牛力偉

（佛山順德美的制冷設(shè)備有限公司，廣東佛山 528300）

紅外檢測人體技術(shù)應(yīng)用和研究

牛力偉

（佛山順德美的制冷設(shè)備有限公司，廣東佛山 528300）

伴隨著紅外檢測技術(shù)的日益發(fā)展，其功能的多樣性逐漸促使它跨向多領(lǐng)域應(yīng)用。由于紅外檢測技術(shù)是熱成像，具有很強(qiáng)的穿透能力，相比于可見光成像就具有很多優(yōu)勢。目前，已經(jīng)在包括人體檢測在內(nèi)的各方面被廣泛發(fā)展。本文將重點(diǎn)討論紅外檢測人體技術(shù)在紅外傳感器和紅外成像技術(shù)方面于近年來的應(yīng)用與研究。

紅外線 人體檢測 技術(shù)

紅外線屬于電磁波的一種，又名為紅外光，它擁有反射、散射、折射等類似的光學(xué)特性。只要保證是其自身具有相應(yīng)的溫度的物質(zhì)（高于絕對0度），皆可以放射出紅外線。在電子波譜之中，它表現(xiàn)的區(qū)域是0.75μm到1 mm之間，而皮部輻射紅外線則是在2到20μm的區(qū)域之內(nèi)，平均峰值在9到10μm之間，從計(jì)算可以得出人體在對紅外線輻射的波長保持在6到14μm范圍內(nèi)。具有普遍熱效應(yīng)的紅外線，可以讓生物體細(xì)小分子出現(xiàn)一種共振吸收效應(yīng)，輻射到人體之后可以促進(jìn)局部血液流通、化瘀止痛等，對于多種疾病的檢測以及治療均起到不可忽視的作用，在腫瘤治療方面同時(shí)也顯現(xiàn)了良好的應(yīng)用前景。另外，紅外線技術(shù)應(yīng)用到人體時(shí)無損害，無副作用，它的應(yīng)用價(jià)值已遠(yuǎn)超出同類其他設(shè)備。

1 紅外傳感器的應(yīng)用研究

人眼能接收的可見光從長到短按波長排列，可逐次為紅（波長范圍為0.62～0.76μm）、橙、黃、綠、青、藍(lán)，紫（波長范圍為0.38～0.46 μm）。較紅光所釋放的波長更為長的光為紅外線。寬泛而言，傳感器是可以將量子轉(zhuǎn)化成電信號的器物，紅外傳感器亦屬其中。隨著當(dāng)代科技的進(jìn)一步發(fā)展，紅外線傳感器已有更廣泛應(yīng)用，現(xiàn)就幾個(gè)例子簡要說明，一般人體體溫都保持在37度左右，故可發(fā)出波長10UM左右的紅外線，紅外線加強(qiáng)后匯聚到紅外感應(yīng)源之上。紅外感應(yīng)源選用熱釋電元，此種元件在獲取到人身紅外線輻射時(shí)，它的溫度會因此出現(xiàn)不同程度的變化，進(jìn)而導(dǎo)致電荷失去平衡，所釋放的電荷在電接下來的電路經(jīng)處理后便會出現(xiàn)報(bào)警信號。（1）此種探頭以探測人體輻射作為目的。故熱釋電元針對波長為10UM上下的紅外輻射敏感程度高。（2）為了使其僅對人體的紅外輻射敏感，在它的照面常要覆有特制材料的濾光片，以控制環(huán)境造成的干擾。（3）處于被動位置的紅外線探頭，其傳感器具有2個(gè)串聯(lián)或2個(gè)并聯(lián)而成的熱釋電元。且兩電極正好相反的方向，近乎相同的作用讓其出現(xiàn)釋電效應(yīng)彼此抵消，故探測器實(shí)際沒有信號輸出。（4）若人進(jìn)入探測區(qū)之中，人體紅外輻射于局部鏡面聚焦，且為熱釋電元獲取，但因其獲取到的熱量有所差異，熱釋電亦有所差異，不能夠相互抵消，通過信號處理而達(dá)到報(bào)警效果。

紅外線傳感器作為檢測人體的代表性產(chǎn)物，其在測量之時(shí)不和被測物直接接觸，所以不具備相對摩擦的性質(zhì)，同時(shí)還有響應(yīng)迅速，靈敏度高等一系列優(yōu)勢。紅外線傳感器具備光學(xué)系統(tǒng)、測量元件以及中轉(zhuǎn)電路。光學(xué)系統(tǒng)可根據(jù)構(gòu)造差異分成透射式與反射式兩種。測量元件根據(jù)工作原理則可分為熱敏測量元件與光電測量元件。我們熟悉的熱敏元件使用最多的莫過于熱敏電阻。熱敏電阻察覺到紅外線輻射的時(shí)候溫度會有所提升，電阻產(chǎn)生變化，轉(zhuǎn)換線路后變成電信號進(jìn)行輸出。光敏元件作為最為慣用的光電測量元件，常由硒化鉛、硫化鉛、鍺及硅摻雜等一些相關(guān)材料制作而成。紅外線傳感器也經(jīng)常應(yīng)用于無接觸的溫度測量，大氣中成分分析與無損探傷等。

2 紅外成像技術(shù)的應(yīng)用研究

2.1 紅外成像技術(shù)的物理學(xué)原理

凡是高于絕對0度的物體均可以有紅外輻射，霍爾茲-波茲曼發(fā)現(xiàn)紅外線輻射與體溫之間的重要聯(lián)系。物體表層的紅外輻射和物體表面的輻射率與絕對0度呈現(xiàn)正比態(tài)勢。人體的輻射率近乎百分之一，與黑體近似，即約等于百分之百放射紅外線能量。于此就可通過人體表皮的紅外輻射畫出人體溫度的形象分布。紅外熱成像技術(shù)通過此原理可測量身體表層溫度。

2.2 紅外線成像技術(shù)的具體應(yīng)用

紅外熱技術(shù)的成像可以應(yīng)用于一些公共場合和重要系統(tǒng)的防盜和救援工作，紅外線防盜和搜救技術(shù)通過使用紅外熱像儀探索到人體移動目標(biāo)和災(zāi)難發(fā)生的現(xiàn)場的紅外線成像，之后便可以在紅外線成像系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)需要探索的人體的目標(biāo)。正因如此，紅外線熱技術(shù)的成像對人體所呈現(xiàn)的目標(biāo)可以檢測與識別是非常有價(jià)值的?？墒牵缛粼诎l(fā)生災(zāi)難的現(xiàn)場的比較緊急且復(fù)雜的環(huán)境里，目標(biāo)所呈現(xiàn)的人體就會因?yàn)楦惺艿藉e(cuò)綜環(huán)境與雜亂的電磁波影響而受到干擾。對比度也會隨之下降，所呈現(xiàn)的目標(biāo)反而會具有多樣化的形態(tài)。遮蔽現(xiàn)象或許也會出現(xiàn)，這樣就大大增添了檢測目標(biāo)的困難程度。

同時(shí)它還可以定位個(gè)人與分離出人體部分，且可以呈現(xiàn)多人跟蹤，通過人體之間的交互達(dá)到監(jiān)控。目前國內(nèi)也有許多科研單位致力于人體檢測跟蹤系統(tǒng)的開發(fā)研究，例如中科院自動化所近年研發(fā)的智能視覺監(jiān)控體系。此科研項(xiàng)目的目的則是給予計(jì)算機(jī)觀察動態(tài)視野中運(yùn)動行為所體現(xiàn)的視覺能力，讓監(jiān)控?cái)z像機(jī)進(jìn)一步智能化，可以實(shí)時(shí)分析并處理機(jī)體所獲取的相應(yīng)數(shù)據(jù)，從而達(dá)到對罪犯的跟蹤目的、獲取和異常行為檢測和報(bào)警等相關(guān)功能，在交通道路監(jiān)控、軍事現(xiàn)場監(jiān)控、國家重點(diǎn)安全部門監(jiān)控、部分敏感公共場合監(jiān)控以及高級社區(qū)安全監(jiān)控等。

3 結(jié)語

紅外熱技術(shù)的成像也被應(yīng)用于醫(yī)學(xué)，這種技術(shù)是無毒害、非入侵型的技術(shù)。是一項(xiàng)全方位性成像技術(shù)。紅外線熱技術(shù)的成像也可以用于用于家庭環(huán)境以及健康的檢測，它可以檢測出該環(huán)境內(nèi)的人物數(shù)量以及當(dāng)前的人體溫度，并根據(jù)不同時(shí)段人物的溫度來調(diào)節(jié)室內(nèi)空氣系統(tǒng)和風(fēng)速風(fēng)量以及角度，在未來家居環(huán)境的提升領(lǐng)域具有重要的意義。

［1］王江濤，楊靜宇.紅外圖像中人體實(shí)時(shí)檢測研究［J］.系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2007（19）.

［2］卓志敏.紅外成像目標(biāo)檢測與跟蹤技術(shù)研究［D］.哈爾濱工程大學(xué)，2007.

［3］王江濤，楊靜宇.紅外序列圖像中基于形狀的人體檢測［J］.紅外與毫米波學(xué)報(bào)，2007（06）.

牛力偉（1988—），男，黑龍江綏化人，碩士，開發(fā)工程師，研究方向：自動控制以及傳感器應(yīng)用。