數(shù)未來(lái)新寵 還看熱成像技術(shù)

　　工作原理

　　紅外熱成像技術(shù)是一種被動(dòng)紅外夜視技術(shù)，其原理是基于自然界中一切溫度高于絕對(duì)零度(-273℃)的物體，每時(shí)每刻都在輻射出紅外線，同時(shí)這種紅外線輻射都載有物體的熱特征信息，這就為利用紅外技術(shù)判別各種被測(cè)目標(biāo)的溫度高低和熱分布場(chǎng)提供了客觀的基礎(chǔ)。利用這一特性，通過(guò)光電紅外探測(cè)器將物體發(fā)熱部位輻射的功率信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后，成像裝置就可以一一對(duì)應(yīng)地模擬出物體表面溫度的空間分布，最后經(jīng)系統(tǒng)處理，形成熱圖像視頻信號(hào)，傳至顯示屏幕上，就得到與物體表面熱分布相對(duì)應(yīng)的熱像圖。

　　杭州海康威視數(shù)字技術(shù)股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱“?？怠?前端技術(shù)支持經(jīng)理田振華為我們介紹紅外熱成像系統(tǒng)是由鏡頭、熱紅外探測(cè)器及攝像機(jī)系統(tǒng)組成。鏡頭材質(zhì)為可透過(guò)可見(jiàn)光的高純鍺單晶，具有高的折射系數(shù)，對(duì)紅外光透明，不透過(guò)可見(jiàn)光和紫外線。熱紅外探測(cè)器是熱成像攝像機(jī)的心臟，主要功能是將紅外輻射轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。探測(cè)器分為制冷型、非制冷型兩種，常見(jiàn)為非制冷型，主要由多晶硅和氧化釩兩種材質(zhì)。針對(duì)該系統(tǒng)的工作原理，前視紅外熱像系統(tǒng)貿(mào)易(上海)有限公司(以下簡(jiǎn)稱“Flir”)的分銷經(jīng)理張宇說(shuō)是由光學(xué)系統(tǒng)接受被測(cè)目標(biāo)的紅外輻射經(jīng)光譜濾波將紅外輻射能量分布圖形反映到焦平面上的紅外探測(cè)器陣列的各光敏元件上，探測(cè)器將紅外輻射能轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，由探測(cè)器偏置與前置放大的輸入電路輸出所需的放大信號(hào)，并注入到讀出電路，以便進(jìn)行多路傳輸。高密度、多功能的CMOS多路傳輸器的讀出電路能夠執(zhí)行稠密的線陣和面陣紅外焦平面陣列的信號(hào)積分、傳輸、處理和掃描輸出，并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，以送入微機(jī)作視頻圖像處理。由于被測(cè)目標(biāo)物體各部分的紅外輻射的熱像分布信號(hào)非常弱，缺少可見(jiàn)光圖像那種層次和立體感，因而需要進(jìn)行一些圖像亮度與對(duì)比度的控制、實(shí)際校正與偽彩色描繪等處理。經(jīng)過(guò)處理的信號(hào)送入到視頻信號(hào)形成部分進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換并形成標(biāo)準(zhǔn)的視頻信號(hào)，最后通過(guò)電視屏或監(jiān)視器顯示被測(cè)目標(biāo)的紅外熱像圖。

　　產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)

　　就目前應(yīng)用而言，紅外熱成像技術(shù)要比微光成像技術(shù)在安防上使用得更廣泛，在安防監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用中，例如到了晚上可見(jiàn)光的監(jiān)視器材便不能正常工作，如果采用人工照明無(wú)疑容易暴露目標(biāo)。這時(shí)如果有紅外熱成像儀就可以解決問(wèn)題，紅外熱成像儀是被動(dòng)接受目標(biāo)自身的紅外熱輻射，它不受光照條件影響，無(wú)論白天黑夜都可以正常工作并且不會(huì)暴露自己。

　　同樣的，如果在雨霧等惡劣的氣候環(huán)境下，可見(jiàn)光由于波長(zhǎng)較短，克服障礙的能力差，觀察的效果就會(huì)大打折扣，但紅外熱成像儀利用的是紅外線原理，紅外線波長(zhǎng)較長(zhǎng)，穿透效果好，即使在雨霧的惡劣環(huán)境下仍然可以正常觀測(cè)。因此在夜間及雨霧等惡劣天氣情況下，利用紅外熱成像儀可以對(duì)目標(biāo)進(jìn)行正常的監(jiān)控。

　　在安防領(lǐng)域中，紅外熱成像儀用在探測(cè)威脅(防范入侵者)、森林防火、罪犯追捕等方面。

　　火災(zāi)這樣的意外災(zāi)害時(shí)有發(fā)生，而且這種災(zāi)害多半是由不明顯的隱火引發(fā)的，如果能即時(shí)發(fā)現(xiàn)這些隱火，準(zhǔn)確的判斷火災(zāi)的位置，這樣就能做到早預(yù)防早撲滅，減少很多不必要的損失。

　　紅外熱成像儀是被動(dòng)接受目標(biāo)自身的熱輻射，這一特點(diǎn)也可以應(yīng)用到公安機(jī)關(guān)追捕罪犯的行動(dòng)中，一般罪犯容易隱藏到草叢樹(shù)林之類的野外環(huán)境中，公安人員的一般視覺(jué)容易產(chǎn)生錯(cuò)誤判斷，很容易讓罪犯逍遙法外，人體和車(chē)輛的溫度以及紅外輻射一般都遠(yuǎn)大于草木的溫度及輻射，這時(shí)候利用紅外熱成像儀很容易就可以準(zhǔn)確判斷出罪犯隱藏的位置，讓他們無(wú)所遁形。

　　新技術(shù)與困境

　　熱成像技術(shù)是以利用目標(biāo)、背景或目標(biāo)各部分之間的輻射差異形成的紅外輻射特征圖像來(lái)發(fā)現(xiàn)和識(shí)別目標(biāo)，采用的是非制冷焦平面技術(shù)。由于近年來(lái)熱成像技術(shù)在軍事和民用方面都得到了廣泛的應(yīng)用。隨著熱成像技術(shù)的成熟以及各種低成本適于民用的熱像儀的問(wèn)世，它在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)發(fā)揮的作用也越來(lái)越大。

　　從運(yùn)用領(lǐng)域的變化來(lái)分析，北京和普威視光電技術(shù)有限公司(以下簡(jiǎn)稱“和普威視”)技術(shù)總工張超岳看來(lái)在工業(yè)生產(chǎn)中，許多設(shè)備常用于高溫、高壓和高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，應(yīng)用紅外熱成像儀對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)和監(jiān)控，既能保證設(shè)備的安全運(yùn)轉(zhuǎn)，又能發(fā)現(xiàn)異常情況以便及時(shí)排除隱患。同時(shí)，利用熱像儀還可以進(jìn)行工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量控制和管理。

　　由于紅外系統(tǒng)比雷達(dá)系統(tǒng)的分辨率高，隱蔽性好，且不易受電子干擾，較之可見(jiàn)光系統(tǒng)具有能識(shí)別偽裝、可晝夜工作、受天氣影響較小等優(yōu)點(diǎn)，因此，熱成像技術(shù)在軍事上得到廣泛應(yīng)用。熱像儀在軍事上的應(yīng)用范圍較主動(dòng)紅外夜視儀和微光夜視儀更廣，可用于戰(zhàn)術(shù)與戰(zhàn)略偵察、武器的瞄準(zhǔn)和制導(dǎo)、各種戰(zhàn)斗、運(yùn)輸車(chē)輛的夜間駕駛，并可提供飛機(jī)在黑暗中的起飛、著陸燈，是一種性能優(yōu)越較為理想的夜視器材，目前在陸軍、海軍、空軍都得到了應(yīng)用，同時(shí)紅外熱像儀在醫(yī)療、治安、消防、考古、交通、農(nóng)業(yè)和地質(zhì)等許多領(lǐng)域均有重要的應(yīng)用。

　　從熱成像技術(shù)層面的發(fā)展來(lái)分析，海康的前端技術(shù)支持經(jīng)理田振華認(rèn)為近些年在熱成像基礎(chǔ)上，導(dǎo)入了H.264編碼壓縮技術(shù)、智能分析技術(shù)。H.264技術(shù)將采集的熱輻射圖像編碼壓縮成網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，便于被系統(tǒng)集成。智能分析技術(shù)能通過(guò)對(duì)輻射差異形成的紅外輻射特征圖像進(jìn)行智能算法分析，提高圖像的應(yīng)用價(jià)值。同時(shí)Flir的張宇則認(rèn)為實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)輸出，網(wǎng)絡(luò)模擬雙輸出產(chǎn)品開(kāi)始出現(xiàn);部分產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了POE供電;軟件分析更加智能易用;探測(cè)器像素得到提升;探測(cè)距離遠(yuǎn)近皆宜，多視場(chǎng)，連續(xù)變焦產(chǎn)品的應(yīng)用逐漸增多。

　　對(duì)于目前紅外熱成像攝像機(jī)存在的不足之處在于分辨率只有384*288，相當(dāng)于CIF大小，只能作為探測(cè)目標(biāo)用，不足以清晰地分辨目標(biāo)。?？档奶镎袢A認(rèn)為后續(xù)的發(fā)展可以提高熱紅外探測(cè)器的像素大小，從而提高清晰度來(lái)解決這一問(wèn)題。除了圖像對(duì)比度低，分辨細(xì)節(jié)能力較差外，F(xiàn)lir的張宇與和普威視的張超岳還認(rèn)為不足之處有：

　　★不能透過(guò)透明的障礙物看清目標(biāo)：如窗戶玻璃。像窗戶玻璃這種透明的障礙物，使紅外熱成像儀探測(cè)不到其后物體的溫差，因而不能透過(guò)透明的障礙物看清目標(biāo)。

　　★高價(jià)格：目前紅外熱成像儀的成本仍是限制它廣泛使用的最大因素，但隨著肖特基勢(shì)壘非致冷紅外焦平面陣列的出現(xiàn)，為廣泛應(yīng)用提供了一種以低成本獲得高分辨力、高可靠性器件的有效手段。隨著科技的發(fā)展，關(guān)鍵技術(shù)的突破，并提高了加工效率，今后的成本會(huì)大為降低的。

　　在智能視頻中的應(yīng)用表現(xiàn)

　　由紅外熱成像技術(shù)的原理與特點(diǎn)可知， 幾乎現(xiàn)在普通視頻監(jiān)控?cái)z像機(jī)能做的智能分析，在紅外熱成像技術(shù)里都能很好地應(yīng)用，并且往往是普通攝像監(jiān)控機(jī)所不能完成的。對(duì)于在智能視頻中的應(yīng)用表現(xiàn)和普威視的張超岳為我們做了一些解析。

　　1.、能真正24小時(shí)及在惡劣氣候條件下的全天候的智能視頻監(jiān)控

　　紅外熱成像儀，是被動(dòng)接受目標(biāo)自身的紅外熱輻射，無(wú)論白天黑夜24小時(shí)均可以處于運(yùn)行狀態(tài)而正常工作，并隨時(shí)對(duì)背景資料進(jìn)行分析，一旦發(fā)現(xiàn)變化，可以及時(shí)發(fā)出預(yù)/報(bào)警，并可以通過(guò)其他智能設(shè)備自動(dòng)對(duì)有關(guān)情況進(jìn)行處理與上報(bào)。

　　在雨、霧等惡劣的氣候條件下，由于可見(jiàn)光的波長(zhǎng)短，克服障礙的能力差，因而觀測(cè)效果差。而工作在8～14μm波長(zhǎng)的長(zhǎng)波紅外熱成像儀，其穿透雨、霧的能力較高，從而仍可以正常地觀測(cè)目標(biāo)。因此，在夜間以及惡劣氣候條件下，采用紅外熱成像監(jiān)控設(shè)備可以對(duì)各種目標(biāo)，如人員、車(chē)輛等進(jìn)行24h監(jiān)控。

　　2、能對(duì)偽裝及隱蔽的目標(biāo)進(jìn)行智能視頻監(jiān)控與識(shí)別：

　　紅外熱成像儀是被動(dòng)接受目標(biāo)自身的熱輻射，當(dāng)人體和車(chē)輛隱蔽在草叢及樹(shù)林中時(shí)，它的溫度及紅外輻射一般都遠(yuǎn)大于草木的溫度及紅外輻射，因此很容易被自動(dòng)識(shí)別出來(lái)。

　　3、能進(jìn)行火災(zāi)的視頻監(jiān)控與識(shí)別

　　由于紅外熱成像儀是反映物體表面溫度而成像的設(shè)備，因此除了夜間可以作為現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控使用外，還可以作為有效的防火報(bào)警設(shè)備。如在大面積的森林中，火災(zāi)往往是由不明顯的隱火引發(fā)的，這是毀滅性火災(zāi)的根源。

　　在住宅小區(qū)、機(jī)場(chǎng)、碼頭、學(xué)校等人流密集的場(chǎng)所，通過(guò)紅外熱成像儀探測(cè)的紅外熱圖像，均能迅速及時(shí)監(jiān)測(cè)到火災(zāi)源頭，進(jìn)行預(yù)/報(bào)警，以便及時(shí)采取行動(dòng)進(jìn)行處理。

　　谷物糧倉(cāng)往往會(huì)發(fā)生自燃現(xiàn)象，過(guò)去一般采用溫度計(jì)測(cè)量其溫度變化。而采用紅外熱像儀可以準(zhǔn)確判定這些火災(zāi)的位置和范圍，從而做到早知道早預(yù)防，早撲滅。此外，即使是在火災(zāi)過(guò)后，消防人員也能通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)紅外熱成像儀的監(jiān)視圖像，開(kāi)展對(duì)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)卓有成效地搜救工作。

　　4、能對(duì)邊防、周界入侵進(jìn)行遠(yuǎn)距離有效的監(jiān)控與識(shí)別

　　利用紅外熱成像儀，可以探測(cè)到不同物體的紅外輻射，因而可以遠(yuǎn)距離地進(jìn)行觀察，尤其適用于風(fēng)雨天氣。如在邊境地區(qū)放置紅外熱成像儀，就可成功地破獲非法入境者案件，顯然，其效率大大高于人工巡查。

　　5、能對(duì)被遺棄的行李包裹等遺留物體進(jìn)行有效地檢測(cè)與識(shí)別

　　由于物體產(chǎn)生的熱量在發(fā)出紅外輻射的同時(shí)，還在物體周?chē)纬闪艘欢ǖ谋砻鏈囟确植紙?chǎng)，而不同物體的發(fā)熱功率也不盡相同，因而不同的物體內(nèi)部所發(fā)出的熱擴(kuò)散和物體表面溫度也是不同的。因此，利用紅外熱成像技術(shù)，可以輕而易舉地對(duì)行李包裹的內(nèi)部物品進(jìn)行透視與分析。

　　趨勢(shì)發(fā)展與前景展望

　　現(xiàn)階段，由于紅外熱成像監(jiān)控在國(guó)內(nèi)還處于推廣階段，用戶或甲方對(duì)相關(guān)的功能普遍不是很了解，而且對(duì)其必要性也沒(méi)有形成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。因此紅外熱成像監(jiān)控目前真正的應(yīng)用還不是很多。對(duì)于未來(lái)發(fā)展是怎樣的情況，和普威視的張超岳認(rèn)為紅外熱成像技術(shù)在安防領(lǐng)域必然是呈快速增長(zhǎng)的發(fā)展趨勢(shì)。紅外熱成像的監(jiān)控圖像加載的信息很多，它不僅提供了圖像像素，決定畫(huà)質(zhì)的還包括溫度。大多數(shù)路口監(jiān)控探頭采用外接照明燈，這對(duì)于監(jiān)控成本來(lái)說(shuō)似乎十分可觀。熱成像本著綠色環(huán)保的技術(shù)，有助于減少使用昂貴密集型照明設(shè)備，降低能源消耗。隨著時(shí)間的推移，現(xiàn)在一些高端市場(chǎng)如軍隊(duì)、銀行、武警和公安系統(tǒng)已經(jīng)對(duì)此系統(tǒng)形成了正確的認(rèn)知，而且隨著國(guó)內(nèi)恐怖活動(dòng)的增多，許多領(lǐng)域已經(jīng)對(duì)其提出比較明確的使用意向，相信在未來(lái)幾年內(nèi)，紅外熱成像監(jiān)控會(huì)有比較快速的發(fā)展。

　　?？档奶镎袢A說(shuō)因?yàn)闊岢上駭z像機(jī)的鏡頭和熱紅外探測(cè)器成本較高，目前僅限在特殊行業(yè)中應(yīng)用，未來(lái)如果能有效降低成本，相信會(huì)有不錯(cuò)的發(fā)展前景。另外國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)24小時(shí)不間斷室外監(jiān)控，特別是公共安全和道路監(jiān)控領(lǐng)域需求較大。此外，國(guó)內(nèi)生成的彩色攝像機(jī)和紅外攝像機(jī)的差價(jià)不大，很多用戶在選擇24小時(shí)監(jiān)控?cái)z像機(jī)時(shí)更傾向于選擇紅外型攝像機(jī)。同時(shí)Flir的張宇也認(rèn)為隨著成本的不斷下降和技術(shù)的不斷進(jìn)步，一些入門(mén)級(jí)的紅外熱成像監(jiān)控設(shè)備將對(duì)傳統(tǒng)的主動(dòng)紅外攝像機(jī)形成巨大沖擊，同時(shí)中高端應(yīng)用市場(chǎng)的需求穩(wěn)定，相信紅外熱成像技術(shù)將會(huì)受到越來(lái)越多的關(guān)注。