MLX90640 紅外熱成像儀測(cè)溫模塊開發(fā)筆記（完整版）

MLX90640 紅外熱成像儀測(cè)溫模塊開發(fā)筆記（一）概述及開發(fā)資料準(zhǔn)備
現(xiàn)在自己在做紅外成像儀的越來越多了，兩年前有個(gè)井下機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的科研項(xiàng)目，當(dāng)時(shí)使用了 AMG8833（8*8 像素），科研畢竟就是科研，后來也沒有聽說成果得到應(yīng)用的消息， 我想也是， 8*8 能干什么，也就能做個(gè)紅外測(cè)溫槍吧。 前段時(shí)間因?yàn)?a target="_blank">公司生產(chǎn)電路板測(cè)試需要，打算買一臺(tái)紅外成像儀測(cè)量電路板發(fā)熱是否正常，商用的價(jià)格還是有些小貴的，我們電路板都不大所以就找了一臺(tái)便宜的先用著，無意中發(fā)現(xiàn)了 MLX90640 這個(gè)東西， 32*24像素， 768 個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，基本上可以成像用了。現(xiàn)在都智能手機(jī)、信息化、人工智能了，能不能用 MLX90640 做個(gè)能和手機(jī)連接成像的紅外模塊呢，那樣的話測(cè)試、存儲(chǔ)豈不是很方便。 說做就做，馬上行動(dòng)。。。。。

河北穩(wěn)控科技MLX90640 紅外熱成像儀測(cè)溫模塊

MLX90640 有兩個(gè)型號(hào)， A 型和 B 型，各拍了一個(gè)，在等待物流的過程中索性先做些準(zhǔn)備工作，也科普一下紅外成像是怎么回事。
首先是上 MLX 的官網(wǎng)下載幾個(gè)必備文件，有用的其實(shí)只有兩個(gè)文件。

（1） MLX90640 數(shù)據(jù)手冊(cè)
下載地址不好放上，大家可以私信。
（2） MLX90640 驅(qū)動(dòng)庫和說明文檔
下載地址

關(guān)于官網(wǎng)下載的兩個(gè)文件，手冊(cè)寫得很一般，說一點(diǎn)用處也沒有也不至于，但看完后覺得大部分是沒有意義和不知所以然要寫的，但手冊(cè)不看畢竟是不行的。同時(shí)也做了中文翻譯， MLX90640 中文手冊(cè)下載地址

另一個(gè)下載的文件 mlx90640-library-master.zip 問題比較嚴(yán)重（折騰了我大概一天多時(shí)間）。過程不多說了，直接說問題在哪。 這個(gè)壓縮包里有 API 使用說明、 API 的 C 語言源代碼以及一組用 Excel 文件計(jì)算完成的參數(shù)計(jì)算實(shí)例，實(shí)例的原數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果都是沒有問題的，但我按照 API 使用說明里的指導(dǎo)調(diào)用函數(shù)庫存里的函數(shù)，使用 Excel 里的原始數(shù)據(jù)無論如何也得到不正確的結(jié)果，后來發(fā)現(xiàn)問題出在下載的 API 函數(shù)。
MLX90640_API.h 文件里定義了一個(gè)結(jié)構(gòu)體類型，里面較為明顯的錯(cuò)誤有：
uint16_t alpha[768];
int8_t kta[768];
int8_t kv[768];
上面三個(gè)變量被定義為整型，但是， Excel 計(jì)算表里面，這三個(gè)數(shù)組的值分別顯示為0.0000000397885742132、 0.00634766、 0.43750000 的樣子，這是整數(shù)？其它的不說， Excel和 API 不是同一個(gè)版本或者說不一致是 100%的。經(jīng)過不斷找別人用過的 API、測(cè)試，下面的文件是可用的，同時(shí)也做了一份 API 說明文件的中文翻譯。
MLX90640 驅(qū)動(dòng)庫:
MLX90640API 中文說明

河北穩(wěn)控科技MLX90640 紅外熱成像儀尺寸

MLX90640 紅外熱成像儀測(cè)溫模塊開發(fā)筆記（二）API 移植-I2C 和關(guān)鍵接口函數(shù)

API 說明文件里面有官方的移植指導(dǎo)，但我覺得可以把重點(diǎn)放在與 MLX90640 具體操作有關(guān)的幾個(gè)函數(shù)上，而與標(biāo)準(zhǔn) I2C 相關(guān)的函數(shù)和文件結(jié)構(gòu)還是按照自己習(xí)慣的套路實(shí)現(xiàn)。這樣更符合我們開發(fā)人員的可控性的習(xí)慣。步驟如下：
（1） 建立標(biāo)準(zhǔn) I2C 文件 IIC.h 和 IIC.c
用自己的方法實(shí)現(xiàn)如下幾個(gè)函數(shù)（硬件也好，GPIO 模擬也好），函數(shù)名稱用下面建議的。
void IIC_Init(void); //I2C 接口初始化
void IIC_Start(void); //發(fā)送開始信號(hào)
void IIC_Stop(void); //發(fā)送結(jié)束信號(hào)
void IIC_SendACK(void); //發(fā)送應(yīng)答信號(hào)
void IIC_SendNAK(void); //發(fā)送非應(yīng)答信號(hào)unsigned char IIC_RecvACK(void); //讀取應(yīng)答信號(hào)unsigned char IIC_RecvData(void); //讀取 1 個(gè)字節(jié)void IIC_SendData(char dat); //發(fā)送 1 個(gè)字節(jié)
（2） 在工程中引入 MLX90640_API.c
并做如下幾處修改
第一行#include 改為#include
（3） 添加 3 個(gè)函數(shù)
void MLX90640_I2CInit(void)
unsigned char MLX90640_I2CRead (unsigned short startAddress, unsigned short nWordsRead, unsigned short *datas)
unsigned char MLX90640_I2CWrite (unsigned short writeAddress, unsigned short word)

void MLX90640_I2CInit(void)
{
IIC_Stop();
}
//從指定地址讀取 n 個(gè)字（每個(gè)字占用 2 個(gè)字節(jié)）
unsigned char MLX90640_I2CRead(unsigned short startAddress, unsigned short nWordsRead, unsigned short *datas)
{
unsigned char c1,c2; unsigned short i; unsigned char Msb,Lsb;

Msb=(unsigned char)(startAddress>>8); Lsb=(unsigned char)(startAddress&0x00FF);

IIC_Start(); //發(fā)送起始命令

IIC_SendData(0x66); //發(fā)送設(shè)備地址+寫命令I(lǐng)IC_RecvACK();
IIC_SendData(Msb); //發(fā)送要操作的地址值 2 字節(jié)

IIC_RecvACK();
IIC_SendData(Lsb);
IIC_RecvACK();

IIC_Start(); //發(fā)送起始命令
IIC_SendData(0x67); //發(fā)送設(shè)備地址+讀命令I(lǐng)IC_RecvACK();
for (i=0;i{
c1=IIC_RecvData(); IIC_SendACK();
c2=IIC_RecvData();
if (i==(nWordsRead-1)) IIC_SendNAK();
else
IIC_SendACK();;i++)

datas[i]=c1; datas[i]<<=8; datas[i]|=c2;
}
IIC_Stop(); //發(fā)送停止命令

return 0;
}
//向指定地址寫入 1 個(gè)字（2 字節(jié)）
unsigned char MLX90640_I2CWrite(unsigned int writeAddress, unsigned int word)
{
IIC_Start(); //發(fā)送起始命令
IIC_SendData(0x66); //發(fā)送設(shè)備地址+寫命令I(lǐng)IC_RecvACK();
IIC_SendData(writeAddress>>8); //發(fā)送要操作的地址值 2 字節(jié)
IIC_RecvACK();
IIC_SendData(writeAddress&0x00FF); IIC_RecvACK();

IIC_SendData(word>>8); IIC_RecvACK();
IIC_SendData(word&0x00FF); IIC_RecvACK();

IIC_Stop(); return 0;

（4）修改 2 個(gè)函數(shù)
unsigned char MLX90640_DumpEE(unsigned short *eeData)
{
return MLX90640_I2CRead(0x2400, 832, eeData);
}

unsigned char MLX90640_GetFrameData(unsigned short *frameData)
{
unsigned short statusRegister,controlRegister1;

MLX90640_I2CRead(0x8000, 1, &statusRegister); if (statusRegister&0x0008)//有測(cè)量完成的 Frame
{
MLX90640_I2CRead(0x800D, 1, &controlRegister1); MLX90640_I2CWrite(0x8000, statusRegister&(~0x0018)); MLX90640_I2CRead(0x0400, 832, frameData); frameData[832] = controlRegister1;
frameData[833] = statusRegister & 0x0001; return 0;
}
Return -1;
}

至此移植完成
編譯工程，若沒有錯(cuò)誤提示則基本上沒有問題了，下一篇開始講述如何操作MLX90640。

MLX90640 紅外熱成像儀測(cè)溫模塊開發(fā)筆記（三）工作流程和操作MLX90640 的一般步驟

默認(rèn)參數(shù)時(shí)
MLX90640 的工作流程
（1） 上電，內(nèi)部初始化（約 40ms）
（2） 讀取工作參數(shù)到控制和狀態(tài)寄存器
（3） 開始以 2Hz 的速率測(cè)量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并更新到 RAM，自動(dòng)更新狀態(tài)寄存器。

測(cè)量幀解釋
MLX90640 共有 768 個(gè)測(cè)量像素點(diǎn)，每次測(cè)量其中的一半，稱為 1 幀，故此完成 768 像
素需要測(cè)量 2 幀，用幀 0 和幀 1 來表示。即：所謂的 1 幀數(shù)據(jù)其實(shí)是完整像素的一半。

可以修改的參數(shù)
可以修改的參數(shù)有以下幾個(gè)方面：
? 自動(dòng)測(cè)量：默認(rèn)為自動(dòng)測(cè)量，即自動(dòng)循環(huán)測(cè)量幀 0 和幀 1 更新到RAM 中。與其對(duì)應(yīng)的是手動(dòng)測(cè)量，即：用指令來控制測(cè)量幀 0 還是幀 1。手動(dòng)測(cè)量已經(jīng)在官方的數(shù)據(jù)手冊(cè)中被刪除，看來 MLX 也不喜歡別人用，所以我們也就別用了。自動(dòng)測(cè)量保持默認(rèn)值，不要改就好。
? 幀分布：前面已經(jīng)說了，1 幀實(shí)際上是測(cè)量完成了一半的像素點(diǎn)，這一半像素有兩種分布模式，手冊(cè)上稱為 TV 模式和 Chess 模式，TV 模式以行為單位，是指每幀只測(cè)量奇數(shù)行或者偶數(shù)行，Chess 模式是指以像素為單位，每次交錯(cuò)著像素測(cè) 384 個(gè)像素點(diǎn)。我們可以稱之為“行交錯(cuò)模式”和“像素交錯(cuò)模式”。
在這方面，手冊(cè)上又說了，出廠時(shí)是以 Chess 模式校準(zhǔn)的，具有最好的精度（言下之意就是說如果修改為了 TV 模式時(shí)會(huì)不準(zhǔn)），鑒于此，這個(gè)參數(shù)也不要?jiǎng)印?br /> ? 測(cè)量分辨率：可選的有 16~19 位 AD 轉(zhuǎn)換精度，默認(rèn)是 18 位，轉(zhuǎn)換位數(shù)當(dāng)然是越
高越好了，但 18 和 19 位經(jīng)過測(cè)試也沒有發(fā)現(xiàn)有什么實(shí)際區(qū)別，這個(gè)參數(shù)可改可不改。
? 測(cè)量速率：每秒測(cè)量幾幀數(shù)據(jù)，這個(gè)參數(shù)很有用處，畢竟我們希望成像后是連續(xù)的
動(dòng)畫，每秒 2 次一定是不好的，我們可以調(diào)用 API 將這個(gè)參數(shù)修改為 8Hz 或者 16Hz 甚至 32Hz，64Hz 是不建議的，因?yàn)闇y(cè)量速率太快時(shí)噪聲特別大，圖像特別亂。普通相機(jī)的刷新速率也就 15Hz 左右，所以建議最高設(shè)置為 16Hz 吧。

所以，雖然數(shù)據(jù)手冊(cè)上寫的感覺好像可修改的參數(shù)挺多，這么一分析，其實(shí)只有 1 個(gè)測(cè)量速率是有用處的，其它都是浮云（雞肋）。

參數(shù)修改方法討論：
有兩種修改方法，修改寄存器和修改 EEPROM。
（1） 修改寄存器（推薦）
傳感器上電后會(huì)自動(dòng)從 EEPROM 讀取參數(shù)到寄存器，寄存器內(nèi)的參數(shù)值是運(yùn)行時(shí)實(shí)際執(zhí)行的參數(shù)，直接通過 I2C 修改寄存器值即可，隨用隨改、立即生效。寄存器的值是掉電遺失的， 所以每次上電后都要修改一次。
（2） 修改 EEPROM
EEPROM 是掉電不丟失的，所以修改 EEPROM 內(nèi)的運(yùn)行參數(shù)只需要一次，下次啟動(dòng)生效。但
EEPROM 內(nèi)存儲(chǔ)的不僅只是同步到運(yùn)行寄存器的幾個(gè)參數(shù)，大部分的是 768 個(gè)像素的校準(zhǔn)參數(shù)，這些參數(shù)是出廠時(shí)寫入的，特別重要，所以我的建議還是不要對(duì) EEPROM 有任何的寫操作，以免發(fā)生意外，EEPROM 里的像素校正參數(shù)一旦被意外修改就再也找不回來了。

MLX90640 底層驅(qū)動(dòng)Keil 項(xiàng)目（STC 單片機(jī)）下載

建議的操作流程
unsigned short EE[832]; unsigned short Frame[834]; paramsMLX90640 MLXPars; float Vdd,Ta,Tr;
float Temp[768];

IIC_Init(); //I2C 初始化
MLX90640_I2CInit(); //MLX 傳感器初始化
Delay_ms(50); //預(yù)留一點(diǎn)時(shí)間讓 MLX 傳感器完成自己的初始化
MLX90640_SetRefreshRate(0); //測(cè)量速率 1Hz(0~7 對(duì)應(yīng) 0.5,1,2,4,8,16,32,64Hz)

MLX90640_I2CRead(0x2400, 832, EE); //讀取像素校正參數(shù)MLX90640_ExtractParameters(EE, &MLXPars); //解析校正參數(shù)（計(jì)算溫度時(shí)需要）

while (1)
{
Delay_ms(5);
if (MLX90640_GetFrameData(Frame)==0) //有轉(zhuǎn)換完成的幀
{
Vdd=MLX90640_GetVdd(Frame, MLXPars); //計(jì)算 Vdd（這句可有可無） Ta=MLX90640_GetTa(Frame, MLXPars); //計(jì)算實(shí)時(shí)外殼溫度
Tr=Ta-8.0; //計(jì)算環(huán)境溫度用于溫度補(bǔ)償
//手冊(cè)上說的環(huán)境溫度可以用外殼溫度-8℃ MLX90640_CalculateTo(Frame, MLXPars, 0.95, Tr, Temp); //計(jì)算像素點(diǎn)溫度
/*
Temp 數(shù)組內(nèi)即是轉(zhuǎn)換完成的實(shí)時(shí)溫度值，單位℃
可以在這里對(duì)得到的 32*24=768 個(gè)溫度值進(jìn)行處理、轉(zhuǎn)換為顏色值、顯示關(guān)于溫度轉(zhuǎn)顏色方法，在后續(xù)的文章中會(huì)有專門介紹
*/
}
}
一點(diǎn)疑問
校正參數(shù)存儲(chǔ)于傳感器內(nèi)部的 EEPROM，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)也來自傳感器，如何利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和校正
參數(shù)計(jì)算溫度的方法也是事先規(guī)定好的，MLX 為什么不直接在內(nèi)部完成這個(gè)溫度計(jì)算讓用戶直接讀取溫度值？為了體現(xiàn)這個(gè)傳感器的復(fù)雜性或者是讓用戶有成就感嗎？
本來可以在傳感器內(nèi)部解決的問題被廠家要求在外部完成，對(duì) MCU 的性能要求是特別高的， 大量的浮點(diǎn)運(yùn)算，大量的RAM 消耗，較低的效率。

MLX90640 紅外熱成像儀測(cè)溫模塊開發(fā)筆記（四）損壞和不良像素的處理
如前“開發(fā)筆記（一）”所說，MLX90640 可能存在不超過 4 個(gè)像素的損壞或者不良像素，在溫度計(jì)算過程完成后，這些不良像素點(diǎn)會(huì)得到錯(cuò)誤的溫度數(shù)據(jù)，對(duì)于處理這些不良數(shù)據(jù) MLX 也給出了推薦方法和具體的函數(shù)。（其實(shí)就是找相鄰的正常的溫度數(shù)據(jù)取平均來代替不良數(shù)據(jù)）

前面開發(fā)筆記（一）的內(nèi)容中所說的 API 庫，里面缺少了對(duì)不良像素點(diǎn)的處理函數(shù)，在這里補(bǔ)上。
int CheckAdjacentPixels(uint16_t pix1, uint16_t pix2)
{
int pixPosDif;

pixPosDif = pix1 - pix2;
if(pixPosDif > -34 && pixPosDif < -30)
{
return -6;
}
if(pixPosDif > -2 && pixPosDif < 2)
{
return -6;
}
if(pixPosDif > 30 && pixPosDif < 34)
{
return -6;
}

return 0;
}

float GetMedian(float *values, int n)
{
float temp;

for(int i=0; i{
for(int j=i+1; j{
if(values[j] < values[i])
{
temp = values[i]; values[i] = values[j]; values[j] = temp;;>;>

}
}

if(n%2==0)
{
return ((values[n/2] + values[n/2 - 1]) / 2.0);

}
else
{

}

return values[n/2];

}

int IsPixelBad(uint16_t pixel,paramsMLX90640 *params)
{
for(int i=0; i<5; i++)
{
if(pixel == params->outlierPixels[i] || pixel == params->brokenPixels[i])
{
return 1;
}
}

return 0;
}
void MLX90640_BadPixelsCorrection(uint16_t *pixels, float *to, int mode, paramsMLX90640
*params)
{
float ap[4]; uint8_t pix; uint8_t line; uint8_t column;

pix = 0;
while(pixels[pix] != 0xFFFF)
{
line = pixels[pix]>>5;
column = pixels[pix] - (line<<5);

if(mode == 1)
{
if(line == 0)
{
if(column == 0)
{
to[pixels[pix]] = to[33];
}
else if(column == 31)
{

}
else
{

}
}

to[pixels[pix]] = to[62];

to[pixels[pix]] = (to[pixels[pix]+31] + to[pixels[pix]+33])/2.0;

else if(line == 23)
{
if(column == 0)
{
to[pixels[pix]] = to[705];
}
else if(column == 31)
{

}
else
{

}
}

to[pixels[pix]] = to[734];

to[pixels[pix]] = (to[pixels[pix]-33] + to[pixels[pix]-31])/2.0;

else if(column == 0)
{
to[pixels[pix]] = (to[pixels[pix]-31] + to[pixels[pix]+33])/2.0;
}
else if(column == 31)
{

}
else
{

to[pixels[pix]] = (to[pixels[pix]-33] + to[pixels[pix]+31])/2.0;

ap[0] = to[pixels[pix]-33];
ap[1] = to[pixels[pix]-31]; ap[2] = to[pixels[pix]+31]; ap[3] = to[pixels[pix]+33];
to[pixels[pix]] = GetMedian(ap,4);

}
else
{

}

if(column == 0)
{

to[pixels[pix]] = to[pixels[pix]+1];
}
else if(column == 1 || column == 30)
{
to[pixels[pix]] = (to[pixels[pix]-1]+to[pixels[pix]+1])/2.0;
}
else if(column == 31)
{

}
else
{

0)

to[pixels[pix]] = to[pixels[pix]-1];

if(IsPixelBad(pixels[pix]-2,params) == 0 && IsPixelBad(pixels[pix]+2,params) ==

{
ap[0] = to[pixels[pix]+1] - to[pixels[pix]+2]; ap[1] = to[pixels[pix]-1] - to[pixels[pix]-2];
if(fabs(ap[0]) > fabs(ap[1]))
{

}
else
{

}
else
{

}

to[pixels[pix]] = to[pixels[pix]-1] + ap[1];

to[pixels[pix]] = to[pixels[pix]+1] + ap[0];

to[pixels[pix]] = (to[pixels[pix]-1]+to[pixels[pix]+1])/2.0;
}
}
}
pix = pix + 1;
}
}
用法很簡(jiǎn)單，在開發(fā)筆記（三）MLX90640_CalculateTo(Frame, MLXPars, 0.95, Tr, Temp);之后添加兩行即可。如下（斜體是添加的內(nèi)容）：
……
MLX90640_CalculateTo(Frame, MLXPars, 0.95, Tr, Temp); MLX90640_BadPixelsCorrection(MLXPars.brokenPixels, Temp, 1, MLXPars); MLX90640_BadPixelsCorrection(MLXPars.outlierPixels, Temp, 1, MLXPars);
……
/*
經(jīng)過上面的處理后，Temp 中的損壞和不良像素點(diǎn)已經(jīng)處理，Temp 數(shù)組中是處理完成后的
768 個(gè)溫度值。
*/

MLX90640 紅外熱成像儀測(cè)溫模塊開發(fā)筆記（五）陣列插值-由 32*24 像素到 512*384 像素

MLX90640 的 32*24=768 像素雖然比以往的 8*8 或者 16*8 像素提高了很多，但若直接用這些像素還是不能很好的形成熱像圖，為了使用這些像素點(diǎn)平滑成像就需要對(duì)其進(jìn)行插值，使用更多的像素來繪制圖像。
看了一些別人的算法，感覺主要就是多項(xiàng)式插值，僅是插值方法的組合方式不同。
算法依據(jù)
比較有代表性的是杭州電子科技大學(xué)楊風(fēng)健等《基于 MLX90620 的低成本紅外熱成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)》，使用三次多項(xiàng)式+雙線性插值，將原 16*4 像素?cái)U(kuò)展為 256*64 像素。雙線性插值的本質(zhì)就是一次函數(shù)（一次多項(xiàng)式）。該文章得到的結(jié)論是：
（1） 雙線性插值法計(jì)算量小、速度快，但對(duì)比度低、細(xì)節(jié)模糊。
（2） 三次多項(xiàng)式插值，圖像效果較清晰，對(duì)比度較高，但計(jì)算量較大。
（3） 先雙線性插值再三次多項(xiàng)式插值，效果優(yōu)于上兩種單一插值方法。
（4） 先三次多項(xiàng)式插值再雙線性插值，高低溫分布更加明顯，圖像效果更接趨于真實(shí)。同時(shí)，該文章還使用了一種對(duì)圖像質(zhì)量的評(píng)估方法---熵&平均梯度
熵，熱力學(xué)中表征物質(zhì)狀態(tài)的參量之一，用符號(hào) S 表示，其物理意義是體系混亂程度的度量。用于圖像評(píng)價(jià)表示圖像表達(dá)信息量的多少。圖像熵越高信息量越大。
平均梯度，指圖像的邊界或影線兩側(cè)附近灰度有明顯差異，即灰度變化率大，這種變化率的大小可用來表示圖像清晰度。它反映了圖像微小細(xì)節(jié)反差變化的速率，即圖像多維方向上密度變化的速率，表征圖像的相對(duì)清晰程度。值越大表示圖像越清晰。

插值實(shí)現(xiàn)
每行或者列的首個(gè)像素在前面插值 2 個(gè)點(diǎn) 1~n-1 像素，每個(gè)像素后面插值 3 個(gè)點(diǎn)最后一個(gè)像素，在后面插值 1 個(gè)點(diǎn) n+2+(n-1)*3+1=n+2+n*3-1*3+1=4n+2-3+1=4n，即：像素變?yōu)樵瓉淼?4 倍 上面的處理方法，首個(gè)像素之前插入 2 個(gè)點(diǎn)，最后一個(gè)像素之后插入 1 個(gè)點(diǎn)，下次插值時(shí)，應(yīng)首個(gè)之前插值 1 個(gè)點(diǎn)，末個(gè)像素之后插值 2 個(gè)點(diǎn)，以達(dá)到圖像平衡。 每次插值后像素為插值前的 4 倍，經(jīng)過兩次插值，即可將 32*24 改變?yōu)?512*384 像素。下面是已經(jīng)實(shí)際使用的插值算法，不過是用 Pascal（Delphi）寫的，有興趣的可以改為C 語言的，語句對(duì)應(yīng)直接改就行，語言本來就是相通的嘛。

//這是一維數(shù)組插值算法
//SourceDatas:TDoubles;插值前的一維數(shù)組
//Dir:Integer;在哪個(gè)方向和末尾插入 2 個(gè)值（0：前面；1：末尾）
//times:Integer 多項(xiàng)式的項(xiàng)數(shù)，一次多項(xiàng)式是 2 項(xiàng)，二次多項(xiàng)式是 3 項(xiàng)
//返回值：插值后的一維數(shù)組（數(shù)量是插值前*4） function PolynomialInterpolationArr(
SourceDatas:TDoubles; Dir:Integer;
times:Integer):TDoubles;//一維數(shù)組插值
var
i,j,k:Integer;
arrCount:Integer;

MLX90640 紅外熱成像儀測(cè)溫傳感器模塊開發(fā)筆記（六）紅外圖像偽彩色編碼
什么是紅外成像偽彩編碼
紅外成像的最終目的是用圖像來表現(xiàn)溫度變化，并且可以通過顏色來區(qū)分出不同熱量的物體輪廓和形狀。那么，到底用什么顏色來表示什么溫度呢？是否有什么標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范呢？
這個(gè)問題一開始也是心里沒底的，因?yàn)槲也皇菍I(yè)做紅外成像的，只能到處查資料了解溫度和顏色之間的關(guān)系，基本得到以下幾點(diǎn)結(jié)論：
（1）溫度和顏色之間沒有絕對(duì)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，沒有人要求紅外成像必須要用什么顏色來表示某個(gè)溫度，這種對(duì)應(yīng)關(guān)系完全是由設(shè)計(jì)人員自已決定的。
（2）不同的應(yīng)用領(lǐng)域和行業(yè)出于不同的目的，會(huì)進(jìn)行一些溫度和顏色的研究，進(jìn)而用一種適用的漸變色來突出顯示某些特別關(guān)心的熱元素。
（3）顏色編碼絕大多數(shù)是漸變色。以下是幾種不同的顏色編碼

另外，還有人提出了“符合人的生理”讓人看著更加“舒服”的 HIS 彩色

溫度轉(zhuǎn)顏色的方法
（1）首先假設(shè)溫度范圍的上下限并將實(shí)際的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為 0~255 之間的數(shù)值

（2）使用轉(zhuǎn)換后的數(shù)值代入下面的偽彩編碼計(jì)算函數(shù)，生成偽彩色
//偽彩 1
procedure GrayToPseColor(grayValue:Integer; var colorR,colorG,colorB:Ingeger);
Begin
colorR:=Abs(0-grayValue);
colorG:=Abs(127-grayValue);
colorB:=Abs(255-grayValue);
End;

MLX90640 紅外熱成像儀測(cè)溫傳感器模塊開發(fā)筆記（七） 小結(jié)-注意事項(xiàng)
Red Eye Camera（以下簡(jiǎn)稱“IDF-x” 或“設(shè)備” ）是基于紅外陣列高精度溫度傳感器以及先進(jìn)軟件算法的非接觸式熱成像儀器，可對(duì)視場(chǎng)范圍內(nèi)任何物體進(jìn)行紅外成像，成像分辨率512*384 像素，溫度靈敏度 0.1℃，絕對(duì)精度±1.5℃，刷新頻率最高 64Hz。自帶存儲(chǔ)和實(shí)時(shí)時(shí)鐘，具備數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)輸出顯示、拍照存儲(chǔ)功能，數(shù)字接口包括 UART 和 USB，可直接連接計(jì)算機(jī)和 Android 手機(jī)，配合上位機(jī)軟件或者手機(jī) APP 程序，使用十分方便。
（1）硬件設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)
電源： MLX90640 使用 3.3V 供電，并且使用供電電壓做為溫度測(cè)量的參考電壓來使用，所以對(duì)電源的要求比較高，盡量使用 LDO 穩(wěn)壓元件，并且 10uF 和 0.1uF 的退耦電容不能省，一定要靠近 VDD 管腳放置。電源電流沒太多要求，能夠平衡的輸出 100mA 就足夠。通訊： I2C的兩個(gè)管腳到MCU的距離不能過長(zhǎng)（小于5CM吧），由于通訊速率可以1MHz，所以上拉電阻不能太大，推薦使用 1k~2k 的電阻。
（2）軟件設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)
I2C 部分： 盡量使用已經(jīng)經(jīng)過驗(yàn)證的 I2C 驅(qū)動(dòng)程序，可以從其它項(xiàng)目中復(fù)制過來稍加改動(dòng)，這部分是通訊的基礎(chǔ)，一定要可靠。接口層： 主要是指讀和寫 MLX90640 的兩個(gè)函數(shù)，可以先讀寫 MLX90640 的寄存器（地址 0x8000~0x8016） 對(duì)讀寫函數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證。計(jì)算層： 這部分就直接用 API 庫中的對(duì)應(yīng)函數(shù)就可以，基本不會(huì)有問題。
（3）數(shù)據(jù)正確性驗(yàn)證
在操作過程中必須注意解算出的 Vdd 的值，如果這個(gè)值與實(shí)際值相差超過 0.1V 就應(yīng)該檢查問題。
（4）水平方向問題
如果鏡頭向前， MLX90640 的像素排列規(guī)則是從右向左（和我們的習(xí)慣相反），即：有點(diǎn)像手機(jī)的自拍攝像頭，圖像會(huì)是左右顛倒的，在成圖之前記得把每行的像素前后顛倒一下，再顯示就對(duì)了

MLX90640 紅外熱成像儀測(cè)溫傳感器模塊開發(fā)筆記（八）擴(kuò)展知識(shí)-輻射率、靈敏度、精度、探測(cè)距離

輻射率

是描述面輻射源特性的物理量。它表示某物體的單位面積輻射的熱量和黑體在相同溫度、相同條件下的輻射熱量之比。即：輻射率通俗地說就是某物體會(huì)將自身溫度轉(zhuǎn)換為輻射擴(kuò)散出去的能力， 1 表示可以將自身溫度轉(zhuǎn)換為 100%的輻射， 0.9 表示可以降低自身溫度的 90%轉(zhuǎn)換為熱輻射擴(kuò)散出去。實(shí)際上輻射率為 1 的物質(zhì)（黑體）是不存在的，所以任何材料的輻射率均是 0~1 之間的數(shù)值。

任何物體在高于絕對(duì)零度（-273.15℃）的時(shí)候，其物體表面就會(huì)有紅外能量也就是紅外線發(fā)射出來，溫度越高，發(fā)射的紅外能量越強(qiáng)。紅外線測(cè)溫儀和紅外熱像儀就是根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)來測(cè)量物體表面的溫度的，因?yàn)榧t外線測(cè)溫儀和紅外熱像儀是測(cè)量物體表面的溫度的，所以在測(cè)量時(shí)會(huì)被物體表面的光潔度所影響。實(shí)驗(yàn)證明：物體表面越接近于鏡面（反射越強(qiáng)），其表面所發(fā)出的紅外能量衰減越厲害，就需要對(duì)不同物體的表面對(duì)紅外能量的衰減情況做出補(bǔ)償，即設(shè)置一個(gè)補(bǔ)償系數(shù)，這個(gè)補(bǔ)償系數(shù)就是輻射率。

不同材料的輻射率差別還是很大的，比如人體是 0.95~0.98，而光滑的不銹鋼是 0.16，生銹的鐵是 0.65 左右，當(dāng)探測(cè)過程中想要得到較為準(zhǔn)確的溫度值時(shí)，就需要設(shè)置被探測(cè)物體的輻射系數(shù)。（若僅是為了成像則無需這么嚴(yán)格）

靈敏度與溫度探測(cè)精度

噪聲等效溫差（NETD） 是指紅外探測(cè)器能探測(cè)到的最小溫差，即：當(dāng)被測(cè)物體的溫度變化多少時(shí)紅外探測(cè)器可以探測(cè)出來。衡量紅外探測(cè)器性能的主要指標(biāo)之一。

熱探測(cè)器的噪聲等效溫差在 100mK 左右（0.1℃）。第二代光探測(cè)器在 20mK 左右（0.02℃）。第三代探測(cè)器目標(biāo)是在 1mK（0.001℃）。

紅外探測(cè)計(jì)算出的絕對(duì)溫度值與被測(cè)物體的輻射率參數(shù)有直接關(guān)系，不同材料的輻射率值是不同的，更為嚴(yán)重的是即便是同種材料，表面光潔度、含水率、溫度高低等因素的影響也會(huì)直接改變輻射率，這就導(dǎo)致了紅外探測(cè)絕對(duì)溫度無法絕對(duì)準(zhǔn)確，問題不在于紅外探測(cè)器的對(duì)輻射量的感知準(zhǔn)確度而在于材料的輻射率是隨時(shí)在小范圍變化的。所以，衡量紅外探測(cè)器的性能指標(biāo)一般不能用絕對(duì)溫度，而應(yīng)該用溫度靈敏度，即： 噪聲等效溫差（NETD）。這也可以得出一個(gè)結(jié)論，紅外熱成像儀的主要作用是盡量區(qū)分出不同區(qū)域的溫度差異，用數(shù)字表現(xiàn)出來，進(jìn)而展示為帶有顏色的圖像，只有溫度區(qū)分開以后，圖像才會(huì)細(xì)致分明。

紅外探測(cè)距離

紅外熱成像儀是用光學(xué)鏡頭來收集被測(cè)物體的熱輻射能量的，故此探測(cè)距離會(huì)受到鏡頭視場(chǎng)角和熱成像像素分辨率有關(guān)。假如某成像儀的成像分辨率為 32*32 像素，視場(chǎng)角為 75 度，則可以理解為從鏡頭里發(fā)射出 32*32=1024 條激光來探測(cè) 1024 個(gè)點(diǎn)的溫度（32 行*32 列）， 每行 32 個(gè)點(diǎn)，每列 32 個(gè)點(diǎn)。每相鄰兩條激光線的夾角為 75/31=2.4193°發(fā)散出去。隨著距離的增長(zhǎng)，兩條激光線的間距會(huì)變大，當(dāng)被測(cè)物體足夠小時(shí)，有可能處于兩條激光線之間未被探測(cè)到，這就是探測(cè)距離的問題。

即：當(dāng)成像儀的像素?cái)?shù)量和視場(chǎng)角一定時(shí)，它的有效探測(cè)距離就與被測(cè)物體的大小有關(guān)。當(dāng)被測(cè)物體尺寸已知時(shí)，對(duì)其進(jìn)行探測(cè)的理論最遠(yuǎn)距離為：

MLX90640 紅外熱成像儀測(cè)溫傳感器模塊開發(fā)筆記（九） EEPROM、 RAM、寄存器說明

EEPROM

地址范圍為 0x2400~0x273F，共 832 個(gè)字（1664 字節(jié)）， 前 16 個(gè)字包含了唯一 ID 碼、工作參數(shù)（上電后自動(dòng)同步到寄存器）、 MLX90640 的 I2C 地址。后面的 816 個(gè)字全部是每個(gè)像素的校正或者測(cè)量參數(shù)，數(shù)據(jù)手冊(cè)也沒有寫每個(gè)數(shù)據(jù)到底是什么意思，直接用就是了，不要問為什么。

RAM

地址范圍為 0x0400~0x073F，共 832 個(gè)字（1664 字節(jié)），前 768 個(gè)字是實(shí)時(shí)的 768 像素的測(cè)量數(shù)據(jù)，后面 64 個(gè)字是與當(dāng)前剛剛測(cè)量完成的一半像素有關(guān)的計(jì)算因數(shù)。 RAM 是只讀的。

寄存器

地址范圍為 0x8000~0x8010，共 16 個(gè)字（32 字節(jié)），其中用戶可以訪問的有狀態(tài)寄存器0x8000、控制寄存器 0x800D，改變控制寄存器可以直接控制 MLX90640 的運(yùn)行行為，是既有讀又有寫的部分。

三部分建議的操作

上電后讀取一下 EEPROM，扔給 API 函數(shù) MLX90640_ExtractParameters 得到的參數(shù)項(xiàng)變量。根據(jù)需要修改控制寄存器的值。循環(huán)讀取狀態(tài)寄存器，當(dāng)有新的數(shù)據(jù)測(cè)量完成時(shí)讀取全部 RAM 扔給 API 函數(shù)MLX90640_CalculateTo 得到每個(gè)像素的溫度值。

狀態(tài)寄存器說明

狀態(tài)寄存器從字面來理解應(yīng)該是只讀的，但數(shù)據(jù)手冊(cè)里卻定義了一些位是參數(shù)（可修改的），不管寄存器叫什么了，根據(jù)參數(shù)功能來用吧。

STA[15:5]：保留，只能寫入 0STA[4]： RAM 是否可寫， 0：不可寫； 1：可寫。在幀測(cè)量完成后，是否允許 MLX90640將測(cè)量的數(shù)據(jù)寫入（更新）到 RAM 里，這個(gè)功能可以在讀取一幀數(shù)據(jù)的過程中設(shè)置為不允許，即：當(dāng)上位機(jī)正在讀取 RAM 的過程中，不允許再更新 RAM。這個(gè)位置同時(shí)還受控制寄存器中的 bit2 的限制，當(dāng) CTR[2]=0 時(shí)，無論這個(gè)位置怎樣設(shè)置，都會(huì)自動(dòng)更新 RAM，僅當(dāng) CTR[2]=1時(shí)， STA[4]參數(shù)才會(huì)起作用。STA[3]：子頁測(cè)量完成標(biāo)志位。 0：表示沒有完成； 1 表示已經(jīng)完成了一幀的測(cè)量。STA[2:0]：剛剛完成的是幀 0 還是幀 1。

控制寄存器說明

CTR[15:13]：保留，只能寫入 0

CTR[12]：幀交錯(cuò)模式，默認(rèn)為 1（像素交錯(cuò)模式），數(shù)據(jù)手冊(cè)上說了只有這種模式才能保證精度，那就不要改這一位，保持默認(rèn) 1。

CTR[11:10]：測(cè)量精度， 00~11 表示 16 位~19 位，默認(rèn)為 10（18 位）。改成 11 也沒什么效果，所以這個(gè)參數(shù)也保持默認(rèn)吧。

CTR[9:7]：設(shè)置測(cè)量速率， 0~7 表示 0.5、 1、 2、 4、 8、 16、 32、 64Hz，默認(rèn)為 010（2Hz），這個(gè)參數(shù)是唯一有用的參數(shù)。

CTR[6:4]：手動(dòng)測(cè)量時(shí)，指定要測(cè)量哪個(gè)子頁（幀 0 還是幀 1）。數(shù)據(jù)手冊(cè)已經(jīng)把手動(dòng)測(cè)量部分刪除了，所以手動(dòng)測(cè)量相關(guān)的參數(shù)可以忽略。

CTR[3]：手動(dòng)測(cè)量還是自動(dòng)測(cè)量，默認(rèn)為 0（自動(dòng)測(cè)量），不要使用手動(dòng)測(cè)量（原因同上）。

CTR[2]：如何更新 RAM。 0：測(cè)量完成后自動(dòng)更新； 1：根據(jù) STA[4]參數(shù)。

CTR[1]：保留，只能寫入 0。

CTR[0]： 0：所有數(shù)據(jù)更新在一頁里； 1：使能子頁模式（頁 0 和頁 1），默認(rèn)

MLX90640 紅外熱成像儀測(cè)溫傳感器模塊開發(fā)筆記（十） 成果展示-紅眼睛相機(jī)

現(xiàn)在自己在做紅外成像儀的越來越多了，兩年前有個(gè)井下機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的科研項(xiàng)目，當(dāng)時(shí)使用了 AMG8833（8*8 像素），科研畢竟就是科研，后來也沒有聽說成果得到應(yīng)用的消息， 我想也是， 8*8 能干什么，也就能做個(gè)紅外測(cè)溫槍吧。 前段時(shí)間因?yàn)楣旧a(chǎn)電路板測(cè)試需要，打算買一臺(tái)紅外成像儀測(cè)量電路板發(fā)熱是否正常，商用的價(jià)格還是有些小貴的，我們電路板都不大所以就找了一臺(tái)便宜的先用著，無意中發(fā)現(xiàn)了 MLX90640 這個(gè)東西， 32*24像素， 768 個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，基本上可以成像用了。
現(xiàn)在都智能手機(jī)、信息化、人工智能了，能不能用 MLX90640 做個(gè)能和手機(jī)連接成像的紅外模塊呢，那樣的話測(cè)試、存儲(chǔ)豈不是很方便。 說做就做，馬上行動(dòng)。
最終的成果是一個(gè)微型的 USB 接口紅外成像模塊（微型紅外成像儀 30*30mm），可以連接到 Android 手機(jī)或者計(jì)算機(jī)的 USB 接口，實(shí)時(shí)顯示熱像視頻，和手機(jī)相機(jī)差不多，只不過它是熱紅外成像，所以叫“紅眼睛相機(jī)”。模塊圖片如下：

Red Eye Camera（以下簡(jiǎn)稱“IDF-x” 或“設(shè)備” ）是基于紅外陣列高精度溫度傳感器以及先進(jìn)軟件算法的非接觸式熱成像儀器，可對(duì)視場(chǎng)范圍內(nèi)任何物體進(jìn)行紅外成像，成像分辨率512*384 像素，溫度靈敏度 0.1℃，絕對(duì)精度±1.5℃，刷新頻率最高 64Hz。自帶存儲(chǔ)和實(shí)時(shí)時(shí)鐘，具備數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)輸出顯示、拍照存儲(chǔ)功能，數(shù)字接口包括 UART 和 USB，可直接連接計(jì)算機(jī)和 Android 手機(jī)，配合上位機(jī)軟件或者手機(jī) APP 程序，使用十分方便。

優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)
可 USB 接口供電，即插即用。
多種濾波方法，參數(shù)自由設(shè)置。
多種顏色方案，滿足不同需求。
高斯濾波，保留原始信息不畸變。

應(yīng)用領(lǐng)域：安防生物識(shí)別，發(fā)熱檢測(cè)，水暖電施工，故障排查，空調(diào)熱度檢測(cè)，安檢通道等。

河北穩(wěn)控科技MLX90640 紅外熱成像儀應(yīng)用領(lǐng)域

關(guān)于 MLX90640 的文章暫時(shí)先寫這么多，文章中的各種資料、程序、產(chǎn)品，均可通過網(wǎng)址獲取。

審核編輯 黃昊宇