片具有逻辑模块：160×38个，最大分布式RAM：820kb，DSP48E：128个，Rocketio GTX：16个，总IObank：19个，最大用户IO：640个。CAMLINK和LVDS接口单元分别把接收到的CAMLINK信号和LVDS信号转换成TTL信号输入给FPGA，然后FPGA内嵌的网络IP核把输入的数据转换成标准
802.11b/g/n格式的数据，并通过无线网络接口单元转换成无线信号进行发送。信号转接盒的技术指标如表2所示：

[0015] 表2信号转接盒的技术指标

[0016]输入端电气接口 1Base CAMLINK信号或串行LVDS信号
输出电气接口标准802.11b/g/n无线网络
数据传输率 <20Mbytes/s
工作电源 5V直流
工作温度 -15℃-+70℃
尺寸 113×85×30mm
重量 300克
功率 15W

[0017] 接收处理单元使用iPad2或iPhone4来实现红外数据的接收和处理。它的主要参数如表3和表4所示：

[0018] 表3iPad2的主要参数

[0019]屏幕尺寸 9.7英寸电容多点式触摸屏
 操作系统 iOS4.3
CPU A5 1GHz双核
系统内存 512MB
存储容量 16GB
屏幕分辨率 1024×768
网络模式支持802.11a/b/g/n无线协议
重量 601g
续航时间 10小时左右

[0020] 表4iPhone4的主要参数

[0021]屏幕尺寸 3.5英寸电容多点式触摸屏
操作系统 iOS4.3
CPU A4 1GHz
系统内存 512MB
存储容量 16GB
屏幕分辨率 640×960
网络模式支持802.11a/b/g/n无线协议
重量 137g
待机时间 300小时

[0022] 接收处理单元又可分为接收单元和处理单元。接收单元为iPad2或iPhone4自带的无线模块，用于实时接收发送单元发出的红外图像并把它转换成处理单元所需的数据格式；处理单元为运行在iPad2iPhone4上的测试软件，用于实时显示红外数字图像及测试结果。本测试软件为自行设计开发的基于iOS系统的嵌入式软件，采用Objective-C和C++混合语言进行编程。

[0023] 测试软件的总流程如图2所示，初始化模块对其SDK接口，全局变量等进行初始化，并设置图像接收的回调函数。当有红外数据时，接收单元会通知iOS系统自动调用先前设置的接收数据模块，如果没有接收完1 帧则继续接收，否则发送传输完成消息给主函数，主函数根据当前的工作状态进行显示，测试或存储。

[0024] 由于接收的红外图像为16位数字图像，而显示的灰度图像为8位数字图像（R=G=B），所以需要对接收的图像进行16位转8位的动态范围调整。动态范围调整模块采用浮动窗口法进行线性动态范围调整，它能保证最小温度分辨率不变的情况下输出层次清楚的红外图像。它采用在原始灰度轴上选择开窗口的方法显示图像，灰度值在窗口范围内则直接按减法计算，其他则置0或显示的最大灰度值。设原始图像为X(i,j)，其分辨率为M×N，i,j分别代表x轴方向和y轴方向的序号，其中0≤i＜M,0≤j＜N。浮动窗口的位置由原始图像X(i,j)的平均灰度决定，参数α确定窗口中图像整体灰度的亮暗情况，参数β确定浮动窗口的大小，具体的公式如下：

[0025]

[0026] 式中，Xmin和Xmin分别为窗口位置的上下限阈值，如公式（2）所示： [0027]

[0028]

[0029] 显示模块调用CGContext类提供的画图函数进行红外图像和测试结果的显示。CGContext又叫做图形上下文，相当于一块画布，以堆栈形式存放，只有在当前图形上下文上绘图才有效。iOS有分多种图形上下文，具体介绍和使用方法请查阅[6]，这里就不详细介绍了。

[0030] 测试模块采用[5]提出的2D焦平面阵列（FPA）凝视探测器的测试方法测试红外成像系统，包括系统的信号灵敏度，系统的3D噪声和系统的噪声等效温差（NETD）。系统信号灵敏度SiTF的公式为：

[0031]

[0032] 式中，N为温度点的个数；ΔTi为第i个温度点；ΔVi为第i个温度点所对应的灰度。系统噪声采用3D噪声模型，如图3所示。具体的3D噪声模型介绍请查阅[5]的相关章节，这里仅引用最终的计算公式：

[0033]

[0034]

[0035]

[0036] 每个噪声分量的RMS值由公式得到[7]：

[0037]

[0038] 式中Ne为采样的帧数；vi为采样的数据集。再把求得的RMS值除以SiTF就可以得到了每个噪声分量的标准方差σ，单位为mK。σTVH即为系统的NETD。 [0039] 如果用户需实时存储数据，软件会自动调用存储模块。此模块主要采用XCODE提供的文件及目录管理类(NSFileManager)和文件操作类(NSFileHandle)的API函数来进行红外数据的实时保存。这些类的API函数的具体使用方法请查阅[6]，这里就不详细介绍了。

[0040] 文中提及的有关参考文献如下：

[0041] [1]http://www.inframet.pl/

[0042] [2]http://www.optikos.com/

[0043] [3]http://www.electro-optical.com/

[0044] [4]http://www.sbir.gov/

[0045] [5]Holst G.C.,Testing and evaluation of infrared imaging systems III,JCD Publishing Company2008.

[0046] [6]https://developer.apple.com/library/mac/navigation/ [0047] [7]MIL-STD-1859,“Thermal Imaging Devices,Performance Parameters of,”15September1981.

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