FLIR Lepton 热成像模块集成指南：硬件、软件与树莓派配置
简介
注意： 本指南最初针对 FLIR Lepton KIT‑13233 编写，但 FLIR Lepton 2.5 带测温版本同样适用。
团队初次测试长波红外 (LWIR) 相机时，瞬间被“看见不可见之物”的前景激动。无论监测偏远丛林还是防止热马克烫手，FLIR Lepton 都提供紧凑、亲民的热成像入门方案。
FLIR Lepton 性价比极高，Pure Engineering 的扩展板与文档让集成变得简单。
- FLIR 测温版 Lepton 开发套件
- FLiR 开发套件
虽然设置简单，仍有几个细节值得注意。下文分享我们的心得并提供分步演练。
所需材料
教程使用 Pure Engineering 提供的树莓派示例代码（其产品视频也有演示）。最低需求：
- 树莓派（任意运行 Raspbian 的型号）
- FLIR Lepton 相机模块（任意版本）
- 跳线（母对母）– 推荐 20 AWG
- 显示器、键盘、树莓派电源
- 可选：7″ 触摸屏或 SmartiPi Touch 实现一体化显示
建议物料清单（已有可跳过）：
FLIR Lepton 接线指南心愿单 – SparkFun Wish List
- 树莓派 LCD – 7″ 触摸屏
- SmartiPi Touch
- 多媒体无线键盘
- 树莓派 3 B+ 入门套件
- FLIR 测温版 Lepton 开发套件
提示： 极简方案可用实心 22 AWG 导线直连 Lepton 与树莓派；更稳健连接可考虑焊制定制树莓派 HAT。
- 接线线材 – 组合装 (实心芯, 22 AWG)
- 优质跳线 6″ 母对母 – 20 AWG (10 根装)
- SparkFun 可拼接实验板
- 树莓派 GPIO 高排针 – 2×20
若购买 PureThermal 2 – FLIR Lepton Smart I/O Board，注意它 不含 Lepton 相机模块。但提供基于 USB 的控制与原始视频数据，适合将相机作为 USB 摄像头使用。
- PureThermal 2 – FLIR Lepton Smart I/O Board
- USB micro-B 数据线 – 6 英尺
Smart I/O 板在电脑/树莓派上设置的详细说明见视频：
软件
示例代码在树莓派 Model B 测试通过，任何运行 Raspbian 的 Pi 型号均可运行。
RASPBIAN 镜像
此外需安装 Qt 开发工具与 Pure Engineering 示例代码。详见下方 软件 章节分步说明。
原理
电磁波谱跨越高能伽马射线至低频无线电波。普通相机捕捉可见光（380–700 nm）。长波红外 (LWIR) 传感器如 Lepton 检测 9–14 µm 波段——正是室温物体辐射的波长。
电磁波谱含可见光高亮。图片 courtesy of Wikimedia Commons.
Lepton 核心是 微测辐射热计阵列。微测辐射热计吸收红外能量后电阻变化，通过测量电阻计算表面温度并生成伪彩色图像编码温度数据。
热成像应用于建筑诊断、汽车冷却分析、医学诊断、夜视系统。机器人领域，热成像相机配合 OpenCV 等标准图像处理库可实现热质心检测——使寻热机器人成为切实可行的 DIY 项目。
硬件概览
下表列出两款常见 Lepton 变体关键规格。蓝色高亮单元格标识原版 Lepton 与带测温的 Lepton 2.5 差异。
| FLIR Lepton | FLIR Lepton v2.5 w/ Radiometry | |
|---|---|---|
| 分辨率 | 80 × 60 px | 80 × 60 px |
| 光谱范围 | 8–14 µm | 8–14 µm |
| 水平视场角 | 51° | 50° |
| 热灵敏度 | <50 mK | <50 mK |
| 帧率 | <9 Hz | <9 Hz |
| 控制接口 | I²C | I²C |
| 视频接口 | SPI | SPI |
| 出图时间 | <0.5 s | <1.2 s (实测约 0.5 s) |
| 内置快门 | ✓ | ✓ |
| 测温功能 | 14-bit 像素值 | 14-bit 像素值, 开尔文温标 |
| 工作功耗 | ≈150 mW | ≈150 mW |
硬件连接
⚠️ 警告： Lepton 模块虽耐静电，但属精密元件。操作时小心，避免带静电表面接触。
电路图
按下图将 Lepton 扩展板连接至树莓派 GPIO。如需复习 GPIO 定义，参考我们的 树莓派 GPIO 教程。确保 Lepton 模块牢固卡入扩展板插座。
下图展示面包板与触摸屏典型搭建。
恭喜——硬件组装完成。接下来配置软件。
软件配置
先在树莓派安装 Raspbian。启动后打开终端，通过 raspi-config 启用 SPI 与 I²C：
sudo raspi-config
进入 Advanced Options → SPI，重复操作启用 I²C。每次选择后重启生效。
Pure Engineering 示例为 Qt 应用，安装 Qt 开发工具：
sudo apt-get install qt4-dev-tools
从 Pure Engineering GitHub 仓库 下载示例代码。可克隆或下载 ZIP 解压。进入 raspberrypi_video 目录：
cd LeptonModule-master/raspberrypi_video
先编译 Lepton SDK：
cd ../software/raspberrypi_libs/LeptonSDKEmb32PUB make
返回 raspberrypi_video 编译应用：
qmake && make
构建完成后启动：
./LeptonVideo
现可看到 Lepton 实时热成像画面。随后可尝试 OpenCV、数据记录、或集成至机器人项目。
额外资源
感谢阅读 FLIR Lepton 接线指南。祝成像愉快！
制造工艺