工作原理

　　紅外熱成像技術是一種被動紅外夜視技術，其原理是基于自然界中一切溫度高于絕對零度(-273℃)的物體，每時每刻都在輻射出紅外線，同時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判別各種被測目標的溫度高低和熱分布場提供了客觀的基礎。利用這一特性，通過光電紅外探測器將物體發熱部位輻射的功率信號轉換成電信號后，成像裝置就可以一一對應地模擬出物體表面溫度的空間分布，最后經系統處理，形成熱圖像視頻信號，傳至顯示屏幕上，就得到與物體表面熱分布相對應的熱像圖。

　　杭州海康威視數字技術股份有限公司(以下簡稱“海康”)前端技術支持經理田振華為我們介紹紅外熱成像系統是由鏡頭、熱紅外探測器及攝像機系統組成。鏡頭材質為可透過可見光的高純鍺單晶，具有高的折射系數，對紅外光透明，不透過可見光和紫外線。熱紅外探測器是熱成像攝像機的心臟，主要功能是將紅外輻射轉變為電信號。探測器分為制冷型、非制冷型兩種，常見為非制冷型，主要由多晶硅和氧化釩兩種材質。針對該系統的工作原理，前視紅外熱像系統貿易(上海)有限公司(以下簡稱“Flir”)的分銷經理張宇說是由光學系統接受被測目標的紅外輻射經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器陣列的各光敏元件上，探測器將紅外輻射能轉換成電信號，由探測器偏置與前置放大的輸入電路輸出所需的放大信號，并注入到讀出電路，以便進行多路傳輸。高密度、多功能的CMOS多路傳輸器的讀出電路能夠執行稠密的線陣和面陣紅外焦平面陣列的信號積分、傳輸、處理和掃描輸出，并進行A/D轉換，以送入微機作視頻圖像處理。由于被測目標物體各部分的紅外輻射的熱像分布信號非常弱，缺少可見光圖像那種層次和立體感，因而需要進行一些圖像亮度與對比度的控制、實際校正與偽彩色描繪等處理。經過處理的信號送入到視頻信號形成部分進行D/A轉換并形成標準的視頻信號，最后通過電視屏或監視器顯示被測目標的紅外熱像圖。

　　產品優勢

　　就目前應用而言，紅外熱成像技術要比微光成像技術在安防上使用得更廣泛，在安防監控系統的應用中，例如到了晚上可見光的監視器材便不能正常工作，如果采用人工照明無疑容易暴露目標。這時如果有紅外熱成像儀就可以解決問題，紅外熱成像儀是被動接受目標自身的紅外熱輻射，它不受光照條件影響，無論白天黑夜都可以正常工作并且不會暴露自己。

　　同樣的，如果在雨霧等惡劣的氣候環境下，可見光由于波長較短，克服障礙的能力差，觀察的效果就會大打折扣，但紅外熱成像儀利用的是紅外線原理，紅外線波長較長，穿透效果好，即使在雨霧的惡劣環境下仍然可以正常觀測。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目標進行正常的監控。

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

　　火災這樣的意外災害時有發生，而且這種災害多半是由不明顯的隱火引發的，如果能即時發現這些隱火，準確的判斷火災的位置，這樣就能做到早預防早撲滅，減少很多不必要的損失。

　　紅外熱成像儀是被動接受目標自身的熱輻射，這一特點也可以應用到公安機關追捕罪犯的行動中，一般罪犯容易隱藏到草叢樹林之類的野外環境中，公安人員的一般視覺容易產生錯誤判斷，很容易讓罪犯逍遙法外，人體和車輛的溫度以及紅外輻射一般都遠大于草木的溫度及輻射，這時候利用紅外熱成像儀很容易就可以準確判斷出罪犯隱藏的位置，讓他們無所遁形。

　　新技術與困境

　　熱成像技術是以利用目標、背景或目標各部分之間的輻射差異形成的紅外輻射特征圖像來發現和識別目標，采用的是非制冷焦平面技術。由于近年來熱成像技術在軍事和民用方面都得到了廣泛的應用。隨著熱成像技術的成熟以及各種低成本適于民用的熱像儀的問世，它在國民經濟各部門發揮的作用也越來越大。

　　從運用領域的變化來分析，北京和普威視光電技術有限公司(以下簡稱“和普威視”)技術總工張超岳看來在工業生產中，許多設備常用于高溫、高壓和高速運轉狀態，應用紅外熱成像儀對這些設備進行檢測和監控，既能保證設備的安全運轉，又能發現異常情況以便及時排除隱患。同時，利用熱像儀還可以進行工業產品質量控制和管理。

　　由于紅外系統比雷達系統的分辨率高，隱蔽性好，且不易受電子干擾，較之可見光系統具有能識別偽裝、可晝夜工作、受天氣影響較小等優點，因此，熱成像技術在軍事上得到廣泛應用。熱像儀在軍事上的應用范圍較主動紅外夜視儀和微光夜視儀更廣，可用于戰術與戰略偵察、武器的瞄準和制導、各種戰斗、運輸車輛的夜間駕駛，并可提供飛機在黑暗中的起飛、著陸燈，是一種性能優越較為理想的夜視器材，目前在陸軍、海軍、空軍都得到了應用，同時紅外熱像儀在醫療、治安、消防、考古、交通、農業和地質等許多領域均有重要的應用。

　　從熱成像技術層面的發展來分析，海康的前端技術支持經理田振華認為近些年在熱成像基礎上，導入了H.264編碼壓縮技術、智能分析技術。H.264技術將采集的熱輻射圖像編碼壓縮成網絡信號，便于被系統集成。智能分析技術能通過對輻射差異形成的紅外輻射特征圖像進行智能算法分析，提高圖像的應用價值。同時Flir的張宇則認為實現了網絡輸出，網絡模擬雙輸出產品開始出現;部分產品實現了POE供電;軟件分析更加智能易用;探測器像素得到提升;探測距離遠近皆宜，多視場，連續變焦產品的應用逐漸增多。

　　對于目前紅外熱成像攝像機存在的不足之處在于分辨率只有384*288，相當于CIF大小，只能作為探測目標用，不足以清晰地分辨目標。海康的田振華認為后續的發展可以提高熱紅外探測器的像素大小，從而提高清晰度來解決這一問題。除了圖像對比度低，分辨細節能力較差外，Flir的張宇與和普威視的張超岳還認為不足之處有：

　　★不能透過透明的障礙物看清目標：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不到其后物體的溫差，因而不能透過透明的障礙物看清目標。

　　★高價格：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，但隨著肖特基勢壘非致冷紅外焦平面陣列的出現，為廣泛應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。隨著科技的發展，關鍵技術的突破，并提高了加工效率，今后的成本會大為降低的。

　　在智能視頻中的應用表現

　　由紅外熱成像技術的原理與特點可知， 幾乎現在普通視頻監控攝像機能做的智能分析，在紅外熱成像技術里都能很好地應用，并且往往是普通攝像監控機所不能完成的。對于在智能視頻中的應用表現和普威視的張超岳為我們做了一些解析。

　　1.、能真正24小時及在惡劣氣候條件下的全天候的智能視頻監控

　　紅外熱成像儀，是被動接受目標自身的紅外熱輻射，無論白天黑夜24小時均可以處于運行狀態而正常工作，并隨時對背景資料進行分析，一旦發現變化，可以及時發出預/報警，并可以通過其他智能設備自動對有關情況進行處理與上報。

　　在雨、霧等惡劣的氣候條件下，由于可見光的波長短，克服障礙的能力差，因而觀測效果差。而工作在8～14μm波長的長波紅外熱成像儀，其穿透雨、霧的能力較高，從而仍可以正常地觀測目標。因此，在夜間以及惡劣氣候條件下，采用紅外熱成像監控設備可以對各種目標，如人員、車輛等進行24h監控。

　　2、能對偽裝及隱蔽的目標進行智能視頻監控與識別：

　　紅外熱成像儀是被動接受目標自身的熱輻射，當人體和車輛隱蔽在草叢及樹林中時，它的溫度及紅外輻射一般都遠大于草木的溫度及紅外輻射，因此很容易被自動識別出來。

　　3、能進行火災的視頻監控與識別

　　由于紅外熱成像儀是反映物體表面溫度而成像的設備，因此除了夜間可以作為現場監控使用外，還可以作為有效的防火報警設備。如在大面積的森林中，火災往往是由不明顯的隱火引發的，這是毀滅性火災的根源。

　　在住宅小區、機場、碼頭、學校等人流密集的場所，通過紅外熱成像儀探測的紅外熱圖像，均能迅速及時監測到火災源頭，進行預/報警，以便及時采取行動進行處理。

　　谷物糧倉往往會發生自燃現象，過去一般采用溫度計測量其溫度變化。而采用紅外熱像儀可以準確判定這些火災的位置和范圍，從而做到早知道早預防，早撲滅。此外，即使是在火災過后，消防人員也能通過現場紅外熱成像儀的監視圖像，開展對火災現場卓有成效地搜救工作。

　　4、能對邊防、周界入侵進行遠距離有效的監控與識別

　　利用紅外熱成像儀，可以探測到不同物體的紅外輻射，因而可以遠距離地進行觀察，尤其適用于風雨天氣。如在邊境地區放置紅外熱成像儀，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、能對被遺棄的行李包裹等遺留物體進行有效地檢測與識別

　　由于物體產生的熱量在發出紅外輻射的同時，還在物體周圍形成了一定的表面溫度分布場，而不同物體的發熱功率也不盡相同，因而不同的物體內部所發出的熱擴散和物體表面溫度也是不同的。因此，利用紅外熱成像技術，可以輕而易舉地對行李包裹的內部物品進行透視與分析。

　　趨勢發展與前景展望

　　現階段，由于紅外熱成像監控在國內還處于推廣階段，用戶或甲方對相關的功能普遍不是很了解，而且對其必要性也沒有形成統一的認識。因此紅外熱成像監控目前真正的應用還不是很多。對于未來發展是怎樣的情況，和普威視的張超岳認為紅外熱成像技術在安防領域必然是呈快速增長的發展趨勢。紅外熱成像的監控圖像加載的信息很多，它不僅提供了圖像像素，決定畫質的還包括溫度。大多數路口監控探頭采用外接照明燈，這對于監控成本來說似乎十分可觀。熱成像本著綠色環保的技術，有助于減少使用昂貴密集型照明設備，降低能源消耗。隨著時間的推移，現在一些高端市場如軍隊、銀行、武警和公安系統已經對此系統形成了正確的認知，而且隨著國內恐怖活動的增多，許多領域已經對其提出比較明確的使用意向，相信在未來幾年內，紅外熱成像監控會有比較快速的發展。

　　海康的田振華說因為熱成像攝像機的鏡頭和熱紅外探測器成本較高，目前僅限在特殊行業中應用，未來如果能有效降低成本，相信會有不錯的發展前景。另外國內市場對24小時不間斷室外監控，特別是公共安全和道路監控領域需求較大。此外，國內生成的彩色攝像機和紅外攝像機的差價不大，很多用戶在選擇24小時監控攝像機時更傾向于選擇紅外型攝像機。同時Flir的張宇也認為隨著成本的不斷下降和技術的不斷進步，一些入門級的紅外熱成像監控設備將對傳統的主動紅外攝像機形成巨大沖擊，同時中高端應用市場的需求穩定，相信紅外熱成像技術將會受到越來越多的關注。