作者/姜正財(cái)，浙江大華技術(shù)股份有限公司；周川，東方網(wǎng)力科技股份有限公司

1.紅外熱成像技術(shù)概述

紅外熱成像技術(shù)是一種被動(dòng)的紅外夜視技術(shù)，其原理是任何物體表面的溫度超過絕對(duì)零度時(shí)會(huì)輻射出不同的紅外線電磁信息，這些紅外線電磁信息載有物體的特征信息，通過這些信息可判別不同目標(biāo)物的熱分布場(chǎng)及溫度的高低。借助這一特性，利用紅外光電技術(shù)，熱成像攝像機(jī)通過測(cè)量目標(biāo)與背景或目標(biāo)各部分之間的輻射差異，將物體輻射的功率信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)過放大處理形成視頻圖像。通俗的講，熱成像攝像機(jī)的作用，是將物體發(fā)出的不可見紅外能量轉(zhuǎn)變?yōu)槿搜劭勺R(shí)別的熱圖像的過程。

與傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)類似，紅外熱成像系統(tǒng)主要由光學(xué)鏡頭、紅外探測(cè)器、信號(hào)處理系統(tǒng)、電源組件、防護(hù)罩等構(gòu)成。

光學(xué)系統(tǒng)在接收被測(cè)目標(biāo)的紅外輻射后，經(jīng)光譜濾波將能量分布圖反映到紅外探測(cè)器陣列的各光敏元上，通過探測(cè)器把紅外輻射轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，再進(jìn)行信號(hào)的放大，最后通過A/D轉(zhuǎn)換，送入微處理器進(jìn)行視頻圖像的處理。

由于被測(cè)目標(biāo)各部分的紅外輻射的熱像分布信號(hào)比較微弱，因此需要進(jìn)行實(shí)際校正與偽彩色描繪、對(duì)比度與圖像亮度的控制等處理，之后再送到視頻信號(hào)形成部分進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換形成標(biāo)準(zhǔn)的視頻信號(hào)，最后通過監(jiān)視器顯示出被測(cè)物的紅外熱像圖。

2.紅外線熱成像技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

2.1 紅外線熱成像技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

紅外熱成像技術(shù)利用目標(biāo)物自身發(fā)射的熱輻射成像，從根本上解決了夜間的成像探測(cè)和觀察問題。與傳統(tǒng)可見光監(jiān)控技術(shù)相比，紅外熱成像技術(shù)具備三大功能優(yōu)勢(shì)：一是將人眼的觀察范圍擴(kuò)展到紅外光譜區(qū)；二是極大提高系統(tǒng)觀察的靈敏度；三是獲得客觀世界與熱運(yùn)動(dòng)相關(guān)的信息。

此外，紅外熱成像技術(shù)還具備以下優(yōu)點(diǎn)：

2.1.1 隱蔽性好

紅外線熱成像技術(shù)是一種對(duì)目標(biāo)進(jìn)行非接觸式的檢測(cè)和識(shí)別，其隱蔽性好，不容易被發(fā)現(xiàn)，可最大限度的保障操作者的安全。

2.1.2 精準(zhǔn)度高

應(yīng)用紅外線熱成像技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)距離熱目標(biāo)的精準(zhǔn)跟蹤，并且可同時(shí)對(duì)多個(gè)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤，實(shí)現(xiàn)跟蹤效率的提升。

2.1.3 穩(wěn)定性強(qiáng)

紅外線熱成像技術(shù)通過對(duì)熱紅外輻射來成像，不易受到電磁干擾，可實(shí)現(xiàn)在完全無光的環(huán)境下進(jìn)行監(jiān)控，抑或是在雨、雪、大風(fēng)、大霧等惡劣天氣環(huán)境下，仍然能夠清晰地實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)目標(biāo)的捕捉和跟蹤。

2.2 紅外線熱成像技術(shù)的缺點(diǎn)

2.2.1 無法透過透明障礙物看清楚目標(biāo)

溫差是紅外線熱成像儀成像的主要因素，而當(dāng)紅外線經(jīng)過像窗戶玻璃這種透明的障礙物時(shí)，紅外線熱成像儀就很難檢測(cè)到物體表面的溫差差異，從而導(dǎo)致很難在這種情況下看清楚目標(biāo)物。因此，在使用紅外線熱成像儀的過程中一定要注意透明障礙物對(duì)紅外線熱成像儀的影響。

2.2.2 圖像對(duì)比度較低，細(xì)節(jié)分辨能力較差

由于紅外線熱成像儀是依靠溫差來實(shí)現(xiàn)成像的，在實(shí)際監(jiān)測(cè)過程中，監(jiān)測(cè)物目標(biāo)相近部分的溫度差別一般不會(huì)太大，從而導(dǎo)致了最終成像的圖像的對(duì)比度較低，細(xì)節(jié)分辨方面有所欠缺。

3.紅外線熱成像技術(shù)在智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

紅外線熱成像技術(shù)，憑借其獨(dú)有的成像原理和出色的性能表現(xiàn)，給智能視頻監(jiān)控應(yīng)用領(lǐng)域留下了廣泛的應(yīng)用空間，包括但不限于以下幾個(gè)方面：

3.1 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、大范圍的火災(zāi)監(jiān)測(cè)預(yù)警

傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控技術(shù)，受制于本身技術(shù)的限制，無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、大范圍的火災(zāi)監(jiān)測(cè)預(yù)警需求。尤其對(duì)于部分特殊行業(yè)，比如在森林防火領(lǐng)域，傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，無法滿足其防火監(jiān)測(cè)預(yù)警的需求，加上觀測(cè)距離近，誤報(bào)率高，易受雨雪大霧天氣環(huán)境因素影響等，給森林防火工作帶來極大的挑戰(zhàn)。

紅外熱成像技術(shù)在智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的成功應(yīng)用，給遠(yuǎn)距離、大范圍的火災(zāi)監(jiān)測(cè)預(yù)警需求帶來了良好的技術(shù)手段。通過配置熱成像長(zhǎng)焦鏡頭，可實(shí)現(xiàn)超遠(yuǎn)距離的目標(biāo)探測(cè)，比如實(shí)現(xiàn)對(duì)7～8km乃至十幾公里距離的火災(zāi)探測(cè)、目標(biāo)物探測(cè)等。

通過紅外熱成像技術(shù)的實(shí)現(xiàn)原理我們知道，紅外熱成像可敏銳地捕捉到圖像畫面中目標(biāo)物的溫度變化情況，因此，對(duì)于遠(yuǎn)距離、大范圍的智能化場(chǎng)景監(jiān)控，比如森林防火領(lǐng)域，一旦發(fā)生火災(zāi)，紅外熱成像系統(tǒng)可在第一時(shí)間進(jìn)行預(yù)警，以提醒指揮中心監(jiān)管人員注意，并啟動(dòng)相應(yīng)的應(yīng)急措施，防止大范圍火災(zāi)的發(fā)生。

3.2 構(gòu)建全天候智能化監(jiān)控系統(tǒng)

紅外熱成像智能監(jiān)控系統(tǒng)不受低照度、太陽光照的干擾，在風(fēng)、霜、雨、雪等惡劣天氣環(huán)境下，依然能夠準(zhǔn)確地反饋目標(biāo)場(chǎng)景，真正做到7×24小時(shí)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

通過與智能化算法的融合，紅外熱成像智能監(jiān)控系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)夜間無光照條件下的智能化應(yīng)用，比如周界防范，拌線入侵、區(qū)域入侵，物品遺留等智能應(yīng)用。根據(jù)熱成像系統(tǒng)成像的特點(diǎn)，其不受許多周邊環(huán)境外在干擾，可排除類似汽車燈光變化，手電筒光照影響等給傳統(tǒng)智能化視頻監(jiān)控應(yīng)用帶來許多誤報(bào)的因素，大大提升智能監(jiān)控系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可靠性。

3.3 有效監(jiān)測(cè)和發(fā)現(xiàn)電力系統(tǒng)運(yùn)行故障

在智能電網(wǎng)及變電站領(lǐng)域，電器設(shè)備的故障常常會(huì)以發(fā)熱的形式表現(xiàn)出來，因此在電力系統(tǒng)的智能視頻監(jiān)控應(yīng)用系統(tǒng)中，引入紅外熱成像在線測(cè)溫技術(shù)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程缺陷智能診斷，設(shè)備故障智能化預(yù)警，綜合保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

通過對(duì)關(guān)鍵電力設(shè)備熱像特點(diǎn)、熱成像檢測(cè)區(qū)域及缺陷性質(zhì)判定標(biāo)準(zhǔn)的研究，來綜合構(gòu)建電力設(shè)備狀態(tài)診斷標(biāo)準(zhǔn)，建立電力設(shè)備運(yùn)行故障診斷模型，同時(shí)，借助計(jì)算機(jī)視覺、視頻圖像處理與識(shí)別技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)電力設(shè)備自動(dòng)巡檢、關(guān)鍵區(qū)域精確測(cè)溫、趨勢(shì)分析和預(yù)警等，實(shí)現(xiàn)電力設(shè)備安全運(yùn)行狀態(tài)的先知先覺，保證關(guān)鍵電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

3.4 全面防護(hù)石化領(lǐng)域安全生產(chǎn)

石化領(lǐng)域安全生產(chǎn)過程中，潛伏著許多易燃、易爆危險(xiǎn)，各種傳送管道，隨著時(shí)間的推移，可能產(chǎn)生管壁腐蝕變薄、破損，管壁結(jié)垢堵塞，保溫層脫落等情況以及各種罐體、閥門的泄漏情況。

通過紅外熱成像智能監(jiān)控系統(tǒng)，能實(shí)時(shí)展現(xiàn)檢測(cè)管道、罐體、閥門等各處表面的溫度分布情況，即使發(fā)現(xiàn)異常的高溫、低溫區(qū)域，掌握管道、罐體等的損耗、裂縫和磨損情況，防止事故的發(fā)生和能耗的損失。

此外，利用紅外熱成像智能監(jiān)控系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)石化行業(yè)運(yùn)用的各種電氣設(shè)備和配電系統(tǒng)的工作狀態(tài)，有效預(yù)防由于電氣設(shè)備熱故障造成的電氣和消防隱患，避免事故發(fā)生。

3.5 助力疫情防控實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

在疫情防控領(lǐng)域，傳染性疾病的發(fā)生伴隨著人體體溫的升高，紅外熱成像技術(shù)主要是通過人體發(fā)出的紅外熱量輻射，來測(cè)定人體的體溫，通過體溫的測(cè)量，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)疑似患有傳染病的人員，從而采取相應(yīng)措施及時(shí)進(jìn)行深度檢查，防止大范圍疫情的傳播。

紅外熱成像智能監(jiān)控系統(tǒng)在疫情防控實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方面的深度應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)對(duì)多目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)快速遠(yuǎn)程精準(zhǔn)測(cè)溫，精準(zhǔn)定位超溫異常人員，具有非接觸、快速、大面積篩查、遠(yuǎn)距離安全隱蔽、方便、直觀等優(yōu)點(diǎn)，有著非常廣泛的市場(chǎng)應(yīng)用潛力。

3.6 實(shí)現(xiàn)全天候、立體化邊海防監(jiān)管應(yīng)用

隨著我國對(duì)外開放的進(jìn)一步深入，出入境人流量不斷上升，走私偷渡等犯罪活動(dòng)也日益猖獗，加上我國邊境線漫長(zhǎng)，邊境地理位置復(fù)雜，地形多變，給邊防管理部門的邊境管理工作帶來巨大挑戰(zhàn)。

邊海防智能化監(jiān)控系統(tǒng)，采用以現(xiàn)有的邊防哨所、軍事雷達(dá)、移動(dòng)監(jiān)測(cè)船等監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，結(jié)合海洋岸基超遠(yuǎn)距離紅外熱成像視頻監(jiān)控系統(tǒng)，岸基多點(diǎn)布控的可見光智能監(jiān)控系統(tǒng)，以及無人機(jī)熱成像智能監(jiān)控系統(tǒng)等，對(duì)邊境異常、非法越境、非法偵測(cè)、非法地理信息測(cè)繪、非法軍事建筑物搭建等涉及危害國家安全的可疑行為進(jìn)行綜合管控，構(gòu)建全天候、立體化的邊海防綜合監(jiān)管體系，全方位保障國家邊境安全。

4.結(jié)論

綜上所述，紅外熱成像技術(shù)性能優(yōu)越，應(yīng)用廣泛，有著巨大的發(fā)展空間和市場(chǎng)潛力。紅外熱成像技術(shù)在智能視頻監(jiān)控領(lǐng)域的深入應(yīng)用，可大大提升現(xiàn)有視頻監(jiān)控系統(tǒng)的智能化水平，拓寬傳統(tǒng)視頻監(jiān)控的行業(yè)智能化應(yīng)用方向，挖掘各行業(yè)細(xì)分領(lǐng)域中智能視頻監(jiān)控的深入應(yīng)用潛能，以滿足新時(shí)期下各行業(yè)的新發(fā)展、新需求，從而構(gòu)建更加全面的智能化監(jiān)控系統(tǒng)。

* [1]龍俊飛.紅外熱成像技術(shù)及其在智能視頻監(jiān)控中的應(yīng)用[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā),2015,(02)∶48，112.

* [2]朱青田.探討紅外熱成像技術(shù)在智能視頻監(jiān)控中的應(yīng)用[J].電子制作 ,2016,(17)∶34，36.

* [3]王海朋.紅外智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的研究[D].青島科技大學(xué),2014.