隨著紅外熱成像在安防行業(yè)的應(yīng)用逐漸成熟，想真正了解紅外熱像行業(yè)現(xiàn)狀、原理知識、產(chǎn)品特點(diǎn)的人也越來越多，筆者希望通過對紅外熱像儀原理知識、產(chǎn)業(yè)情況等信息的簡單敘述，能激發(fā)大家對這一技術(shù)的興趣，更多的將這一技術(shù)應(yīng)用到安防監(jiān)控領(lǐng)域中去。

　　■ 文/姚小科

　　紅外熱像儀是通過非接觸探測紅外能量(熱量)，并將其轉(zhuǎn)換為電信號，進(jìn)而生成實(shí)際監(jiān)控物體、環(huán)境的熱圖像和溫度值，并可以對溫度值進(jìn)行計算的一種檢測設(shè)備。紅外熱像儀能夠?qū)⑻綔y到的熱量精確量化或測量，不僅能夠觀察熱圖像，還能夠?qū)Πl(fā)熱的故障區(qū)域進(jìn)行準(zhǔn)確識別和嚴(yán)格分析。

　　紅外熱像儀利用紅外探測器、光學(xué)成像物鏡和光機(jī)掃描系統(tǒng)(目前先進(jìn)的焦平面技術(shù)則省去了光機(jī)掃描系統(tǒng))接受被測目標(biāo)的紅外輻射能量分布圖形反映到紅外探測器的光敏元上，由探測器將紅外輻射能轉(zhuǎn)換電信號，經(jīng)放大處理、轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)視頻信號通過電視屏或監(jiān)測器顯示紅外熱像圖。

　　這種熱像圖與物體表面的分布場相對應(yīng)，實(shí)際上是被測目標(biāo)物體各部分紅外輻射的熱像分布圖由于信號非常弱，與可見光相比缺少層次和立體感，因此，在實(shí)際動作過程中為更有效地判斷被測目標(biāo)的紅外熱場，常采用一些輔助措施來增加儀器的實(shí)用功能，如圖像亮度、對比度的控制，實(shí)際校正，偽色彩描繪等高線和直方進(jìn)行運(yùn)算、打印等。

　　國內(nèi)基礎(chǔ)技術(shù)發(fā)展

　　紅外熱成像技術(shù)能夠應(yīng)用到非常多的行業(yè)，原有國內(nèi)廠家在軍情偵查、導(dǎo)彈制導(dǎo)、工業(yè)氣體泄漏檢測、電力設(shè)施破損巡查，事故生命搜索、機(jī)場出入境人員體溫監(jiān)控等方面都有具體應(yīng)用，其核心元器件是高性能的紅外焦平面探測器。近年來，在工信部強(qiáng)基工程支持下，從原材料到芯片制備，國內(nèi)廠家實(shí)現(xiàn)了紅外焦平面探測器的全面國產(chǎn)化。個別廠家已完成紅外探測器材料、芯片、電路、封裝和制冷機(jī)等部分多項(xiàng)核心技術(shù)、幾百道主要工藝、幾千余項(xiàng)工序的科研攻關(guān)，為紅外焦平面探測器的產(chǎn)業(yè)化打下了堅實(shí)的基礎(chǔ)。

　　長期以來，高性能紅外探測器被歐美國家技術(shù)封鎖，不但價格居高不下，而且還對我國實(shí)行出口限制，數(shù)量少，技術(shù)等級很低，嚴(yán)重制約了我國相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。紅外熱成像儀實(shí)行國產(chǎn)化，是涉及國計民生和軍事安全的大事。該儀器曾在防控非典等疫情、汶川地震中堰塞湖監(jiān)控、國慶閱兵、世博會等重大事件中發(fā)揮了重要作用。此外，還對高端武器裝備及衛(wèi)星系統(tǒng)意義重大，是實(shí)現(xiàn)目標(biāo)搜索定位和鎖定跟蹤的核心部件。

　　國產(chǎn)化的最大難點(diǎn)在于生產(chǎn)基礎(chǔ)原材料。國內(nèi)幾個廠家，在材料制程工藝上花費(fèi)了大量的心血，已經(jīng)達(dá)到與歐美國家性媲美的材質(zhì)要求，而且成本低廉。目前，國內(nèi)上下游廠家逐漸形成完善的產(chǎn)業(yè)鏈布局，在開發(fā)高端紅外熱成像儀的同時，開始大力拓展民用市場，逐步應(yīng)用到民用安防監(jiān)控、汽車安全駕駛等等領(lǐng)域。

　　紅外熱成像在安防監(jiān)控領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢和特點(diǎn)

　　紅外熱成像攝像機(jī)是根據(jù)熱成像的技術(shù)原理，探測目標(biāo)、背景以及目標(biāo)各部分之間的紅外熱輻射溫度的差異所產(chǎn)生的熱對比度進(jìn)行成像的一種全天候被動式監(jiān)控器材。它不依賴夜天光，也不需要主動向目標(biāo)發(fā)射紅外線，因而其工作方式是全被動式、全天候、不易被對方發(fā)現(xiàn)和干擾。在監(jiān)控領(lǐng)域，它的應(yīng)用在某些方面具備獨(dú)特的優(yōu)勢。

　　作用距離遠(yuǎn)、覆蓋面積大：可以在夜間探測幾公里范圍內(nèi)的人員、車輛或者幾十公里處范圍內(nèi)的艦船、飛機(jī)等。

　　不受環(huán)境條件影響：可在白天、夜間甚至于霧、雨雪等惡劣天氣工作;不受強(qiáng)光、逆光等干擾;不輻射電磁波，不易暴露自身目標(biāo)，隱蔽性好。

　　雙光譜，紅外熱成像技術(shù)和普通安防監(jiān)控產(chǎn)品相結(jié)合，提供熱成像以及可見光的雙視場監(jiān)控功能，兩者優(yōu)勢得到互補(bǔ)，使得安防監(jiān)控適應(yīng)環(huán)境能力更強(qiáng)，距離更遠(yuǎn)，效率更高。

　　智能應(yīng)用有效加強(qiáng)：通過將原來應(yīng)用于可見光的智能算法技術(shù)移植到紅外熱成像圖像算法中并加以改進(jìn)，利用其特殊的成像特性，某些智能算法如入侵、越界、人體檢測的準(zhǔn)確度、誤報率得到了顯著的改進(jìn)。

　　更多監(jiān)控的維度：紅外熱成像把人類的感官由五種增加到六種，能直觀地顯示物體表面的溫度場，檢測到可見光無法探測的信息。

　　當(dāng)然，紅外熱成像技術(shù)也存在一定的局限。例如，不能透過透明的障礙物看清目標(biāo)，如窗戶玻璃;相對可見光監(jiān)控產(chǎn)品成本還比較高(特別是光學(xué)成本)、分辨率較低等。

　　紅外熱成像攝像機(jī)在安防監(jiān)控領(lǐng)域的應(yīng)用場景

　　機(jī)場安檢

　　機(jī)場是比較典型的場所，哥本哈根機(jī)場每天有108架飛機(jī)要停留，每個人在進(jìn)入的CRSA前需要進(jìn)行徹底的安全檢查。面臨的問題之一是CRSA接近跑道，飛機(jī)從棧橋到起飛區(qū)域或者剛剛著陸的飛機(jī)將乘客送到一個棧橋上并從“非安全區(qū)域”進(jìn)入CRSA。另外，從飛機(jī)場內(nèi)但從CRSA外的其他區(qū)域的汽車和人員可能進(jìn)入該區(qū)。

　　在白天用可見光相機(jī)很容易監(jiān)視和跟蹤目標(biāo)，但在夜間，可見光相機(jī)存在一定的局限性，機(jī)場環(huán)境復(fù)雜，夜晚對于可見光成像效果有較大的干擾。影響觸發(fā)報警時有可能因?yàn)閳D像效果不佳而無法看到引起報警的事件。解決該問題的辦法就是采用紅外熱成像攝像機(jī)。

　　森林防火

　　火災(zāi)是世界各國人民所面臨的一個共同的災(zāi)難性問題，它給人類社會造成了不少生命、財產(chǎn)的嚴(yán)重?fù)p失。隨著社會生產(chǎn)力的發(fā)展，社會財富日益增加，火災(zāi)損失上升及火災(zāi)危害范圍擴(kuò)大的總趨勢是客觀事實(shí)。據(jù)聯(lián)合國“世界火災(zāi)統(tǒng)計中心”提供的資料介紹全世界每天發(fā)生火災(zāi)1萬多起，造成數(shù)百人死亡。

　　近幾年來，我國每年發(fā)生火災(zāi)約4萬起，每年火災(zāi)造成的直接財產(chǎn)損失10多億元，尤其是造成幾十人、幾百人死亡的特大惡性火災(zāi)時有發(fā)生，給國家和人民群眾的生命財產(chǎn)造成了巨大的損失。因此對一些重要場所，如森林、園林等進(jìn)行防火監(jiān)控是非常迫切的需求。根據(jù)不同場景的總體結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)，在森林、園林、文博等易于產(chǎn)生火災(zāi)的關(guān)鍵位置設(shè)置熱成像監(jiān)控點(diǎn)，24小時全方位監(jiān)控記錄主要場所的實(shí)時情況，便于火情的及時發(fā)現(xiàn)和有效控制，同時為事后火災(zāi)的處理提供直接的錄像資料。

　　港口河道

　　內(nèi)河航道應(yīng)用中，很多時候需要檢測來往船只的數(shù)量，傳統(tǒng)做法是通過AIS或VTS，但是AIS不是像我們想象的那么準(zhǔn)確的，AIS要依賴船舶本身打開設(shè)備，否則是接收不到信息，VTS則是主動去探測的，很多小船，還有船舶交叉時也測不準(zhǔn)。所以即使是一些重大活動下，進(jìn)行強(qiáng)制要求，也只能測70%的船舶，平時可能只有50% 。因此用戶特別希望能夠通過視頻實(shí)現(xiàn)船舶流量統(tǒng)計。但普通可見光要在水面上實(shí)現(xiàn)區(qū)域入侵功能難度很大，特別是受到波浪、天氣等因素的影響，而熱成像為實(shí)現(xiàn)這類應(yīng)用提供了可能，能夠借助熱成像對溫度的感知，確定船只的位置、速度、數(shù)量等等信息。

　　另外在主要航道兩側(cè)一般都會設(shè)一些浮標(biāo)，船舶正常航行是不能偏離航道，越過浮標(biāo)的。因此該區(qū)域同樣可以用熱成像實(shí)現(xiàn)入侵檢測，作為VTS系統(tǒng)的補(bǔ)充。

　　邊防應(yīng)用

　　眾所周知，邊界防衛(wèi)是一件非常困難的事情。我國邊境線甚長，海洋也遼闊，由于野外環(huán)境的惡劣，許多系統(tǒng)都不可能很好地?fù)?dān)當(dāng)起防范作用，特別在下雨、下雪、大霧、大風(fēng)的日子，邊界巡邏也是很苦的任務(wù)。如果采用人員巡邏，利用望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行觀察，往往由于可見光波長短，因而觀查效果甚差，造成漏查、誤查和失查的現(xiàn)象。紅外熱成像儀可以探測到波長較短的紅外線，因而可以遠(yuǎn)距離進(jìn)行觀察，特別適用于風(fēng)雨天氣。廣東惠州警方在某一邊境地區(qū)放置了五套紅外熱成像儀，在試用過程中，成功地破獲了多起非法入境者案件，效率大大高于原來用人工巡查。

　　紅外熱成像技術(shù)歷經(jīng)多年的發(fā)展，已從當(dāng)初的主要軍事目的擴(kuò)展到諸如工業(yè)監(jiān)控測溫、執(zhí)法緝毒、安全防犯、醫(yī)療衛(wèi)生、遙感、設(shè)備先期性故障診斷與維護(hù)、海上救援、天文探測、車輛、飛行器和艦船駕駛員用夜視增強(qiáng)觀察儀等廣闊的民用領(lǐng)域，紅外熱成像技術(shù)正走向輝煌。同時，我們應(yīng)清醒的認(rèn)識到，紅外熱成像技術(shù)已經(jīng)走上了一條充滿挑戰(zhàn)的發(fā)展道路，要想發(fā)展，必須解決更多的問題，以提高靈敏度，增加識別距離，降低成本，為未來的應(yīng)用提供新的優(yōu)勢。

　　(本文作者現(xiàn)任杭州?？低晹?shù)字技術(shù)股份有限公司紅外熱成像產(chǎn)品經(jīng)理)