一块小小的免费PCB万博在线登录入口，就能让手机秒变热成像仪！

照旧贼拉高清的那种！

总设备资本也就100元掌握！

这不得围不雅一下！

一、开源描绘

抛开了传统的热成像仪制作形状，使用可见光camera和热成像制作了一个双目手机热成像仪。像素：640x480。

现在，状貌已全开源。

——这个热成像仪的筹谋旨趣是什么？电路如何筹谋？软件如何筹谋？使用了什么算法和妙技？

底下逐一进行分析！

二、状貌功能已毕旨趣

了解功能旨趣前应知：

热成像仪，为什么要筹谋成“双目”的？

可见光相机具有分辨率高、帧率高的性格。热成像传感器不错测量温度漫衍，然而分辨率低、帧率低。

使用可见光图像来赔偿热成像图像，就不错达到热成像图——质地高、分辨率高的成果。

那具体的功能已毕是怎样的？底下就分析一下！

本状貌举座功能框架图如下。

最初MCU通过I2C接口读取热成像传感器数据，通过USB接口授向USB Hub。

Camera通用免驱USB录像头，也接到USB Hub上头。

然后将Usb Hub和Android手机连合。

接着，Android手机的诈欺层就会获得到两个传感器的数据。

通过一定算法进行会通，就能得到——分辨率较高、质地较好的热成像图！

这是滚水壶热量漫衍图：

这是白日公园的热量漫衍图：

这是夜间街谈的热量漫衍图：

想已毕这么的成果，软硬件该如何筹谋呢？

三、硬件筹谋旨趣

旨趣图

PCB图

本章会将旨趣图拆分为5部分，逐一说明一下。

1.MCU

MCU使用的是STM32F411CEU6，带USB FS，其带浮点运算单位可对热成像数据进行解算。

2.USB Hub

USB Hub使用的是SL2.1A，撑抓USB HS，不错用于传输录像头数据。此处接了晶振，可不焊合。

Camera则通过焊合形状连合到CAM_DM/CAM_DP。

USB1是一个USB TypeC公头，用于连合办机。

人活一辈子，有些话，最好永远不要说出口，不管对谁！

3.热成像传感器

热成像传感器使用的是MLX90640。

分辨率：32x24像素；I2C接口最高速度：1MHz。

4.电源

电源这里平直使用了一块LDO进行稳压，型号是ME6211。

这不错平直用低ESR的陶瓷电容进行输入输出的稳压。

5.其他

电源灯和测试LED电路：

调试SWD接口：

测试点，固件使用UART2算作Debug串口：

完成了硬件部分的筹谋，我们再深刻见识一下，软件部分的核默算法是什么！

四、软件筹谋旨趣

软件部分，将要点分析——软件筹谋念念路、Android APP筹谋、数据会通算法，这三个部分。

1.软件筹谋念念路

设备环境使用STM32CubeIDE。

软件举座筹谋框架图如下：

通过I2C从mlx90640读取数据，进行打包，再使用USB发送读取到的数据。

通盘过程使用一个轮回即可。

其中mlx90640的温度测量限度是-40到300摄氏度。

值得选藏的是：

温度测量限度需要保留两位少许，诊疗为整型为-4000到30000，也不错用16位整型粉饰，使用一个0x8000为肇始码，后续跟768个温度数据。

mlx90640官方依然提供驱动，只需要已毕对应I2C的读写操作，即可通过API来读取传感器数据。

USB库由CubeIDE自动生成，平直调用USBCDC发送数据即可。

2.Android APP

Android端主要崇拜——数据读取、会通和浮现功能的已毕。

这里有两个USB设备：

一个是USB串口，用于传输热成像数据；一个是USB录像头，用于传输图像数据。

①软件框架

Camera和热成像传感器的数据读取皆有对应的库撑抓。

由于两个库对数据的读取皆是用的异步回调的形状，因此这里罗致双buffer缓存的机制

就以Camera为例，默契一下数据读取的逻辑：

启动化一个长度为2的部队。回调发生时，就新苦求一块buffer，然后将YUV数据拷贝到这块buffer中，再将这块buffer放入部队。

再起一个线程，不停从部队中读取数据，用于数据会通。

要是线程读取太慢，回调发现部队依然满，则从部队中取出一块buffer丢弃，然后再将新的buffer放入部队。

要是回调一直不来，线程部队为空，则跳过下一次再读取。因为每一次回调皆会新苦求一块buffer，因此buffer不存在并提问题。

部队添加和删除侦查的皆是销亡个数据结构，存在并提问题，操作时需要选藏上锁。

如上所述，Camera有两个部队：

一个存放YUV数据；一个存放热成像数据。

只通过一个线程来侦查两个部队。两个部队皆稀有据时才取出，并进行数据会通。

由此我们得出，软件总体运行进程如下：

②Camera数据读取和预览

Android对录像头的撑抓使用UVCAndroid。

该库基于saki4510t/UVCCamera设备，提供了更为松懈的接口。

③热成像数据读取和预览

热成像数据通过USBCDC传输，在Android端看到的是一个造谣串口。

Android设备环境中，主要使用felHR85/UsbSerial提供造谣串口的操作撑抓，并在回调中将热成像数据放入部队中。

3.数据会通

上头提到过屡次“数据会通”。

那么，要如何获得数据，并进行会通呢？

①获得数据

使用一个线程即可获得数据。

这里瞻望可见光相机的帧率会比热成像帧率更高。

因此在恭候mYUVQueue部队稀有据时才会进行数据会通。

当 mThermalQueue 没稀有据时，则默许使用上一帧的数据。

②会通算法

这里录像头蚁集的是可见光的图像，分辨率是640x480；

热成像蚁集的是温度漫衍，分辨率是32x24。

会通算法的研究是——通过参考可见光的图像，让热成像蚁集的温度图像分辨率更高，领有更多的细节。

该算法基于一个假定：神采附近的像素，简略率来自销亡个物体，对应的温度也应该附近。

该算法的进程如下：

将热成像温度的漫衍，通过线性插值扩大到640x480像素。

以刻下像素点为中心，采纳一个长宽为REF_LEN的方形区域。

假定刻下camera像素的亮度值为v；方形区域中每个camera像素的亮度值为v_i；每个thermal像素的亮度值为t_i。计较刻下像素和参考区域每个像素的差值delta_v_i。

计较扫数矩阵，扫数示意每个像素的权重。

当delta_v_i >= 0时，k_i = 1 - delta_v_i / 255；当delta_v_i < 0时，k_i = 1 + delta_v_i / 255。

计较臆度值矩阵，示意每个像素联系于刻下像素温度的臆度值，t_hat_i = k_i * t_i。

计较臆度值矩阵的平均值，即刻下像素的温度臆度值。

由以上算法可知，在参考值矩阵中，与刻下像素值色度差值越小，对应的扫数k_i也就越大，对应温度的臆度值也就越大，对应的臆度的温度也就越接近。

举个栗子。

使用如下两个图片进行土产货仿真。

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第一张是camera拍的图片，第二张是热成像获得的经过插值放大后的温度漫衍图片。分辨率均为640x480。

当REF_LEN = 4时，会通截止如下：

当REF_LEN = 7时，会通截止如下：

可见，加入会通算法之后，原来插值放大的低频信息中，多出了一些高频细节。

颜色映射

完成一个热成像仪的终末一步，便是将会通明的图像转为伪彩色，再按照YUV的形状映射到camera图像中。

最终成果如下：

因为颜色映射的原因，原来热成像会通出的高频细节被销亡在海量的camera图像细节中，因此图像会通算法的成果并不显着，后续可能会分为两种模式分手进行输出。

参考良友：

[1]https://oshwhub.com/colourfate/binocular_thermal_imager

— 完 —

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