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一块小小的免费PCB，就能让手机秒变热成像仪！

如故贼拉高清的那种！

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总开导资本也就100元傍边！

这不得围不雅一下！

一、开源形色

抛开了传统的热成像仪制作形式，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。

当今，款式已全开源。

——这个热成像仪的瞎想旨趣是什么？电路如何瞎想？软件如何瞎想？使用了什么算法和手段？

底下逐个进行分析！

二、款式功能杀青旨趣

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了解功能旨趣前应知：

热成像仪，为什么要瞎想成“双目”的？

可见光相机具有分辨率高、帧率高的特质。热成像传感器不错测量温度漫衍，关联词分辨率低、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——质料高、分辨率高的成果。

那具体的功能杀青是怎样的？底下就分析一下！

本款式全体功能框架图如下。

领先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手机集中。

接着，Android手机的期骗层就会获得到两个传感器的数据。

通过一定算法进行交融，就能得到——分辨率较高、质料较好的热成像图！

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：

想杀青这么的成果，软硬件该如何瞎想呢？

三、硬件瞎想旨趣

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旨趣图

PCB图

本章会将旨趣图拆分为5部分，逐个评释一下。

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，相沿USB HS，不错用于传输录像头数据。此处接了晶振，可不焊合。

Camera则通过焊合形式集中到CAM_DM/CAM_DP。

USB1是一个USB TypeC公头，用于集中办机。

3.热成像传感器

热成像传感器使用的是MLX90640。

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分辨率：32x24像素；I2C接口最高速度：1MHz。

4.电源

电源这里径直使用了一块LDO进行稳压，型号是ME6211。

这不错径直用低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UART2四肢Debug串口：

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完成了硬件部分的瞎想，我们再长远剖析一下，软件部分的核默算法是什么！

四、软件瞎想旨趣

软件部分，将要点分析——软件瞎想想路、Android APP瞎想、数据交融算法，这三个部分。

1.软件瞎想想路

开导环境使用STM32CubeIDE。

软件全体瞎想框架图如下：

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。

整个这个词过程使用一个轮回即可。

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其中mlx90640的温度测量范围是-40到300摄氏度。

值得刺眼的是：

温度测量范围需要保留两位少许，调度为整型为-4000到30000，也不错用16位整型掩盖，使用一个0x8000为肇始码，后续跟768个温度数据。

mlx90640官方也曾提供驱动，只需要杀青对应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，径直调用USBCDC发送数据即可。

2.Android APP

Android端主要精致——数据读取、交融和泄露功能的杀青。

这里有两个USB成就：

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齐有对应的库相沿。

由于两个库对数据的读取齐是用的异步回调的形式，因此这里遴荐双buffer缓存的机制

就以Camera为例，剖释一下数据读取的逻辑：

驱动化一个长度为2的部队。回调发生时，就新肯求一块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，不休从部队中读取数据，用于数据交融。

淌若线程读取太慢，回调发现部队也曾满，则从部队中取出一块buffer丢弃，然后再将新的buffer放入部队。

淌若回调一直不来，线程部队为空，则跳过下一次再读取。因为每一次回调齐会新肯求一块buffer，因此buffer不存在并提问题。

部队添加和删除探听的齐是吞并个数据结构，存在并提问题，操作时需要刺眼上锁。

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。

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只通过一个线程来探听两个部队。两个部队齐罕有据时才取出，并进行数据交融。

由此我们得出，软件总体运行进程如下：

②Camera数据读取和预览

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Android对录像头的相沿使用UVCAndroid。

该库基于saki4510t/UVCCamera开导，提供了更为直爽的接口。

③热成像数据读取和预览

热成像数据通过USBCDC传输，在Android端看到的是一个假造串口。

Android开导环境中，主要使用felHR85/UsbSerial提供假造串口的操作相沿，并在回调中将热成像数据放入部队中。

3.数据交融

上头提到过屡次“数据交融”。

那么，要如何获得数据，并进行交融呢？

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。

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因此在恭候mYUVQueue部队罕有据时才会进行数据交融。

当 mThermalQueue 没罕有据时，则默许使用上一帧的数据。

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②交融算法

这里录像头聚积的是可见光的图像，分辨率是640x480；

热成像聚积的是温度漫衍，分辨率是32x24。

交融算法的筹办是——通过参考可见光的图像，让热成像聚积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：表情附进的像素，唐突率来自吞并个物体，对应的温度也应该附进。

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。

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以现时像素点为中心，采选一个长宽为REF_LEN的方形区域。

假定现时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。谋略现时像素和参考区域每个像素的差值delta_v_i。

谋略统统矩阵，统统暗意每个像素的权重。

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。

谋略计算值矩阵，暗意每个像素联系于现时像素温度的计算值，t_hat_i = k_i * t_i。

谋略计算值矩阵的平均值，即现时像素的温度计算值。

由以上算法可知，在参考值矩阵中，与现时像素值色度差值越小，对应的统统k_i也就越大，对应温度的计算值也就越大，对应的计算的温度也就越接近。

举个栗子。

使用如下两个图片进行腹地仿真。

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，交融落拓如下：

当REF_LEN = 7时，交融落拓如下：

可见，加入交融算法之后，蓝本插值放大的低频信息中，多出了一些高频细节。

色调映射

完成一个热成像仪的终末一步，便是将交融后的图像转为伪彩色，再按照YUV的形式映射到camera图像中。

最终成果如下：

因为色调映射的原因，蓝本热成像交融出的高频细节被消亡在海量的camera图像细节中，因此图像交融算法的成果并不彰着，后续可能会分为两种模式划分进行输出。

参考辛勤：

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

— 完 —

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