红外热成像

摘要红外热成像摄像机不仅可以实现真正意义上的24h全天候监 控，其在恶劣气候条件下优秀的监控能力、精准读取目标温度、超远 距离探测和超强识别隐蔽目标能力，为安防视频监控的应用领域打开 了全新的局面。红外热成像技术的原理近年来，国际、国内社会维稳形势严峻，安防市场快速发展，行业 内竞争日趋激烈，各大安防企业纷纷寻求新场景、新技术、新应用以 增强自身行业竞争力。传统可见光摄像机在超低照度、高清视频、智 能分析、透雾技术等方面已发展到了比较成熟的阶段，基于可见光监 控原理，传统可见光摄像机在恶劣气候（如大雾、雨雪等）、无光照还有 超远距离等使用环境下仍然无法满足部分特殊行业的需求。随着视频监控功能不断完善、应用领域的不断扩展，红外热成像 技术已成为各大安防企业争相发展的技术新宠儿。红外热成像摄像机 不仅可以实现真正意义上的24h全天候监控，其在恶劣气候条件下优 秀的监控能力、精准读取目标温度、超远距离探测和超强识别隐蔽目 标能力，为安防视频监控的应用领域打开了全新的局面。【原理】众所周知，自然界中所有温度高于绝对零度（-273.15的物体时时 刻刻向外辐射人眼不可视的红外线，物体温度越高，其分子或原子的 热运动越剧烈，红外辐射越强。红外热成像摄像机（又称热像仪）是通过 特殊材质的镜头和探测器，去捕获这种人眼不可视的红外辐射，再通 过光电转换、图像处理等，将红外辐射转化为人眼可视有温度分布差 异的图像。红外热成像摄像机成像原理红外热成像摄像机镜头材质为稀有金属错，可以无损通过2-15m 波长的红外光线，但可见光和紫外线无法穿透。虽然地壳中错的含量 并不少，但其分布极为分散且含错的矿石少，因此高浓度的错提取难 度较大，错镜头的材料成本、生产成本也很高。红外热成像摄像机探测器也与可见光监控的CCD、CMOS有着极 大的区别。根据其工作特性可分为制冷型和非制冷型，而使用制冷型 探测器的红外热成像装备不但体积大、成本高，而且消耗电力多，是 妨碍红外热成像装备长期连续工作的关键因素。美国军方在80年代就 开始支持热释电型非制冷焦平面探测器和氧化钒微型热敏电阻探测器 的研制，时至今日，红外热成像市场已形成氧化钒和多晶硅两大技术 主流，且市场占比以氧化钒居多。非制冷红外探测器/微测辐射热计作 为属于第三代的基于微机电系统MEMS技术的红外探测器，由于其体 积小、重量轻、功耗低、非制冷等优点，在安防领域具有非常广泛的 应用前景。红外热成像摄像机性能与探测器指标参数有直接关系，最主要的 有像元间距和探测器像素。像元间距，顾名思义就是像元之间的距 离，像元间距越小图像越细腻。试验室阶段已达到了 12呻，但市场主 流的探测器像元间距为25pm。另外，探测器像素越高，图像越清晰， 试验室阶段已达到1024*768，市场主流的最大像素为640*512。红外热成像摄像机的特点【特点】穿透能力强/探测距离远红外热成像摄像机采集的是中长红外光线，其波长范围是7.5pm 13.5 pm，而大气、云雾、烟尘会吸收可见光和近红外，对上述波长范 围的中长红外光线却是“透明”的。因此，传统可见光摄像机很难在云 雾密布的环境下拍摄清晰画面，而红外热成像摄像机却能有效穿透雾 霾、烟雾、粉尘等恶劣环境拍摄清晰画面，同时，其探测目标的距离 也较可见光监控更远，可达10km以上。识别隐藏目标红外热成像摄像机是被动接收目标自身发出的红外辐射，人体、车辆 的温度及红外辐射要高于草丛、灌木等，因此不易伪装，也很难产生 错误判断。而采取可见光的观察方式，由于野外环境的恶劣及人的视 觉错觉，很难发现目标或容易产生错误判断。因此，红外热成像摄像 机在识别伪装及隐藏目标方面的效果非常明显。可见光监控热成像监控温度检测根据斯特潘-玻尔兹曼定律，红外热成像摄像机将采集到的物体红 外辐射与已标定系统比对进行温度测量。测温型红外热成像摄像机采 用国际领先的探测器，结合超高性能的温度算法，可以精确读出点、 线、区域的最低温度、最高温度以及平均温度，同时自动检测、追踪 并标示检测场景中的温度最高点和最低点。袋测温面测温P昼夜可视相比传统可见光摄像机必须依靠自然或环境光照进行摄像监控，热 成像可适用于任何光照条件，依靠物体自身辐射的红外光线即可清晰 成像。不受强光影响，无论白天黑夜，热成像摄像机都可探测发现目 标，真正实现24h全天候监控。智能分析红外热成像摄像机能有机融合图像算法和温度算法，实现高精度的 智能分析功能，可有效区分人、车、动物等，可对各运动目标进行持 续跟踪，并支持绊线检测、区域入侵、物品移除、物品遗留等多种行 为检测。鲜雄我澜区域入侵相较于传统可见光摄像机，红外热成像摄像机具有穿透能力强、探 测距离远、可识别隐藏目标、温度检测及昼夜可视等优势，在安防监 控领域与可见光摄像机已形成不可或缺的优势互补关系。红外热成像 摄像机基于图像与温度算法，更是大大提高了报警准确率和安防系统 的运行效率，其在周界安防、机场安保、铁路沿线中稳步推广，前端 智能化已成为整个行业的未来和趋势。同时，众多安防厂家已推出多光谱图像融合产品，图像融合是20 世纪80年代提出的一个新概念，是数据融合中主要以图像为研究对象 的一个分支。其含义是指在同一时间，将同一景物的不同波段（色彩）或 来自不同传感器的两个或两个以上的图像结合形成一副合成图像，以 获取更多的目标信息的图像处理过程。图像融合最早就被广泛应用于 军事领域，而当前安防监控的工作环境相当复杂，单一传感器性能的 局限性，只可能给出环境的部分或某个侧面的信息，多传感器图像融 合技术可以对多源信息进行综合处理和利用，将多种先进的探测和信 息采集系统进行集成，使其相互补充，能充分发挥不同传感器在频率/ 空间/能量等方面优势的一体化探测，达到功能互补、资源共享、探测 和对抗性能提高、扩大信息量的目标。红外热成像摄像机的应用场景【应用场景】基于其独特优势，红外热成像摄像机在各个行业都有着广泛的应 用。譬如夜间无光照条件下的监控能力和准确识别隐藏目标，红外热 成像摄像机可应用于各种园区周界、边海防、大交通安保等。而对雾 霾、雨雪、烟尘等恶劣条件穿透能力强，其可应用在城市高空瞭望和消防，消防员既可以利用热成像摄像机快速搜救幸存者，还可以有针 对性扑灭火源，提升灭火效率;热成像摄像机在森林防火行业应用尤为 突出，其能大范围、远距离、准确检测火点并报警;在电力领域，热成 像摄像机可在线精确测温，并根据温度区间或温度趋势规则报警。除 此以外，红外热成像摄像机在油田、化工、煤矿等能源领域也有大量 应用。典型应用场景：在犊测温危鞍物酷监控海事管控【市场分析】根据某知名安防市场调研报告，至2019年全球红外热成像市场将达 到8亿美元，在此之前，该市场的复合增长率将达到惊人的14%，远 高于视频监控的复合增长率预期，尤以亚太地区的增长势头最猛。毫 无疑问，红外热成像技术蕴藏了巨大的市场需求，但是根据调研报 告，全球视频监控市场在2014年即达到约140亿美元，同期红外热成 像市场还不足其市场的2%，从数据分析可以看到，红外热成像技术还 远未得到安防市场的充分认可，市场应用前景可期。在中国乃至全 球，红外热成像产业面临的挑战都很相似，这需要相关企业共同解 决。首先，如何建立并加深客户对红外热成像技术的认知度，如何让 客户真正了解其相较于普通视频监控技术的优势。对此，很多厂商已 经在产品推广、客户培训方面加大投入。其次，原有红外厂商仅销售 红外热成像摄像机并不能让客户满意，必须推出基于红外热成像技术 的整体解决方案，在红外热成像摄像机中增加智能分析和功能，提高 红外热成像的系统效率，扩大应用范围，真正解决客户的痛点。【未来发展】随着MEMS技术的不断突破，红外探测器必然向着更小尺寸、更大 分辨率、更低功耗的趋势发展，热成像探测器成本的降低，使得红外 热成像技术在安防行业的广泛应用成为可能。而采用非制冷焦平面阵 列探测器的红外热成像摄像机未来必将大量应用于智能安防监控中， 并将在智能分析、多光谱图像融合等技术方面取得较大进展。未来 510年间，红外热成像技术将成为与可见光摄像技术相匹敌的热门产 业，二者优势互补，真正实现多光谱全天候视频监控，将安防视频监 控行业推向新的篇章。