红眼睛微型红外成像仪

现在自己在做红外成像仪的越来越多了，两年前有个井下机电设备运行状态的科研项目，当时使用了 AMG8833（8*8 像素），科研毕竟就是科研，后来也没有听说成果得到应用的消息，我想也是， 8*8 能干什么，也就能做个红外测温枪吧。前段时间因为公司生产电路板测试需要，打算买一台红外成像仪测量电路板发热是否正常，商用的价格还是有些小贵的，我们电路板都不大所以就找了一台便宜的先用着，无意中发现了 MLX90640 这个东西， 32*24像素， 768 个测温点，基本上可以成像用了。
现在都智能手机、信息化、人工智能了，能不能用 MLX90640 做个能和手机连接成像的红外模块呢，那样的话测试、存储岂不是很方便。说做就做，马上行动。

最终的成果是一个微型的USB接口红外成像模块（微型红外成像仪30*30mm），可以连接到Android手机或者计算机的USB接口，实时显示热像视频，和手机相机差不多，只不过它是热红外成像，所以叫“红眼睛相机”。模块图片如下：

Red Eye Camera（以下简称“IDF-x” 或“设备” ）是基于红外阵列高精度温度传感器以及先进软件算法的非接触式热成像仪器，可对视场范围内任何物体进行红外成像，成像分辨率512*384 像素，温度灵敏度 0.1℃，绝对精度±1.5℃，刷新频率最高 64Hz。自带存储和实时时钟，具备数据实时输出显示、拍照存储功能，数字接口包括 UART 和 USB，可直接连接计算机和 Android 手机，配合上位机软件或者手机 APP 程序，使用十分方便。
优势与特点
可 USB 接口供电，即插即用。
多种滤波方法，参数自由设置。
多种颜色方案，满足不同需求。
高斯滤波，保留原始信息不畸变。
应用领域：安防生物识别，发热检测，水暖电施工，故障排查，空调热度检测，安检通道等。
原理：几乎所有利用或者发射能量的物体在发生故障前都会产生发热现象。保证电气和机械系统运行可靠性的关键便是对能源的有效管理。现在，红外成像技术已毋庸置疑地成为预防性维护领域最有效的检测工具，它能够在设备发生故障之前，快速、准确、安全地发现故障。在一个电气接点发生故障之前及时发现并进行维修，可以节省或避免因此造成的生产停工、产量下降、能源损耗、火灾甚至灾难性故障所带来的高昂代价。
但是仅仅通过红外图像来发现问题是远远不够的。事实上，一台只能生成红外图像而无法测量温度的红外热成像仪并不能反映电气或者机械故障的所有情况。如果一份缺乏简单快速的检测数据的分析报告是无法准确将可能引发故障的热点和设备正常运转的热点进行有效区分，因此无法做出及时的维修方案
红外热像仪是通过非接触探测红外热量，并将其转换生成热图像和温度值，进而显示在显示器上，并可以对温度值进行计算的一种检测设备。红外热像仪能够将探测到的热量精确量化，能够对发热的故障区域进行准确识别和严格分析。红外成像仪广泛使用在军事上，直升机和坦克装甲车应用最多，利用红外成像摄像头可以在夜间执行复杂任务，能够精确打击目标。
IFD-x 微型红外成像仪（模块）关于温度测量和成像精度
是基于红外阵列高精度温度传感器以及先进软件算法的非接触式热成像仪器，可对视场范围内任何物体进行红外成像，成像分辨率达 512*384 像素，温度灵敏度 0.1℃，绝对精度±1.5℃，刷新频率最高达 64Hz。自带存储和实时时钟，具备数据实时输出显示、拍照存储功能，数字接口包括 UART 和 USB，可直接连接计算机和手机，配合上位机软件或者手机 APP 程序，使用十分方便。广泛应用于电子设备开发、 PCB 测试、新材料、供暖施工、非接触温度测控、非法侵入、生物探测等行业和领域。
温度感测灵敏度是传感器可以区分出的最小温度改变量，是热量测量的基础，本设备使用的传感器的灵敏度为 0.1℃@1Hz，随着传感器测量速率的提高，测量系统的底噪增大，随即导致温度感知灵敏度下降。例如 4Hz、 8Hz、 16Hz 时温度灵敏度会分别为 0.5、 1.0 和 1.5℃。热量感知以后得到的数据计算为绝对温度值则依赖于被测物体辐射系数，材料不同或者表面光洁度、含水率等因素影响时，辐射率会不同，所以对于某特定材料来说辐射率是一个在小范围肉不断变化的数值，这就导致了使用热辐射数据计算得到的绝对温度不是特别准确。另外，成像仪与被测物体之间的微小颗粒物会对热辐射产生一些衰减，若周围有反射性能好的其它物体存在还会产生一些热辐射的反射，导致辐射能量在传播过程中发生一些变化，进而影响最终绝对温度值的计算。
所以，红外成像的主要作用是通过较高的热辐射分辨率来区分细微的热量变化、不同的物体以及物体边界，继而形成不同颜色表示的图像，重点在于能够区分不同的热量，而不是绝对温度是多少。绝对温度的测量受到很多客观且不确定的随机因素影响，是目前的技术水平没有办法很好解决的问题，一般所说的绝对温度测量精度是指在实验室环境人为排除干扰因素条件下得到的，并不是指客户使用时的环境。
MLX90640 红外热成像仪测温模块简要介绍说明
（1） A 型和 B 型的区别
区别主要有以下几点
视场角不同： A 型为 110*75° ， B 型为 55*35° ，通俗一点讲就是 A 型是广角，所以镜头矮一些，视野更宽，但对远处物体的捕捉能力更低， B 型更适于拍摄稍远的物体。精度不同： A 型的噪声比 B 型大，所以 B 型的绝对温度和灵敏度都好一些。
（2）供电电压和数字接口
MLX90640 共有 4 个引脚，两个电源 3.3V 供电，两个通讯 I2C 接口， I2C 支持最高 1MHz的通讯速率（实际测试发现 1.2MHz 也是可以的，只是偶尔会出错，还是老老实实 1MHz 吧）。I2C 完全是经典的时序，而且通讯速率范围特别宽，从几十赫兹到兆赫兹都通讯正常，所以它的 I2C接口程序还是很好写的。功耗大约是 25mA，实测没有问题。
供电必须是 3.3V，但 I2C 的两根引脚可以 2.5~5V 兼容。
（3）灵敏度、测温范围和精度
MLX90640的测量速率最高可以达到 64Hz，但越快的速率时的噪声会越大，导致灵敏度下降，手册上给出的指标是 1Hz 时可以区分出 0.1℃。测温范围是-40~300℃。
测温精度和成像的区域有关，靠近中间位置是±0.5~1.0℃，最外侧 4 个角是±2.0℃，其它区域约是±1.0℃。还有就是传感器上电后有个热平衡的时间，大约是 5分钟，未达到热平衡时精度会差一些。
（4）坏点
手册里特别提到了每个MLX90640 传感器可能存在最多 4 个不能使用或者精度达不到要求的像素，这也许和传感器的生产工艺有关吧，坏点都会在出厂时记录到传感器的EEPROM 里，实际使用时记得要读取一下并且在成像时特殊处理这种可能存在的像素点数据。在后面的实际测试过程中，并没有发现坏点的存在，可能是运气比较好。在官方的 API 库里，坏点和未达到精度要求的点是不做区分的，都是同样的处理方法（用相邻的好的点做平均值做为坏点的值）。