MLX90640 紅外熱成像儀測溫模塊開(kāi)發(fā)筆記（完整篇）

MLX90640 紅外熱成像儀測溫模塊開(kāi)發(fā)筆記（一）概述及開(kāi)發(fā)資料準備

現在自己在做紅外成像儀的越來(lái)越多了，兩年前有個(gè)井下機電設備運行狀態(tài)的科研項目，當時(shí)使用了 AMG8833（8*8 像素），科研畢竟就是科研，后來(lái)也沒(méi)有聽(tīng)說(shuō)成果得到應用的消息， 我想也是， 8*8 能干什么，也就能做個(gè)紅外測溫槍吧。 前段時(shí)間因為公司生產(chǎn)電路板測試需要，打算買(mǎi)一臺紅外成像儀測量電路板發(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便宜的先用著(zhù)，無(wú)意中發(fā)現了 MLX90640 這個(gè)東西， 32*24像素， 768 個(gè)測溫點(diǎn)，基本上可以成像用了?，F在都智能手機、信息化、人工智能了，能不能用 MLX90640 做個(gè)能和手機連接成像的紅外模塊呢，那樣的話(huà)測試、存儲豈不是很方便。 說(shuō)做就做，馬上行動(dòng)。。。。。

MLX90640 有兩個(gè)型號， A 型和 B 型，各拍了一個(gè)，在等待物流的過(guò)程中索性先做些準備工作，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 數據手冊

下載地址不好放上，大家可以私信。

（2） MLX90640 驅動(dòng)庫和說(shuō)明文檔

下載地址

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

另一個(gè)下載的文件 mlx90640-library-master.zip 問(wèn)題比較嚴重（折騰了我大概一天多時(shí)間）。過(guò)程不多說(shuō)了，直接說(shuō)問(wèn)題在哪。 這個(gè)壓縮包里有 API 使用說(shuō)明、 API 的 C 語(yǔ)言源代碼以及一組用 Excel 文件計算完成的參數計算實(shí)例，實(shí)例的原數據和計算結果都是沒(méi)有問(wèn)題的，但我按照 API 使用說(shuō)明里的指導調用函數庫存里的函數，使用 Excel 里的原始數據無(wú)論如何也得到不正確的結果，后來(lái)發(fā)現問(wèn)題出在下載的 API 函數。

MLX90640_API.h 文件里定義了一個(gè)結構體類(lèi)型，里面較為明顯的錯誤有：

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 計算表里面，這三個(gè)數組的值分別顯示為0.0000000397885742132、 0.00634766、 0.43750000 的樣子，這是整數？其它的不說(shuō)， Excel和 API 不是同一個(gè)版本或者說(shuō)不一致是 100%的。經(jīng)過(guò)不斷找別人用過(guò)的 API、測試，下面的文件是可用的，同時(shí)也做了一份 API 說(shuō)明文件的中文翻譯。

MLX90640 驅動(dòng)庫:

MLX90640API 中文說(shuō)明

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

API 說(shuō)明文件里面有官方的移植指導，但我覺(jué)得可以把重點(diǎn)放在與 MLX90640 具體操作有關(guān)的幾個(gè)函數上，而與標準 I2C 相關(guān)的函數和文件結構還是按照自己習慣的套路實(shí)現。這樣更符合我們開(kāi)發(fā)人員的可控性的習慣。步驟如下：

（1） 建立標準 I2C 文件 IIC.h 和 IIC.c 

用自己的方法實(shí)現如下幾個(gè)函數（硬件也好，GPIO 模擬也好），函數名稱(chēng)用下面建議的。

void IIC_Init(void); //I2C 接口初始化

void IIC_Start(void); //發(fā)送開(kāi)始信號

void IIC_Stop(void); //發(fā)送結束信號

void IIC_SendACK(void); //發(fā)送應答信號

void IIC_SendNAK(void); //發(fā)送非應答信號unsigned char IIC_RecvACK(void); //讀取應答信號unsigned char IIC_RecvData(void); //讀取 1 個(gè)字節void IIC_SendData(char dat); //發(fā)送 1 個(gè)字節

（2） 在工程中引入 MLX90640_API.c 

并做如下幾處修改

第一行#include <MLX90640_I2C_Driver.h>改為#include <IIC.h>

（3） 添加 3 個(gè)函數 

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）

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)送設備地址+寫(xiě)命令I(lǐng)IC_RecvACK();

IIC_SendData(Msb); //發(fā)送要操作的地址值 2 字節

IIC_RecvACK();

IIC_SendData(Lsb);

IIC_RecvACK();

IIC_Start(); //發(fā)送起始命令

IIC_SendData(0x67); //發(fā)送設備地址+讀命令I(lǐng)IC_RecvACK();

for (i=0;i<nWordsRead;i++)

{

c1=IIC_RecvData(); IIC_SendACK();

c2=IIC_RecvData();

if (i==(nWordsRead-1)) IIC_SendNAK();

else

IIC_SendACK();

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(xiě)入 1 個(gè)字（2 字節）

unsigned char MLX90640_I2CWrite(unsigned int writeAddress, unsigned int word)

{

IIC_Start(); //發(fā)送起始命令

IIC_SendData(0x66); //發(fā)送設備地址+寫(xiě)命令I(lǐng)IC_RecvACK();

IIC_SendData(writeAddress>>8); //發(fā)送要操作的地址值 2 字節

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 

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(méi)有錯誤提示則基本上沒(méi)有問(wèn)題了，下一篇開(kāi)始講述如何操作MLX90640。

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

默認參數時(shí)

MLX90640 的工作流程 

（1） 上電，內部初始化（約 40ms）

（2） 讀取工作參數到控制和狀態(tài)寄存器

（3） 開(kāi)始以 2Hz 的速率測量實(shí)時(shí)數據并更新到 RAM，自動(dòng)更新?tīng)顟B(tài)寄存器。

測量幀解釋 

MLX90640 共有 768 個(gè)測量像素點(diǎn)，每次測量其中的一半，稱(chēng)為 1 幀，故此完成 768 像

素需要測量 2 幀，用幀 0 和幀 1 來(lái)表示。即：所謂的 1 幀數據其實(shí)是完整像素的一半。

可以修改的參數 

可以修改的參數有以下幾個(gè)方面：

? 自動(dòng)測量：默認為自動(dòng)測量，即自動(dòng)循環(huán)測量幀 0 和幀 1 更新到RAM 中。與其對應的是手動(dòng)測量，即：用指令來(lái)控制測量幀 0 還是幀 1。手動(dòng)測量已經(jīng)在官方的數據手冊中被刪除，看來(lái) MLX 也不喜歡別人用，所以我們也就別用了。自動(dòng)測量保持默認值，不要改就好。

? 幀分布：前面已經(jīng)說(shuō)了，1 幀實(shí)際上是測量完成了一半的像素點(diǎn)，這一半像素有兩種分布模式，手冊上稱(chēng)為 TV 模式和 Chess 模式，TV 模式以行為單位，是指每幀只測量奇數行或者偶數行，Chess 模式是指以像素為單位，每次交錯著(zhù)像素測 384 個(gè)像素點(diǎn)。我們可以稱(chēng)之為“行交錯模式”和“像素交錯模式”。

在這方面，手冊上又說(shuō)了，出廠(chǎng)時(shí)是以 Chess 模式校準的，具有最好的精度（言下之意就是說(shuō)如果修改為了 TV 模式時(shí)會(huì )不準），鑒于此，這個(gè)參數也不要動(dòng)。

? 測量分辨率：可選的有 16~19 位 AD 轉換精度，默認是 18 位，轉換位數當然是越

高越好了，但 18 和 19 位經(jīng)過(guò)測試也沒(méi)有發(fā)現有什么實(shí)際區別，這個(gè)參數可改可不改。

? 測量速率：每秒測量幾幀數據，這個(gè)參數很有用處，畢竟我們希望成像后是連續的

動(dòng)畫(huà)，每秒 2 次一定是不好的，我們可以調用 API 將這個(gè)參數修改為 8Hz 或者 16Hz 甚至 32Hz，64Hz 是不建議的，因為測量速率太快時(shí)噪聲特別大，圖像特別亂。普通相機的刷新速率也就 15Hz 左右，所以建議最高設置為 16Hz 吧。

所以，雖然數據手冊上寫(xiě)的感覺(jué)好像可修改的參數挺多，這么一分析，其實(shí)只有 1 個(gè)測量速率是有用處的，其它都是浮云（雞肋）。

參數修改方法討論： 

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 讀取參數到寄存器，寄存器內的參數值是運行時(shí)實(shí)際執行的參數，直接通過(guò) 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 內的運行參數只需要一次，下次啟動(dòng)生效。但

EEPROM 內存儲的不僅只是同步到運行寄存器的幾個(gè)參數，大部分的是 768 個(gè)像素的校準參數，這些參數是出廠(chǎng)時(shí)寫(xiě)入的，特別重要，所以我的建議還是不要對 EEPROM 有任何的寫(xiě)操作，以免發(fā)生意外，EEPROM 里的像素校正參數一旦被意外修改就再也找不回來(lái)了。

MLX90640 底層驅動(dòng)Keil 項目（STC 單片機）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); //預留一點(diǎn)時(shí)間讓 MLX 傳感器完成自己的初始化

MLX90640_SetRefreshRate(0); //測量速率 1Hz(0~7 對應 0.5,1,2,4,8,16,32,64Hz)

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

while (1)

{

Delay_ms(5);

if (MLX90640_GetFrameData(Frame)==0) //有轉換完成的幀

{

Vdd=MLX90640_GetVdd(Frame, MLXPars); //計算 Vdd（這句可有可無(wú)） Ta=MLX90640_GetTa(Frame, MLXPars); //計算實(shí)時(shí)外殼溫度

Tr=Ta-8.0; //計算環(huán)境溫度用于溫度補償

//手冊上說(shuō)的環(huán)境溫度可以用外殼溫度-8℃ MLX90640_CalculateTo(Frame, MLXPars, 0.95, Tr, Temp); //計算像素點(diǎn)溫度

/*

Temp 數組內即是轉換完成的實(shí)時(shí)溫度值，單位℃

可以在這里對得到的 32*24=768 個(gè)溫度值進(jìn)行處理、轉換為顏色值、顯示關(guān)于溫度轉顏色方法，在后續的文章中會(huì )有專(zhuān)門(mén)介紹

*/

}

}

一點(diǎn)疑問(wèn) 

校正參數存儲于傳感器內部的 EEPROM，實(shí)時(shí)數據也來(lái)自傳感器，如何利用實(shí)時(shí)數據和校正

參數計算溫度的方法也是事先規定好的，MLX 為什么不直接在內部完成這個(gè)溫度計算讓用戶(hù)直接讀取溫度值？為了體現這個(gè)傳感器的復雜性或者是讓用戶(hù)有成就感嗎？

本來(lái)可以在傳感器內部解決的問(wèn)題被廠(chǎng)家要求在外部完成，對 MCU 的性能要求是特別高的， 大量的浮點(diǎn)運算，大量的RAM 消耗，較低的效率。

MLX90640 紅外熱成像儀測溫模塊開(kāi)發(fā)筆記（四）損壞和不良像素的處理 

如前“開(kāi)發(fā)筆記（一）”所說(shuō)，MLX90640 可能存在不超過(guò) 4 個(gè)像素的損壞或者不良像素，在溫度計算過(guò)程完成后，這些不良像素點(diǎn)會(huì )得到錯誤的溫度數據，對于處理這些不良數據 MLX 也給出了推薦方法和具體的函數。（其實(shí)就是找相鄰的正常的溫度數據取平均來(lái)代替不良數據） 

前面開(kāi)發(fā)筆記（一）的內容中所說(shuō)的 API 庫，里面缺少了對不良像素點(diǎn)的處理函數，在這里補上。 

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<n-1; i++)

{

for(int j=i+1; j<n; 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(kāi)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(guò)上面的處理后，Temp 中的損壞和不良像素點(diǎn)已經(jīng)處理，Temp 數組中是處理完成后的

768 個(gè)溫度值。

*/

MLX90640 紅外熱成像儀測溫模塊開(kāi)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)平滑成像就需要對其進(jìn)行插值，使用更多的像素來(lái)繪制圖像。

看了一些別人的算法，感覺(jué)主要就是多項式插值，僅是插值方法的組合方式不同。 

算法依據 

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設計》，使用三次多項式+雙線(xiàn)性插值，將原 16*4 像素擴展為 256*64 像素。雙線(xiàn)性插值的本質(zhì)就是一次函數（一次多項式）。該文章得到的結論是： 

（1） 雙線(xiàn)性插值法計算量小、速度快，但對比度低、細節模糊。 

（2） 三次多項式插值，圖像效果較清晰，對比度較高，但計算量較大。 

（3） 先雙線(xiàn)性插值再三次多項式插值，效果優(yōu)于上兩種單一插值方法。 

（4） 先三次多項式插值再雙線(xiàn)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圖像質(zhì)量的評估方法---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 S 表示，其物理意義是體系混亂程度的度量。用于圖像評價(jià)表示圖像表達信息量的多少。圖像熵越高信息量越大。 

平均梯度，指圖像的邊界或影線(xiàn)兩側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(lái)表示圖像清晰度。它反映了圖像微小細節反差變化的速率，即圖像多維方向上密度變化的速率，表征圖像的相對清晰程度。值越大表示圖像越清晰。

插值實(shí)現 

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?lái)的 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)，以達到圖像平衡。 每次插值后像素為插值前的 4 倍，經(jīng)過(guò)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(guò)是用 Pascal（Delphi）寫(xiě)的，有興趣的可以改為C 語(yǔ)言的，語(yǔ)句對應直接改就行，語(yǔ)言本來(lái)就是相通的嘛。 

//這是一維數組插值算法 

//SourceDatas:TDoubles;插值前的一維數組 

//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 多項式的項數，一次多項式是 2 項，二次多項式是 3 項 

//返回值：插值后的一維數組（數量是插值前*4） function PolynomialInterpolationArr( 

SourceDatas:TDoubles; Dir:Integer; 

times:Integer):TDoubles;//一維數組插值 

var 

    i,j,k:Integer; 

    arrCount:Integer; 

MLX90640 紅外熱成像儀測溫傳感器模塊開(kāi)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(lái)表現溫度變化，并且可以通過(guò)顏色來(lái)區分出不同熱量的物體輪廓和形狀。那么，到底用什么顏色來(lái)表示什么溫度呢？是否有什么標準規范呢？

這個(gè)問(wèn)題一開(kāi)始也是心里沒(méi)底的，因為我不是專(zhuān)業(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)結論：

（1）溫度和顏色之間沒(méi)有絕對的對應關(guān)系，沒(méi)有人要求紅外成像必須要用什么顏色來(lái)表示某個(gè)溫度，這種對應關(guān)系完全是由設計人員自已決定的。

（2）不同的應用領(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(lái)突出顯示某些特別關(guān)心的熱元素。

（3）顏色編碼絕大多數是漸變色。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(zhù)更加“舒服”的 HIS 彩色

溫度轉顏色的方法

（1）首先假設溫度范圍的上下限并將實(shí)際的溫度數據轉換為 0~255 之間的數值

（2）使用轉換后的數值代入下面的偽彩編碼計算函數，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 紅外熱成像儀測溫傳感器模塊開(kāi)發(fā)筆記（七） 小結-注意事項

    Red Eye Camera（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“IDF-x” 或“設備” ）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，可對視場(chǎng)范圍內任何物體進(jìn)行紅外成像，成像分辨率512*384 像素，溫度靈敏度 0.1℃，絕對精度±1.5℃，刷新頻率最高 64Hz。自帶存儲和實(shí)時(shí)時(shí)鐘，具備數據實(shí)時(shí)輸出顯示、拍照存儲功能，數字接口包括 UART 和 USB，可直接連接計算機和 Android 手機，配合上位機軟件或者手機 APP 程序，使用十分方便。

（1）硬件設計注意事項

電源： MLX90640 使用 3.3V 供電，并且使用供電電壓做為溫度測量的參考電壓來(lái)使用，所以對電源的要求比較高，盡量使用 LDO 穩壓元件，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(méi)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(guò)長(cháng)（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）軟件設計注意事項

I2C 部分： 盡量使用已經(jīng)經(jīng)過(guò)驗證的 I2C 驅動(dòng)程序，可以從其它項目中復制過(guò)來(lái)稍加改動(dòng)，這部分是通訊的基礎，一定要可靠。接口層： 主要是指讀和寫(xiě) MLX90640 的兩個(gè)函數，可以先讀寫(xiě) MLX90640 的寄存器（地址 0x8000~0x8016） 對讀寫(xiě)函數進(jìn)行驗證。計算層： 這部分就直接用 API 庫中的對應函數就可以，基本不會(huì )有問(wèn)題。

（3）數據正確性驗證

在操作過(guò)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(guò) 0.1V 就應該檢查問(wèn)題。

（4）水平方向問(wèn)題

如果鏡頭向前， MLX90640 的像素排列規則是從右向左（和我們的習慣相反），即：有點(diǎn)像手機的自拍攝像頭，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，再顯示就對了

MLX90640 紅外熱成像儀測溫傳感器模塊開(kāi)發(fā)筆記（八）擴展知識-輻射率、靈敏度、精度、探測距離

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(shuō)就是某物體會(huì )將自身溫度轉換為輻射擴散出去的能力， 1 表示可以將自身溫度轉換為 100%的輻射， 0.9 表示可以降低自身溫度的 90%轉換為熱輻射擴散出去。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 之間的數值。

任何物體在高于絕對零度（-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(xiàn)****出來(lái)，溫度越高，****的紅外能量越強。紅外線(xiàn)測溫儀和紅外熱像儀就是根據這個(gè)特點(diǎn)來(lái)測量物體表面的溫度的，因為紅外線(xiàn)測溫儀和紅外熱像儀是測量物體表面的溫度的，所以在測量時(shí)會(huì )被物體表面的光潔度所影響。實(shí)驗證明：物體表面越接近于鏡面（反射越強），其表面所發(fā)出的紅外能量衰減越厲害，就需要對不同物體的表面對紅外能量的衰減情況做出補償，即設置一個(gè)補償系數，這個(gè)補償系數就是輻射率。

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，當探測過(guò)程中想要得到較為準確的溫度值時(shí)，就需要設置被探測物體的輻射系數。（若僅是為了成像則無(wú)需這么嚴格）

靈敏度與溫度探測精度

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

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

紅外探測計算出的絕對溫度值與被測物體的輻射率參數有直接關(guān)系，不同材料的輻射率值是不同的，更為嚴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，這就導致了紅外探測絕對溫度無(wú)法絕對準確，問(wèn)題不在于紅外探測器的對輻射量的感知準確度而在于材料的輻射率是隨時(shí)在小范圍變化的。所以，衡量紅外探測器的性能指標一般不能用絕對溫度，而應該用溫度靈敏度，即： 噪聲等效溫差（NETD）。這也可以得出一個(gè)結論，紅外熱成像儀的主要作用是盡量區分出不同區域的溫度差異，用數字表現出來(lái)，進(jìn)而展示為帶有顏色的圖像，只有溫度區分開(kāi)以后，圖像才會(huì )細致分明。

紅外探測距離

紅外熱成像儀是用光學(xué)鏡頭來(lái)收集被測物體的熱輻射能量的，故此探測距離會(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****出 32*32=1024 條激光來(lái)探測 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(xiàn)的夾角為 75/31=2.4193°發(fā)散出去。隨著(zhù)距離的增長(cháng)，兩條激光線(xiàn)的間距會(huì )變大，當被測物體足夠小時(shí)，有可能處于兩條激光線(xiàn)之間未被探測到，這就是探測距離的問(wèn)題。

即：當成像儀的像素數量和視場(chǎng)角一定時(shí)，它的有效探測距離就與被測物體的大小有關(guān)。當被測物體尺寸已知時(shí)，對其進(jìn)行探測的理論最遠距離為：

MLX90640 紅外熱成像儀測溫傳感器模塊開(kāi)發(fā)筆記（九） EEPROM、 RAM、寄存器說(shuō)明

EEPROM

地址范圍為 0x2400~0x273F，共 832 個(gè)字（1664 字節）， 前 16 個(gè)字包含了唯一 ID 碼、工作參數（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)像素的校正或者測量參數，數據手冊也沒(méi)有寫(xiě)每個(gè)數據到底是什么意思，直接用就是了，不要問(wèn)為什么。

RAM

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

寄存器

地址范圍為 0x8000~0x8010，共 16 個(gè)字（32 字節），其中用戶(hù)可以訪(fǎng)問(wèn)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 的運行行為，是既有讀又有寫(xiě)的部分。

三部分建議的操作

上電后讀取一下 EEPROM，扔給 API 函數 MLX90640_ExtractParameters 得到的參數項變量。根據需要修改控制寄存器的值。循環(huán)讀取狀態(tài)寄存器，當有新的數據測量完成時(shí)讀取全部 RAM 扔給 API 函數MLX90640_CalculateTo 得到每個(gè)像素的溫度值。

狀態(tài)寄存器說(shuō)明

狀態(tài)寄存器從字面來(lái)理解應該是只讀的，但數據手冊里卻定義了一些位是參數（可修改的），不管寄存器叫什么了，根據參數功能來(lái)用吧。

STA[15:5]：保留，只能寫(xiě)入 0STA[4]： RAM 是否可寫(xiě)， 0：不可寫(xiě)； 1：可寫(xiě)。在幀測量完成后，是否允許 MLX90640將測量的數據寫(xiě)入（更新）到 RAM 里，這個(gè)功能可以在讀取一幀數據的過(guò)程中設置為不允許，即：當上位機正在讀取 RAM 的過(guò)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 CTR[2]=0 時(shí)，無(wú)論這個(gè)位置怎樣設置，都會(huì )自動(dòng)更新 RAM，僅當 CTR[2]=1時(shí)， STA[4]參數才會(huì )起作用。STA[3]：子頁(yè)測量完成標志位。 0：表示沒(méi)有完成； 1 表示已經(jīng)完成了一幀的測量。STA[2:0]：剛剛完成的是幀 0 還是幀 1。

控制寄存器說(shuō)明

CTR[15:13]：保留，只能寫(xiě)入 0

CTR[12]：幀交錯模式，默認為 1（像素交錯模式），數據手冊上說(shuō)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 1。

CTR[11:10]：測量精度， 00~11 表示 16 位~19 位，默認為 10（18 位）。改成 11 也沒(méi)什么效果，所以這個(gè)參數也保持默認吧。

CTR[9:7]：設置測量速率， 0~7 表示 0.5、 1、 2、 4、 8、 16、 32、 64Hz，默認為 010（2Hz），這個(gè)參數是唯一有用的參數。

CTR[6:4]：手動(dòng)測量時(shí)，指定要測量哪個(gè)子頁(yè)（幀 0 還是幀 1）。數據手冊已經(jīng)把手動(dòng)測量部分刪除了，所以手動(dòng)測量相關(guān)的參數可以忽略。

CTR[3]：手動(dòng)測量還是自動(dòng)測量，默認為 0（自動(dòng)測量），不要使用手動(dòng)測量（原因同上）。

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

CTR[1]：保留，只能寫(xiě)入 0。

CTR[0]： 0：所有數據更新在一頁(yè)里； 1：使能子頁(yè)模式（頁(yè) 0 和頁(yè) 1），默認

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

    現在自己在做紅外成像儀的越來(lái)越多了，兩年前有個(gè)井下機電設備運行狀態(tài)的科研項目，當時(shí)使用了 AMG8833（8*8 像素），科研畢竟就是科研，后來(lái)也沒(méi)有聽(tīng)說(shuō)成果得到應用的消息， 我想也是， 8*8 能干什么，也就能做個(gè)紅外測溫槍吧。 前段時(shí)間因為公司生產(chǎn)電路板測試需要，打算買(mǎi)一臺紅外成像儀測量電路板發(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便宜的先用著(zhù)，無(wú)意中發(fā)現了 MLX90640 這個(gè)東西， 32*24像素， 768 個(gè)測溫點(diǎn)，基本上可以成像用了。

    現在都智能手機、信息化、人工智能了，能不能用 MLX90640 做個(gè)能和手機連接成像的紅外模塊呢，那樣的話(huà)測試、存儲豈不是很方便。 說(shuō)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 手機或者計算機的 USB 接口，實(shí)時(shí)顯示熱像視頻，和手機相機差不多，只不過(guò)它是熱紅外成像，所以叫“紅眼睛相機”。模塊圖片如下：

Red Eye Camera（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“IDF-x” 或“設備” ）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，可對視場(chǎng)范圍內任何物體進(jìn)行紅外成像，成像分辨率512*384 像素，溫度靈敏度 0.1℃，絕對精度±1.5℃，刷新頻率最高 64Hz。自帶存儲和實(shí)時(shí)時(shí)鐘，具備數據實(shí)時(shí)輸出顯示、拍照存儲功能，數字接口包括 UART 和 USB，可直接連接計算機和 Android 手機，配合上位機軟件或者手機 APP 程序，使用十分方便。

優(yōu)勢與特點(diǎn)

  可 USB 接口供電，即插即用。

  多種濾波方法，參數自由設置。

  多種顏色方案，滿(mǎn)足不同需求。

  高斯濾波，保留原始信息不畸變。

應用領(lǐng)域：安防生物識別，發(fā)熱檢測，水暖電施工，故障排查，空調熱度檢測，安檢通道等。

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