[go: up one dir, main page]

RU2848139C1 - Thermal imager - Google Patents

Thermal imager

Info

Publication number
RU2848139C1
RU2848139C1 RU2024136877A RU2024136877A RU2848139C1 RU 2848139 C1 RU2848139 C1 RU 2848139C1 RU 2024136877 A RU2024136877 A RU 2024136877A RU 2024136877 A RU2024136877 A RU 2024136877A RU 2848139 C1 RU2848139 C1 RU 2848139C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
thermal
sensor
matrix
area
temperature
Prior art date
Application number
RU2024136877A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Николаевич Потрахов
Сергей Александрович Ростачев
Данила Александрович Терешко
Карина Константиновна Гук
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И.Ульянова (Ленина)"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И.Ульянова (Ленина)" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И.Ульянова (Ленина)"
Application granted granted Critical
Publication of RU2848139C1 publication Critical patent/RU2848139C1/en

Links

Abstract

FIELD: medical technology.
SUBSTANCE: invention relates to medical technology. The thermal imager contains a liquid crystal display (2), a USB video camera (3), a laser rangefinder (4), a thermal matrix sensor (5) and a microcontroller (6) connected to a power supply unit (1). Additionally, a USB hub (7), a thermal point sensor (8) and a laser pointer (9) are included. The thermal imager is designed to display the diagnosed area on a personal computer screen in the form of a pixel matrix overlaid with a coordinate grid indicating the temperature of each pixel, and with the ability to capture a television image by recording a sequence of thermal images with a specified polling frequency of the thermal matrix sensor, as well as with the ability to determine the size of the area of interest directly on a personal computer screen.
EFFECT: increased accuracy of absolute temperature measurement and dynamics of its change.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к тепловизионной технике для медицинской диагностики.The invention relates to medical equipment, namely to thermal imaging equipment for medical diagnostics.

Известен тепловизор, который содержит фоточувствительный узел, включающий объектив, криостат, входное окно криостата, фотоприемную матрицу, кремниевый мультиплексор, систему охлаждения, холодный экран, электронную систему аналоговой обработки сигналов, содержит также цифровой узел, состоящий из электронного модуля с аналого-цифровым преобразователем (АЦП) и соединенного с ним компьютера, источник питания и монитор, соединенный с цифровым узлом. Фотоприемная матрица тепловизора выполнена на основе арсенида индия, содержит также линию связи, цифровой узел выполнен в отделенном от фоточувствительного узла экранированном корпусе и через линию связи соединен с фоточувствительным узлом, электронный модуль с АЦП содержит дифференциальный усилитель, сигнальный процессор и микросхему связи с шиной компьютера, электронная система аналоговой обработки сигналов выполнена с возможностью управления матрицей через кремниевый мультиплексор и исполнительными системами (системой калибровки чувствительности элементов матрицы и системой наводки на резкость объектива), также содержит систему калибровки, встроенную в фоточувствительный узел, и принтер, клавиатуру, манипулятор "мышь", соединенные с цифровым узлом. Фотоприемная матрица имеет размерность 128х128 элементов, может быть квадратной или прямоугольной формы и содержать m х n элементов, где m, n ~ 100 - 1000. Фоточувствительными элементами матрицы служат конденсаторы со структурой МДП, также могут быть фотодиоды. Объектив имеет фокусное расстояние F, превышающее 90,01 м, и относительное отверстие в пределах F/0,5 - F/16. Источник питания соединен с электронной системой аналоговой обработки сигналов, управления матрицей и исполнительными системами. Также его дополнительно соединяют с цифровым узлом. В качестве источника питания также используют источник питания компьютера (RU 2152138 C1). A thermal imager is known that contains a photosensitive unit including a lens, a cryostat, an input window of the cryostat, a photodetector matrix, a silicon multiplexer, a cooling system, a cold screen, an electronic system for analog signal processing, and also contains a digital unit consisting of an electronic module with an analog-to-digital converter (ADC) and a computer connected to it, a power source, and a monitor connected to the digital unit. The thermal imager's photodetector matrix is made on the basis of indium arsenide and also contains a communication line, the digital unit is implemented in a shielded housing separated from the photosensitive unit and is connected to the photosensitive unit via a communication line, the electronic module with the ADC contains a differential amplifier, a signal processor and a microcircuit for communication with the computer bus, the electronic system of analog signal processing is configured to control the matrix via a silicon multiplexer and executive systems (a system for calibrating the sensitivity of the matrix elements and a system for focusing the lens), also contains a calibration system built into the photosensitive unit, and a printer, a keyboard, a mouse manipulator connected to the digital unit. The photodetector matrix has a dimension of 128x128 elements, can be square or rectangular and contain m x n elements, where m, n ~ 100 - 1000. The photosensitive elements of the matrix are capacitors with an MOS structure, they can also be photodiodes. The lens has a focal length F exceeding 90.01 m and a relative aperture ranging from F/0.5 to F/16. The power supply is connected to the electronic analog signal processing system, matrix control, and actuator systems. It is also connected to the digital unit. A computer power supply (RU 2152138 C1) is also used as a power source.

Недостатком данного технического решения является использование охлаждаемого с помощью криостата фоточувствительного узла, необходимость использования системы калибровки чувствительности элементов матрицы и системы наводки на резкость, что значительно усложняет эксплуатацию системы.The disadvantage of this technical solution is the use of a photosensitive unit cooled by a cryostat, the need to use a system for calibrating the sensitivity of the matrix elements and a focusing system, which significantly complicates the operation of the system.

Известна реализация способа отображения температурного поля биологического объекта (RU 2452925 C1), включающего измерение температуры объекта в фиксированных точках на обследуемой области, передачу результата измерения в каждой фиксированной точке в снабженный компьютерной программой компьютер, обработку результатов измерений в компьютере и использование результатов обработки для формирования изображения температурного поля обследуемой области объекта, при этом формирование изображения температурного поля осуществляют компьютерной программой на изображении обследуемой области объекта, отличающийся тем, что изображение обследуемой области объекта вводят в базу компьютера и выводят на экран монитора до начала измерения температуры, при этом точки измерения температуры на обследуемой области объекта отображают на изображении объекта на экране монитора и предполагают обозначение точек для измерения температуры на изображении обследуемой области с ориентацией на присущие данной области анатомические ориентиры в количестве, минимально достаточном для мониторинга любого патологического процесса в этой области точки для измерения температуры, обозначаемые на изображении обследуемой области, получают из памяти компьютера; точки для измерения температуры обозначают на изображении обследуемой области вручную; измерение температуры в фиксированных точках обследуемой области осуществляют с соблюдением унификации расстояния и угла между обследуемой областью тела человека и инфракрасным сенсором, достаточной для обеспечения повторяемости проведения последовательных замеров температур в одних и тех же точках на поверхности обследуемой области тела человека на протяжении всего периода мониторинга. Изображение обследуемой области выполнено в виде фотографии. Изображение обследуемой области выполнено в виде модельного 2D (двумерного) или 3D (трехмерного) изображения, результаты мониторинга формируют в виде текстового сообщения; результаты мониторинга формируют в виде графического сообщения. Результаты мониторинга формируют в виде звукового сообщения. Компьютер выполнен, например, на стандартных платформах класса SoC на ядре ARMv9, или аналогичных с близкой производительностью и энергопотреблением, например, ARM архитектуры, х86. В качестве базового программного обеспечения использованы стандартные платформы, такие как, например, Android 2.3, Qt, Windows Mobile, или аналогичные, обеспечивающие эффективное функционирование устройства. Дополнительный блок памяти выполнен, например на флэш-карте, отключаемым для последующего использования сохраненных в нем данных на персональном компьютере Блок памяти организован в виде реляционной базы данных или плоского хранилища файлов. В качестве реляционной базы данных может быть использован, например, SQLite. Экран выполнен, например, сенсорным, чувствительным к нажатию. Сенсор экрана выполнен на резистивной или емкостной матрице. Экран выполнен с диагональю, например, 3,5”, с разрешающей способностью, например, 320×240 точек, при глубине цветов, например, RGB 16 бит; инфракрасный сенсор выполнен, например, на базе стандартного инфракрасного сенсора с максимальной чувствительность в области температур биологических объектов 20-45°С. Инфракрасный сенсор выполнен, например, на базе сенсора MLX90614. В корпусе устройства для мониторинга заболеваний выполнены, по меньшей мере, два отверстия, при этом, по меньшей мере, в одном из указанных отверстий установлен инфракрасный сенсор, а в другом из указанных отверстий установлен объектив фотокамеры. Измерение температуры осуществляют в нескольких точках шаблона расположения точек одновременно с помощью более чем одного инфракрасного сенсора.There is known an implementation of a method for displaying the temperature field of a biological object (RU 2452925 C1), which includes measuring the temperature of the object at fixed points in the area being examined, transmitting the measurement result at each fixed point to a computer equipped with a computer program, processing the measurement results in the computer and using the processing results to form an image of the temperature field of the area being examined of the object, wherein the formation of the image of the temperature field is carried out by a computer program on the image of the area being examined of the object, characterized in that the image of the area being examined of the object is entered into the computer database and displayed on the monitor screen before the start of measuring the temperature, wherein the points for measuring the temperature in the area being examined of the object are displayed on the image of the object on the monitor screen and involve designating points for measuring the temperature on the image of the area being examined with an orientation towards anatomical landmarks inherent in this area in a quantity minimally sufficient for monitoring any pathological process in this area the points for measuring the temperature, designated on the image of the area being examined, are obtained from the computer memory; the points for measuring the temperature are designated on the image of the area being examined manually; Temperature measurements at fixed points within the surveyed area are performed while maintaining a standardized distance and angle between the surveyed area of the human body and the infrared sensor, sufficient to ensure repeatability of successive temperature measurements at the same points on the surface of the surveyed area of the human body throughout the entire monitoring period. The image of the surveyed area is taken as a photograph. The image of the surveyed area is taken as a 2D (two-dimensional) or 3D (three-dimensional) model image, and the monitoring results are generated as a text message; the monitoring results are generated as a graphic message. The monitoring results are generated as an audio message. The computer is implemented, for example, on standard SoC platforms based on the ARMv9 core, or similar ones with similar performance and power consumption, for example, ARM architecture, x86. Standard platforms such as Android 2.3, Qt, Windows Mobile, or similar ones, ensuring the efficient functioning of the device, are used as the base software. An additional memory unit, such as a flash card, can be disconnected for subsequent use of the stored data on a personal computer. The memory unit is organized as a relational database or flat file storage. SQLite, for example, can be used as a relational database. The screen is, for example, touch-sensitive, using a resistive or capacitive matrix. The screen has a diagonal of, for example, 3.5", with a resolution of, for example, 320x240 pixels, and a color depth of, for example, 16-bit RGB. The infrared sensor is based on a standard infrared sensor with maximum sensitivity in the temperature range of biological objects of 20-45°C. The infrared sensor is based on, for example, the MLX90614 sensor. The housing of the disease monitoring device has at least two openings, with an infrared sensor installed in at least one of said openings, and a camera lens installed in the other opening. Temperature measurements are performed at several points in a dot pattern simultaneously using more than one infrared sensor.

Устройство дополнительно снабжено выносным модулем в составе корпуса по меньшей мере одного инфракрасного сенсора, снабженного средством обеспечения заданных расстояния и угла между обследуемой областью тела человека и инфракрасным сенсором и подключаемого к устройству для мониторинга заболеваний с использованием гибкого кабеля. The device is additionally provided with a remote module comprising the housing of at least one infrared sensor, provided with a means for ensuring a specified distance and angle between the examined area of the human body and the infrared sensor and connected to the device for monitoring diseases using a flexible cable.

Недостатком реализации способа является ограниченная возможность позиционирования точек измерения и сложность повторяемости места точки измерения, малая плотность точек измерения температуры. Непонятно по какому принципу происходит выбор точек интереса. В реализации использование фотокамеры в одном конструктиве с точечным датчиком громоздкое и малоинформативное решение, а потому не имеет смысла. Отсутствует возможность измерения динамики изменения температуры.The disadvantages of this method include limited positioning of measurement points, difficulty in repeating the measurement point location, and low density of temperature measurement points. The principle by which points of interest are selected is unclear. Using a camera in a single unit with a point sensor is cumbersome and uninformative, and therefore pointless. There is no ability to measure temperature dynamics.

В качестве прототипа выбраны тепловизоры фирмы NEC типа AT7X/AT8X (http://nec-infrared.ru/teplovizor_18.html).Thermal imagers from NEC, type AT7X/AT8X (http://nec-infrared.ru/teplovizor_18.html) were chosen as a prototype.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕПЛОВИЗОРАThermal Imaging Camera Specifications

Отображение изображенияDisplaying an image Тепловизор АТ7Х-СтандартThermal imager AT7X-Standard Тепловизор АТ8Х-СтандартThermal imager AT8X-Standard Разрешение ИК детектораIR detector resolution 640x480 пикселей640x480 pixels 1024x768 пикселей1024x768 pixels NETDNETD <0.04°С (@30 °С)<0.04°C (@30°C) <0.04°С (@30 °С)<0.04°C (@30°C) Пространственное разрешениеSpatial resolution 0.68mrad (24°);
1.31 mrad (48°);
0.34 mrad (12°);
0.17 mrad (6°);
0.68mrad (24°);
1.31 mrad (48°);
0.34 mrad (12°);
0.17 mrad (6°);
0.36 mad (28°);
0.63 mrad (45°);
0.17 mrad (12°);
 
0.36 mad (28°);
0.63 mrad (45°);
0.17 mrad (12°);
Отображение информацииDisplaying information 5.8" супер-яркий дисплей разрешением 1280*768 пикселей5.8" super-bright display with a resolution of 1280*768 pixels Сенсорный дисплейTouch screen Емкосной сенсорный дисплейCapacitive touch display Неохлаждаемый детекторUncooled detector Материал детектораDetector material Аморфный кремний или оксид ванадияAmorphous silicon or vanadium oxide Спектральный диапазонSpectral range 7.5 ~ 14um7.5 ~ 14 um Стантартный объективStandard lens 24°24° 28°28° Дополнительные объектитвыAdditional Objectives 48° 12° 6° и т.д.48° 12° 6° etc. 45° 12°45° 12° Диапазон фокусировкиFocusing range 0.5 m~0 (24°\48°);
1 m~00 (12°):
4 m~0 (6°)
0.5 m~0 (24°\48°);
1 m~00 (12°):
4 m~0 (6°)
0.5 m~0 (28°);
1 m~0 (12°);
 
0.5 m~0 (28°);
1 m~0 (12°);
Определение объективаLens definition Автоматическая идентификацияAutomatic identification Режим фокусировкиFocus mode Ручная, автоматическая, электроннаяManual, automatic, electronic Частота И К детектораFrequency of the I/K detector 30 Гц30 Hz МасштабированиеScaling 1Х-8Х непрерывное1X-8X continuous Параметры измерения температурыTemperature measurement parameters Стандартный диапазонStandard range -20°С ~ 150°С, 0°С ~ 410°С, 300°С ~ 650°С-20°С ~ 150°С, 0°С ~ 410°С, 300°С ~ 650°С Опциональный диапазонOptional range +300°С ~ + 650°С \ +300°С ~ +2,000°С \ (высокотемпературный диапазон)+300°С ~ + 650°С \ +300°С ~ +2,000°С \ (high temperature range) Погрешность измеренийMeasurement error ±2°С или 2% от показания±2°С or 2% of reading Параметры видоискателяViewfinder parameters ВидоискательViewfinder Встроенный, цветной, разрешением 1024x768 пикселейBuilt-in, color, resolution 1024x768 pixels Параметры видимого светаVisible light parameters Цифровая камераDigital camera Встроенная 500W цифровая камера с LED (Светодиодными) лампамиBuilt-in 500W digital camera with LED lamps Параметры лазерного дальномераLaser rangefinder parameters Дальность действия лазераLaser range 0.01m ~ 40m0.01m ~ 40m Точность лазерного дальномераLaser rangefinder accuracy ±1cm или 1%±1cm or 1% Отображение лазераLaser display Положение автоматически отображается на инфракрасном изображенииThe position is automatically displayed on the infrared image. Отображение изображенияDisplaying an image ПалитраPalette Десять палитр, таких как цвета побежалости металла / отенки серой шкалы / инвертогная и т.д.Ten palettes such as metal tarnish/grayscale/inverted etc. PIP (картинка в картинке)PIP (picture in picture) Отображение области инфракрасного изображения на видимом изображенииDisplaying an infrared image area on a visible image IMIX (микширование)IMIX (mixing) ПоддерживаетсяSupported СлияниеMerger ПоддерживаетсяSupported ИзотермыIsotherms ПоддерживаютсяSupported Супер-разрешениеSuper resolution Увеличивает количество пикселей в 4 разаIncreases the number of pixels by 4 times GPSGPS Встроенный GPS, автоматически добавляет информацию о местоположении к изображению, включена поддержка программы чтения с экранаBuilt-in GPS, automatically adds location information to images, screen reader support included Беспроводная передача данныхWireless data transmission WI-FIWi-Fi Передача инфракрасных изображений на мобильный телефон / компьютер через Wi-FiTransfer infrared images to your mobile phone/computer via Wi-Fi BluetoothBluetooth Поддержка записи и воспроизведения через Bluetooth-гарнитурыSupport recording and playback via Bluetooth headsets USB-интерфейсUSB interface USB-интерфейсUSB interface Используется USB для передачи изображений с SD-карты устройства на ПКUses USB to transfer images from the device's SD card to a PC Измерения и анализMeasurements and analysis Точка, линия, областьPoint, line, area Поддержка до 10 точек, до 5 линий и до 10 областей одновременноSupport up to 10 points, up to 5 lines and up to 10 areas simultaneously Полный экран Макс/МинFull Screen Max/Min Автоматический захват максимальной / минимальной температуры на экранеAutomatically captures maximum/minimum temperature on screen Разница температурTemperature difference Автоматическое вычисление разницы температур при измеренииAutomatic calculation of temperature difference during measurement Калибровка неравномерностиCalibration of unevenness Ручная / автоматическая по сигналу датчикаManual / automatic by sensor signal Коррекция коэффициента излученияEmissivity correction Автоматическое, основанное на излучательной способности вводимого параметраAutomatic, based on the emissivity of the input parameter Коррекция атмосферного пропусканияAtmospheric transmittance correction Автоматическое, основанное на данных вводимых параметровAutomatic, based on input parameters Измерения и анализMeasurements and analysis Текстовая аннотацияText annotation Выберите текстовую аннотацию из списка предустановок и отредактируйте ее в тепловизореSelect a text annotation from the list of presets and edit it in the thermal imager Звуковая аннотацияSound annotation Поддерживает голосовую аннотацию и сохраняет ее вместе с термограммойSupports voice annotation and saves it along with the thermal image СигнализацияSignaling Режим сигнализацииAlarm mode Автоматическая звуковая и визуальная сигнализация для заданного значения температуры выше / нижеAutomatic audible and visual alarm for set temperature above/below Сохранение данныхSaving data Сохранение изображенийSaving images 32G высокоскоростная SD карта (сораняет более 10000 термограмм)32G high-speed SD card (stores over 10,000 thermal images) Формат термограммThermogram format jpg / png (включает радиометрические данные)jpg / png (includes radiometric data) Формат видеоизображенийVideo image format jpg/ pngjpg/ png Формат ИК видеоIR video format Н.264 видео на SD cardH.264 video to SD card ВидеовыходVideo output ВидеовыходVideo output HDMIHDMI Интерфейс видеовыходаVideo output interface Micro HDMI интерфейсMicro HDMI interface ПитаниеNutrition ТипType Заменяемый перезаряжаемый литиевый аккумуляторReplaceable rechargeable lithium battery Напряжение питанияSupply voltage DC 12ВDC 12V Время работы от аккумулятораBattery life от 3 часов при температуре 25°Сfrom 3 hours at a temperature of 25°C Тип зарядного устройстваCharger type ДвухсекционноеTwo-section Физические характеристикиPhysical characteristics ВесWeight 1.6 кг (включая аккумулятор)1.6 kg (including battery) РазмерSize 210x119x174 мм210x119x174 mm Параметры окружающей средыEnvironmental parameters Рабочая температураOperating temperature -20°С ~ 55°С-20°С ~ 55°С Температура храненияStorage temperature -40°С ~ 70°С-40°С ~ 70°С ВлажностьHumidity <95%, RH<95%, RH Уровень защитыLevel of protection IP54IP54 Тип крепления на треногуTripod mount type UNC 1/4*-20UNC 1/4*-20

На фиг.1 представлена структурная схема реализации такого тепловизора, находящего применение в медицине и являющегося одним из самых функциональных.Fig. 1 shows a structural diagram of the implementation of such a thermal imager, which is used in medicine and is one of the most functional.

Данный тепловизор состоит из подключенных к блоку питания жидкокристаллического дисплея, USB-видеокамеры, лазерного дальномера, теплового матричного датчика и микроконтроллера к выходу, которого подключен жидкокристаллический дисплей, а к входу лазерный дальномер, тепловой матричный датчик и видеокамера.This thermal imager consists of a liquid crystal display, a USB video camera, a laser rangefinder, a thermal matrix sensor, and a microcontroller connected to a power supply unit. The liquid crystal display is connected to the output of the microcontroller, and the laser rangefinder, thermal matrix sensor, and video camera are connected to the input.

В данном техническом решении лазерный дальномер служит для наведения на объект и определения расстояния, но не используется для измерения размеров выделенной на тепловизиограмме области интереса. Работа с тепловизионным изображением чисто качественная по раскрашенной тепловизиограмме, что значительно снижает достоверность анализа полученной информации. Существенным недостатком данного тепловизора является отсутствие прецизионного теплового точечного датчика, позволяющего с высокой точностью измерять температуру в точке интереса и динамику ее изменения, что принципиально важно для медицинской диагностики. In this technical solution, the laser rangefinder is used for targeting and determining distances, but is not used to measure the area of interest (AOI) highlighted on the thermal image. Thermal imaging is purely qualitative, based on the colorized thermal image, which significantly reduces the reliability of the resulting data analysis. A significant drawback of this thermal imager is the lack of a precision thermal point sensor that would allow for highly accurate temperature measurement at the AOI and its dynamics, which is crucial for medical diagnostics.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание тепловизора, позволяющего с высокой точностью измерять абсолютную температуру и динамику ее изменения.The objective of the claimed invention is to create a thermal imager that allows for high-precision measurement of absolute temperature and the dynamics of its change.

Для решения поставленной задачи в тепловизор, содержащий, подключенные к блоку питания жидкокристаллический дисплей, USB-видеокамеру, лазерный дальномер, тепловой матричный датчик и микроконтроллер, к выходу которого подключен жидкокристаллический дисплей, а к входу лазерный дальномер и тепловой матричный датчик, а также USB-распределитель, тепловой точечный датчик и лазерный указатель, при этом первый вход USB-распределителя подключен к USB-видеокамере, второй вход подключен ко второму выходу микроконтроллера, а выход выполнен с возможностью подключения к персональному компьютеру, выход теплового точечного датчика подключен ко входу микроконтроллера, при этом тепловой точечный датчик и лазерный указатель подключены к блоку питания, причем тепловизор выполнен с возможностью отображения на экране персонального компьютера диагностируемой области в виде матрицы пикселей, на которую наложена координатная сетка с указанием температуры каждого пикселя, и с возможностью фиксации телевизионного изображения посредством записи последовательности тепловизионных изображений с заданной частотой опроса теплового матричного датчика, а также с возможностью определения размера зоны интереса непосредственно на экране персонального компьютера.In order to solve the stated problem, a thermal imager is provided, which comprises a liquid crystal display, a USB video camera, a laser rangefinder, a thermal matrix sensor and a microcontroller connected to a power supply unit, to the output of which the liquid crystal display is connected, and to the input of the laser rangefinder and thermal matrix sensor, as well as a USB distributor, a thermal point sensor and a laser pointer, wherein the first input of the USB distributor is connected to the USB video camera, the second input is connected to the second output of the microcontroller, and the output is configured to be connected to a personal computer, the output of the thermal point sensor is connected to the input of the microcontroller, wherein the thermal point sensor and laser pointer are connected to the power supply unit, wherein the thermal imager is configured to display on the screen of the personal computer the diagnosed area in the form of a matrix of pixels, on which a coordinate grid is superimposed indicating the temperature of each pixel, and with the ability to record a television image by recording a sequence of thermal images with a given sampling frequency of the thermal matrix sensor, as well as with the ability to determine the size of the area of interest directly on the personal computer screen.

Настоящее изобретение отличается тем, что в отличии от прототипа введен дополнительный тепловой точечный датчик, который позволяет позиционировать выявленную точку интереса и детально исследовать динамические процессы в ней, сохраняя в памяти и отображая на дисплее изменение температуры (частота опроса от 0,1 сек до 1 сек) во времени. Применение теплового матричного датчика, работающего на малом расстоянии (от 5см), в сочетании с дальномером позволяет определять количественно размеры области интереса и точно ее позиционировать.The present invention differs from the prior art in that it incorporates an additional thermal point sensor, which enables the positioning of a detected point of interest and detailed investigation of its dynamic processes, storing and displaying temperature changes over time (sampling frequency from 0.1 sec to 1 sec). The use of a thermal matrix sensor, operating at a short distance (from 5 cm), in combination with a rangefinder, enables quantitative determination of the area of interest and its precise positioning.

Сущность изобретения поясняется на Фиг. 2, где изображена блок схема тепловизора. The essence of the invention is explained in Fig. 2, which shows a block diagram of a thermal imager.

Тепловизор содержит (Фиг. 2) подключенные к блоку питания 1 жидкокристаллический дисплей 2, USB-видеокамеру 3, лазерный дальномер 4, тепловой матричный датчик 5 и микроконтроллер 6, к выходу которого подключен жидкокристаллический дисплей 2, а к входу лазерный дальномер 4 и тепловой матричный датчик 5, а так же USB-распределитель 7, тепловой точечный датчик 8 и лазерный указатель 9, при этом первый вход USB-распределителя 7 подключен к USB-видеокамере 3, второй вход подключен ко второму выходу микроконтроллера 6, а выход предназначен для подключения к персональному компьютеру, выход теплового точечного датчика 8 подключен ко входу микроконтроллера 6, при этом тепловой точечный датчик 8 и лазерный указатель 9 подключены к блоку питания 1. Тепловизор выполнен в компактном корпусе с рукояткой пистолетного типа, на передней панели которого размещены: тепловой матричный датчик 5, тепловой точечный датчик 8, лазерный дальномер 4, лазерный указатель 9, USB-видеокамера 3. Основными элементами тепловизора ТВС-2 являются:The thermal imager contains (Fig. 2) connected to power supply unit 1 liquid crystal display 2, USB video camera 3, laser rangefinder 4, thermal matrix sensor 5 and microcontroller 6, to the output of which is connected liquid crystal display 2, and to the input of laser rangefinder 4 and thermal matrix sensor 5, as well as USB distributor 7, thermal point sensor 8 and laser pointer 9, wherein the first input of USB distributor 7 is connected to USB video camera 3, the second input is connected to the second output of microcontroller 6, and the output is intended for connection to a personal computer, the output of thermal point sensor 8 is connected to the input of microcontroller 6, wherein thermal point sensor 8 and laser pointer 9 are connected to power supply unit 1. The thermal imager is made in a compact housing with a pistol-type handle, on the front panel of which are located: thermal matrix sensor 5, thermal point sensor 8, laser rangefinder 4, laser pointer 9, USB video camera 3. The main elements of the TVS-2 thermal imager are:

– матричный тепловизионный датчик (МТД) MLX90640 с форматом 24 × 32 пик-селя, размер пикселя 20 мкм, разрешение при определении температуры в каждом пикселе 0.1 °С;– matrix thermal imaging sensor (MTD) MLX90640 with a format of 24 × 32 pixels, pixel size of 20 µm, resolution when determining the temperature in each pixel of 0.1 °C;

– точечный тепловизионный датчик (ТТД) MLX90614, разрешение при определении температуры 0.02 °С;– point thermal imaging sensor (TIS) MLX90614, temperature detection resolution 0.02 °C;

– широкоугольная телевизионная (ТВ) камера типа OV2643 форматом 1200 × 1600 пикселей с углом обзора 120°.– wide-angle television (TV) camera type OV2643 with a format of 1200 × 1600 pixels and a viewing angle of 120°.

Работа тепловизора осуществляется следующим образом, тепловизор подключается по USB-шине к внешнему компьютеру, в котором установлена программа работы с комплексом TermoLabs. После запуска программы на экране компьютера появится окно тепловизионного изображения и окно видеоизображения, на котором выделено поле совпадающее с размером тепловизиограммы. При использование теплового матричного датчика небольшого разрешения (24х32) на малых расстояниях от 5см, размер теплового пикселя составляет1,5мм. Этого пространственного разрешения тепловизионного изображения достаточно для медицинской практики. При этом можно отобразить на экране компьютера диагностируемую область в виде матрицы пикселей, на которую наложена координатная сетка в формате EXCEL с указанием температуры каждого пикселя.The thermal imager operates as follows: it is connected via USB to an external computer running the TermoLabs software. After launching the software, a thermal image window and a video image window will appear on the computer screen, with a field corresponding to the thermal imager's size highlighted. When using a low-resolution thermal matrix sensor (24x32) at short distances of 5 cm, the thermal pixel size is 1.5 mm. This spatial resolution of the thermal image is sufficient for medical practice. The area being diagnosed can be displayed on the computer screen as a pixel matrix, overlaid with an Excel coordinate grid indicating the temperature of each pixel.

Применение лазерного дальномера 4 позволяет непосредственно на экране персонального компьютера определять размер зоны интереса, точно позиционировать с помощью световой метки от лазерного указателя 9 на видеоизображении и проводить различную компьютерную обработку.The use of a laser rangefinder 4 allows one to determine the size of the zone of interest directly on the personal computer screen, to precisely position it using a light mark from a laser pointer 9 on a video image, and to carry out various computer processing.

Далее врач располагает ТК над диагностируемой областью на расстоянии от 5 см, проводит предварительный анализ тепловизионного изображения, выявляет зону интереса и проводит дополнительную обработку, а также анализ полученных тепловых данных. Фиксируя тепловизионное изображение происходит программно или кнопкой фиксации телевизионного изображения, а при исследовании динамических тепловых процессов длительное нажатие кнопки фиксации телевизионного изображения (до 5 сек) позволяет записать последовательность тепловизионных изображений с заданной частотой опроса теплового матричного датчика 5. По умолчанию включается лазерный указатель 9, который на видеоизображении отображается в виде красного пятна в интересующей области, при повторном исследовании этой области интереса пятно лазерного указателя 9 позволяет точно определить нужное место исследования. При выявлении точки интереса, в которой нужно точно определить, абсолютное значение температуры и динамику его изменения во времени, подключают тепловой точечный датчик 8, который измеряет температуру с точностью 0,02 град.С с расстояния от 5мм. Опрос значения температуры можно варьировать от 0,1 сек до 1 сек в режиме непрерывного мониторинга. График изменения температуры отображается в отдельном окне компьютера и сохраняется в памяти. Поскольку созданный тепловизор работает на малых дистанциях с тепловым матричным датчиком в сочетании с тепловым точечным датчиком и развитым программным обеспечением, он позволяет перевести работу теплового матричного датчика от качественного анализа тепловизиограммы к количественному подробному анализу, а также проводить анализ динамики изменения температуры в точке интереса.Next, the physician positions the thermal imaging camera (TIC) over the area being diagnosed at a distance of 5 cm, performs a preliminary analysis of the thermal image, identifies the area of interest, and performs further processing and analysis of the obtained thermal data. Thermal imaging is recorded using software or the TV image capture button. When examining dynamic thermal processes, a long press of the TV image capture button (up to 5 seconds) records a sequence of thermal images at a specified sampling rate of thermal matrix sensor 5. By default, laser pointer 9 is activated, appearing as a red spot in the video image in the area of interest. When re-examining this area of interest, the laser pointer 9 spot allows for precise determination of the desired examination location. Once a point of interest is identified, where the absolute temperature value and its dynamics over time must be accurately determined, thermal point sensor 8 is activated, which measures the temperature with an accuracy of 0.02 degrees Celsius from a distance of 5 mm. Temperature polling can be varied from 0.1 seconds to 1 second in continuous monitoring mode. A temperature graph is displayed in a separate computer window and saved to memory. Since the developed thermal imager operates at short distances with a thermal matrix sensor in combination with a thermal point sensor and advanced software, it allows the thermal matrix sensor to be used for more detailed quantitative analysis, as well as for analyzing temperature dynamics at a point of interest.

Claims (1)

Тепловизор, содержащий, подключенные к блоку питания жидкокристаллический дисплей, USB-видеокамеру, лазерный дальномер, тепловой матричный датчик и микроконтроллер, к выходу которого подключен жидкокристаллический дисплей, а к входу лазерный дальномер и тепловой матричный датчик, отличающийся тем, что дополнительно введены USB-распределитель, тепловой точечный датчик и лазерный указатель, при этом первый вход USB-распределителя подключен к USB-видеокамере, второй вход подключен ко второму выходу микроконтроллера, а выход выполнен с возможностью подключения к персональному компьютеру, выход теплового точечного датчика подключен ко входу микроконтроллера, при этом тепловой точечный датчик и лазерный указатель подключены к блоку питания, причем тепловизор выполнен с возможностью отображения на экране персонального компьютера диагностируемой области в виде матрицы пикселей, на которую наложена координатная сетка с указанием температуры каждого пикселя, и с возможностью фиксации телевизионного изображения посредством записи последовательности тепловизионных изображений с заданной частотой опроса теплового матричного датчика, а также с возможностью определения размера зоны интереса непосредственно на экране персонального компьютера.A thermal imager comprising a liquid crystal display, a USB video camera, a laser range finder, a thermal matrix sensor and a microcontroller connected to a power supply unit, the output of which is connected to the liquid crystal display, and to the input of which is connected the laser range finder and thermal matrix sensor, characterized in that a USB distributor, a thermal point sensor and a laser pointer are additionally introduced, wherein the first input of the USB distributor is connected to the USB video camera, the second input is connected to the second output of the microcontroller, and the output is configured to be connected to a personal computer, the output of the thermal point sensor is connected to the input of the microcontroller, wherein the thermal point sensor and the laser pointer are connected to the power supply unit, wherein the thermal imager is configured to display on the screen of the personal computer the diagnosed area in the form of a matrix of pixels, on which a coordinate grid is superimposed indicating the temperature of each pixel, and with the ability to record a television image by recording a sequence of thermal images with a given sampling frequency of the thermal matrix sensor, as well as with the ability to determine the size of the area of interest directly on the personal computer screen.
RU2024136877A 2024-12-09 Thermal imager RU2848139C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2848139C1 true RU2848139C1 (en) 2025-10-16

Family

ID=

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU60716U1 (en) * 2006-09-25 2007-01-27 Открытое акционерное общество "ЛОМО" THERMOGRAPHIC DEVICE
RU2324152C1 (en) * 2006-09-25 2008-05-10 Открытое акционерное общество "ЛОМО" Thermal imaging technique and device
GB2597147A (en) * 2019-04-08 2022-01-19 Hak Choi Yong Device for measuring amount of perspiration with regard to each part of human body by using change in brightness and method for measuring amount of perspira
CN113937121B (en) * 2021-12-17 2022-04-15 中国人民解放军火箭军工程大学 Infrared Imaging Chips for Medical Applications and Compatible with Semiconductor Processes
KR102571103B1 (en) * 2020-12-30 2023-08-25 창신대학교 산학협력단 Self-powered body temperature measurement and hand sanitization device
US12038331B2 (en) * 2020-02-03 2024-07-16 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Wearable device, and body temperature presentation system

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU60716U1 (en) * 2006-09-25 2007-01-27 Открытое акционерное общество "ЛОМО" THERMOGRAPHIC DEVICE
RU2324152C1 (en) * 2006-09-25 2008-05-10 Открытое акционерное общество "ЛОМО" Thermal imaging technique and device
GB2597147A (en) * 2019-04-08 2022-01-19 Hak Choi Yong Device for measuring amount of perspiration with regard to each part of human body by using change in brightness and method for measuring amount of perspira
US12038331B2 (en) * 2020-02-03 2024-07-16 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Wearable device, and body temperature presentation system
KR102571103B1 (en) * 2020-12-30 2023-08-25 창신대학교 산학협력단 Self-powered body temperature measurement and hand sanitization device
CN113937121B (en) * 2021-12-17 2022-04-15 中国人民解放军火箭军工程大学 Infrared Imaging Chips for Medical Applications and Compatible with Semiconductor Processes

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101111167B1 (en) Apparatus and method for photographing temperature picture in mobile communication device
US6442419B1 (en) Infrared 3D scanning system
CN211262493U (en) Temperature measurement system and temperature measurement main system
JP5772272B2 (en) Information processing apparatus and information processing method
US7657101B2 (en) Devices and methods for identifying and monitoring changes of a suspect area on a patient
US6427022B1 (en) Image comparator system and method for detecting changes in skin lesions
EP1732314B1 (en) Infrared camera with humidity sensor
CN111426388A (en) Personnel body temperature measuring method, system, computer storage medium and electronic equipment
US20140300722A1 (en) Image-based measurement tools
US7237946B2 (en) Use of IR camera
CN111458037A (en) Body temperature screening recording device and body temperature screening processing method
US9894267B2 (en) Imaging apparatus
Jütte et al. Registration of polarimetric images for in vivo skin diagnostics
US6667761B1 (en) Instrument visualization system
US20060178582A1 (en) Method and system for performing fever triage
RU2848139C1 (en) Thermal imager
CN109743477A (en) A kind of filming apparatus and image pickup method obtaining directional information
JP2013152198A (en) Measuring instrument reader and monitoring system
CN114295108A (en) A ranging method and system for external equipment and infrared telescopes
CN2407367Y (en) Radar tracking error measuring device
CN113218507A (en) Human body detection device and human body detection method
Bu¨ yu¨ ksalih Geometric calibration models of infrared cameras and scanners for photogrammetric and remote sensing applications
JP2020146200A (en) Image processing device, image browsing device and image processing system
US12272170B2 (en) Sensor agnostic temperature detection system
CN2575713Y (en) Apparatus for continuous duplicating reflection hologram