红外热成像系统在航空领域的应用有哪些
红外热成像无损检测技术研究发展现状
红外热成像无损检测技术研究发展现状作者：魏嘉呈刘俊岩何林王扬何宇来源：《哈尔滨理工大学学报》2020年第02期摘要：紅外热成像无损检测技术是近年来发展较快的一种新型数字化无损检测技术，因为其具有便捷、高效、直观、探测面积大以及远距离非接触探测等优点广泛应用于航天航空、军事、电池、电力、电子、建筑、医疗、文物保护等诸多领域。
本文主要对红外热成像无损检测技术中卤素灯、超声波、激光、脉冲光等几种主要热激励方法的特点及研究现状进行了介绍与对比，同时也介绍了红外热成像无损检测图像序列处理技术申热信号重建理论、锁相法、相位法、主成分分析法、动态热层析法、相似光流法等处理方法的研究现状，最后展望了红外热成像无损检测技术的未来发展趋势。
关键词：无损检测;红外;热激励;热波成像DOI：10.15938/j.jhust.2020.02.009中图分类号：TGll5.28;TN219文献标志码：A文章编号：1007-2683（2020）02-0064-090 引言无损检测技术作为一种灵活、快捷的通用技术，已广泛应用于航天航空、军事、电池、电力、电子、建筑、医疗、文物保护等诸多领域。
红外热成像无损检测技术作为一门跨学科、跨应用领域的通用型实用技术，是对传统无损检测技术的有效替代和补充。
红外热成像无损检测技术（infrared thermogra-phy，IT），是一种基于红外辐射原理，通过扫描、记录或观察被探测表面温度变化，从而实现对被检测工件的表面及内部缺陷或结构进行分析的一种无损检测（nondestructive testing，NDT）方法。
红外热成像无损检测技术相比于射线、超声、涡流、渗透以及电磁等传统无损检测技术，具有测量速度快速、测量结果直观、探测面积大以及易于实现自动化等优点，是一种新型的数字化无损检测技术。
红外热成像无损检测技术根据是否依赖于外部热源激励可分为被动式红外热成像无损检测技术和主动式红外热成像无损检测技术。
红外热成像
摘要：近年来，随着红外热成像技术及计算机技术的发展，红外热成像无损检测与诊断技术应用越来越广泛，其应用领域之多是其它检测方法所无法比拟的。
因为红外热成像技术能直观迅速的捕捉监测对象表面大范围的温度场，而这些温度场体现了设备的运行状况和内部特征，通过这些特征的变化我们可方便、迅速的检测设备的故障和缺陷。
红外热成像无损检测技术是利用红外热成像原理来工作的。
它是由热成像技术、红外标定技术、图象处理技术和图象压缩与恢复技术等多项高技术的集成。
举个例子，就石油化工企业生产程序来说，对这个生产线所需要的仪器设备进行检测，首先是启动设备，之后在设备工作的时候就会散发出热量，每个仪器所散发出的热量是不一样的，在设备工作的时候，可以利用红外热成像仪器检测被测仪器的热量，这些热量会发射出辐射，在自然界中一切物体都会有电磁波辐射，之后根据辐射就会在红外热成像仪器上成像，根据成像的不同可以判断被测仪器的工作状态。
1、红外热成像无损检测技术的原理相位法红外无损检测利用调制激励源在被测物体内部产生周期热波，由于物体内部缺陷产生的反射受到入射波的干扰而在物体表面形成一个可被红外热像仪记录的波形，用红外热像仪采集多幅热图像，经过图像序列信号重构，得到被测物体表面温度变化信号，提取被测物体表面各点温度变化的相位图和幅值图，据此判定缺陷的存在和特征。
1.1红外无损检测系统的组成一个典型的红外无损检测系统由以下几部分组成：热激励系统、红外热成像系统、红外图像采集、处理和分析系统。
1.2 激励系统主动式红外无损检测系统必须要有一个热激励系统，用以造成被测材料内部稳态或瞬态不均匀温度场，使被测材料内部缺陷显示出来。
光源激励系统主要包括三部分，一是函数信号发生器;二是功率放大器;三是卤素光源。
1.3 红外图像采集系统红外图像采集系统主要指红外热像仪，它负责把物体自身的红外辐射变成人眼可识别的可见图像，即把物体表面的温度分布转换成图像，以直观、形象的热图像显示出来。
航空照相机的红外成像技术
航空照相机的红外成像技术随着科技的不断进步，航空照相机的红外成像技术正在逐渐成为无人机、飞机和卫星等航空设备中的重要组成部分。
红外成像技术通过检测物体散发的热能来获取图像，相较于可见光成像，它可以在夜间、低光照条件下进行成像，具有独特的优势。
本文将重点探讨航空照相机的红外成像技术的原理、应用以及未来发展趋势。
首先，我们来了解一下航空照相机红外成像技术的原理。
红外成像技术利用物体或场景辐射的热能来进行成像。
物体或场景散发的热能会被红外相机捕捉并转化为电信号，通过信号处理后生成热像图像。
仪器会将红外辐射能量转换成电信号，利用红外探测器进行提取，并通过信号处理、图像传输和图像显示等步骤来生成可见的红外图像。
在降低能效运营和提高作战效能方面，航空照相机的红外成像技术具有广泛的应用。
首先，它可以在夜间或低照度条件下获取高质量的图像。
传统的可见光成像技术在光照不足的情况下往往无法提供清晰的图像，而红外成像技术可以利用物体自身的热能发射进行成像，因此在夜间或低照度条件下也能获得清晰的图像。
这对于军事侦察、安全监控、搜救行动等领域非常重要。
其次，航空照相机的红外成像技术在火灾检测和监测中扮演着重要的角色。
红外成像技术可以快速地检测到发热源，并生成高分辨率的热像图像。
在火灾监测中，红外成像技术可以帮助人们准确地发现火源和隐患，进而采取及时有效的措施进行灭火和救援。
同时，在火灾后的监测和评估中，红外成像技术也可以帮助人们定位残留的热点，防止火势复燃。
此外，航空照相机的红外成像技术还被广泛应用于农业领域。
通过对农田和植物进行红外热成像，可以非常精确地评估植物的生长状况、病虫害情况和灌溉需求等。
这些信息可以帮助农民制定科学合理的农业管理方案，提高农作物的产量和质量。
红外成像技术的发展也带来了一些挑战和未来发展的潜力。
首先，红外成像技术的设备成本较高，限制了其大规模应用。
随着技术的进步和市场竞争的加剧，相信设备成本会逐渐下降，使得红外成像技术更加普及。
飞机复合材料红外热成像检测技术的研究
转 动到 指定 位 置 。设计 的运 行 模式 、设 定 模式 和 服务 模
式 之 间 可 灵 活 切 换 ，方 便 驾 驶 员 对 挖 掘 机 运 行 参 数 实 时
３ ． ２ Ｉ Ｅ Ｃ Ｕ 模 式 菜 单 设 计
和蜂 窝结 构 中分层 和积 水进行 检 测 ，并进 行 了一 定分 析 。
关 键 词 ： 复 合 材 料 ； 红 外 热 成 像 ； 无 损 检 测
中 图 分 类 号 ：Ｔ Ｐ ２ ９
文 献 标 识 码 ：Ａ ｄ ｏ ｉ ： ｌ Ｏ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ２ － ６ ６ ７ ３ ． ２ ０ １ ４ ． ０ ２ ． ０ ３ ４
［ ４ 】 廖建斌． 步进 电机式汽车仪表控制技术『 Ｊ ］ ． 汽车 电器 ， ２ ０ ０ ８ ， ６ ．
［ ５ 】 曹东杰 ， 韩峰 ， 任 云燕． 单 片 机 控 制 步 进 电 机 按 Ｓ形 曲线 升 降 频
（ ３ ） 服 务模 式 。进 入服 务模 式 后 ， 可 以通 过 服务 模 式
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｅ ｍａ ｔ ｅ ｉ ｒ ｌ ａ ｓ ；ｉ ｎ ｆ ｒ ａ ｒ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍａ ｌ ｉ ｍａ ｉｎ ｇ ｇ ；ｎ ｏ ｎ ｄ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｔ ｅ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ
０ 引 言
菜 单 界 面 选 择 相 应 选 项 ，包 括 车 辆 、 发 动 机 、 液 压 和 电
设计［ Ｊ ］ ． 弹箭与制导学报 ， ２ ０ ０ ６， ２ ． 【 ６ 】 李晓菲 ， 胡泓 ， 王 炜． 步进电机加减 速控制规律Ｉ Ｊ １ ． 机 电 产 品 开 发
红外热成像技术
。
环境监测
监测大气、土壤、水资源等环 境指标，助力环境保护和治理
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环境质量监测
利用红外热成像技术可以监测城市空气质量、工业污染等环境问题 ，帮助政府部门制定环境保护政策。
生态保护
红外热成像技术可以观察动植物体的温度分布，为生态保护域，红外热成像技 术可以用于火灾监测、救援和灭 火，提高安全保障水平。
交通安全
在交通安全领域，红外热成像技 术可以用于夜间和恶劣天气下的 道路监测，提高交通安全保障能 力。
未来红外热成像技术的发 展方向
提高图像质量
高分辨率
提高红外热成像的分辨率，使得能够更清晰地识 别目标细节。
灵敏度提升
增强红外探测器的灵敏度，提高对微弱热辐射的 检测能力。
动态范围扩展
增大红外热成像的动态范围，使其能够适应更广 泛的温度变化。
降低成本
1 2
批量生产
通过规模化生产，降低红外热成像设备的制造成 本。
红外热成像技术的应用领域
• 医疗领域：红外热成像技术在医疗领域的应用包括无创检测、疾病诊断、理疗 等。例如，通过红外热成像技术可以检测出肿瘤、炎症等病变部位的温度异常 ，为医生提供有价值的诊断信息。
• 工业领域：在工业领域，红外热成像技术可用于检测设备故障、评估产品质量 等。例如，对电力设备进行红外热成像检测，能够发现潜在的故障和隐患，提 高设备运行的安全性和稳定性。
材料成本降低
研发低成本、高性能的红外材料，降低设备采购 成本。
3
技术创新
持续推动红外热成像技术的创新与优化，降低维 护与升级成本。
发展新型应用领域
红外技术的发展及其在航空中的应用
红外技术的发展及其在航空中的应用红外技术的发展红外技术发展的先导是红外探测器的发展。
1800年：F·W·赫歇尔发现红外辐射时使用的是水银温度计，这是最原始的热敏型红外探测器。
1830年以后：相继研制出温差电偶的热敏探测器、测辐射热计等。
在1940年以前，研制成的红外探测器主要是热敏型探测器。
19世纪：科学家们使用热敏型红外探测器，认识了红外辐射的特性及其规律，证明了红外线与可见光具有相同的物理性质，遵守相同的规律。
它们都是电磁波之一，具有波动性，其传播速度都是光速、波长是它们的特征参数并可以测量。
20世纪初开始：测量了大量的有机物质和无机物质的吸收、发射和反射光谱，证明了红外技术在物质分析中的价值。
30年代：首次出现红外光谱代，以后，它发展成在物质分析中不可缺少的仪器。
40年代初：光电型红外探测器问世，以硫化铅红外探测器为代表的这类探测器，其性能优良、结构牢靠。
50年代：半导体物理学的迅速发展，使光电型红外探测器得到新的推动。
到60年初期：对于1～3、3～5和8～13微米三个重要的大气窗口都有了性能优良的红外探测器。
在同一时期内，固体物理、光学、电子学、精密机械和微型致冷器等方面的发展，使红外技术在军、民两用方面都得到了广泛的应用。
60年代中叶：60年代中叶起，红外探测器和系统的发展体现了红外技术的现状及发展方向。
1.在1～14微米范围内的探测器已从单元发展到多元，从多元发展到焦平面阵列。
2.红外探测器的工作波段从近红外扩展到远红外。
3.轻小型化。
非致冷、集成式、大面阵红外探测器方向发展。
4.红外探测系统从单波段向多波段发展。
在红外技术的发展中，需要特别指出的是：60年代激光的出现极大地影响了红外技术的发展，很多重要的激光器件都在红外波段，其相干性便于移用电子技术中的外差接收技术，使雷达和通信都可以在红外波段实现，并可获得更高的分辨率和更大的信息容量。
在此之前，红外技术仅仅能探测非相干红外辐射，外差接收技术用于红外探测，使探测性能比功率探测高好几个数量级。
热成像技术的研究进展
热成像技术的研究进展热成像技术是一种基于红外线热辐射的无损检测技术，可以快速、准确、非接触地获取被测对象的温度分布情况，被广泛应用于电力、建筑、航空、医疗等领域。
随着科技的不断发展，热成像技术也在不断升级与改善，本文将对其研究进展进行探讨。
一、单板棱镜热成像技术单板棱镜热成像技术是一种新型的热成像技术，它采用了捕获转换率极高的单板棱镜折射热成像模式，可实现更高的热灵敏度和分辨率。
该技术通过对传感器上的单板棱镜进行优化设计，实现了热成像模式与棱镜光学性能的高度兼容。
同时，较小的探测器面积也有助于提高传感器的速度和响应能力。
二、热成像技术在航空领域的应用热成像技术在航空领域的应用广泛。
航空器表面以及空间舱内的各种元器件都可能产生大量的热辐射，而这些热辐射的分布信息又与这些元器件的状态有着紧密的联系。
因此，用热成像技术检测这些元器件的状态，以判断它们是否正常运转，对于保障飞行安全至关重要。
此外，热成像技术还可以用于载人飞船的故障诊断、太阳能电池板故障的检测等领域。
三、与机器学习的结合近年来，人工智能技术的迅速发展使得机器学习算法在热成像技术中得到了越来越广泛的应用。
通过将机器学习算法与热成像数据的处理和分析相结合，可以实现更加精确的诊断和预测。
例如，在电力设备故障诊断方面，以前需要专业技术人员对热成像图像进行一一分析，而现在可以通过机器学习算法进行自动识别和分类，大大提高了效率和准确性。
四、热成像技术在医疗领域的应用热成像技术在医疗领域也有着广泛的应用。
它可以用于体温监测、疾病诊断、热锅诊断等方面。
例如，在乳腺癌筛查中，热成像技术可以显示出不同部位的温度分布差异，从而确定异常区域的位置并进一步进行诊断。
在口腔病理诊断中，热成像技术可以检测牙周炎、颈部淋巴结引起的口腔炎症、阻塞性睡眠呼吸暂停综合症等。
总之，随着科技的不断进步，热成像技术也在不断拓展应用领域和提高热灵敏度和分辨率。
它的出现为工业、医疗等领域提供了一种新的无损检测技术，为人类创造了更加美好的生活。
热成像监控带热安防市场各领域+热成像在机场安全中的作用
热成像监控带热安防市场各领域随着信息技术、网络通信、数字视频、多媒体技术及传感技术的快速发展，监控技术也由传统的模拟向数字、网络、高清、智能方向转变。
随着市场的需求的不断增加，现代高新技术应运而生。
红外技术也让监控实现了从昼到夜的24小时不间断工作。
在军队、消防、高铁等关乎国家安全的重点领域取得广泛应用的热成像技术，以最强隐蔽性、最强针对性着称的热成像仪已经开始"跳出"高端应用行业的“象牙塔”，进入许多安防领域。
摆脱光依赖实现监控"被动化"人们通过反射、折射等光学作用看清物体，一但光线过强或过暗则无法辨认清物体。
因此普通监控摄像机遇到逆光或夜晚就会出现监控盲区，无法"看"清或到被检测地点。
为了保证监控的稳定性及实时性，热成像技术通过物体自身产生的热量获取图像，从而摆脱了对可见光的依赖。
尽管热成像技术并不是一项新兴技术，但随着技术的不断成熟热成像技术已经可以应用于重点地段的周界防范。
据安讯士相关人员介绍，目前部分网络摄像机拥有日/夜转换模式，可以在光线极暗的环境下工作，但在某些情况下，仍会出现效率低、摄录到阴影等问题，而热成像视监控产品摆脱了普通光学摄像机监控过程中对可见光的依赖。
热成像网络摄像机利用物体辐射的热量成像，在所有监控环境下都可以"透视"到遮挡物后面的图像，以帮助用户侦测可疑行为，以便及时采取相应措施。
不畏惧恶劣天气表现依旧完美热成像网络摄像机在恶劣环境下依然有着完美表现，不仅可以在完全黑暗的环境下正常工作，在薄雾、雨雪和烟尘等苛刻的天气条件下也可保持良好运行。
此外，热感摄像机在强光或激光束下也不会失去监控能力。
利用这种技术，可以使人们在完全无光的夜晚、烟云密布的战场，清晰地观察到前方的情况，正是基于这个特点，红外热成像技术为安防监控领域提供了先进的夜视装备，并为安防监控工程装上了“全天候”的监视系统。
目前我国高铁、高速等地方都装上了热成像仪，从军事重地到高速高铁热成像技术实现了平民化的过渡。
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红外热成像系统在航空领域的应用有哪些
如今，红外热成像系统可用于武器、弹药、导弹和飞行器的研发中。
红外热成像系统所提供的信息便于研究人员使用热光谱描绘目标物体，从而用于目标识别，防御措施部署和多光谱伪装研究。
红外热成像系统在航空领域的应用有哪些?
1.跟踪
喷气式飞机热像仪系统通过提高低光照或雾霾条件下的可视度，弥补了视频追踪系统的不足，使跟踪系统能够发现目标，并持续更新目标的方位、范围和高度。
2.红外特性
直升飞机的热特性红外特性指的是目标的波长作用反应出来的表观红外亮度，它会在各种不同的距离和大气环境中让传感器获得物体的外观。
红外特性对于车辆、传感器和伪装系统的设计是非常有价值的工具。
3.技术监视和对抗措施
屋顶的秘密监控设备红外成像技术可用于识别秘密监控设备的热特性。
即便是隐藏在目标内部的设备也能在其释放红外能量的一瞬间被检测出来。
4.激光指示
短波红外线激光标识激光指示器会发射出一束激光能量，用于标记特定的地点或目标，通常用于精确制导武器。
近红外(NIR)热像仪能够检测到这些正常情况下无法看见的激光束，用于标识研究和目标确认。
5.无损检测技术
现代无损检测技术可以简单地分为两类：表面无损检测与近表面无损检测。
表面无损检测技术是一项用于检测产品表面缺陷的技术，如荧光渗透检测，它能有效定位存在于表面中的裂纹或其它类型的缺陷。
近表面无损检测技术则用于检测表面之下的缺陷。
包括超声检测和射线检测等方法。
①荧光渗透检测是一项应用于航空航天领域的常规表面无损检测技术。
FPI 通常做法是首先在工件表面涂上一层紫外光照射发光的涂料，接着对表面进行清洗，这样表面上任何多余的荧光剂都会被去除，而渗进表面缺陷里的则会被保存
下来。
然后再将工件放在紫外光下进行检测，观察是否有荧光剂发光。
如果有，则借此可以判断工件存在损伤。
②超声检测是航空航天里常用的一种近表面技术是。
UT也广泛应用于医药卫生领域，它的工作方式是把超声波对准待测的工件。
通常声波会穿过工件，但是当经过工件里的缺陷或者不同材料成分的界面时便会发生反射。
通过分析反射声波便可以获得材料内部的缺陷信息。
无损检测技术广泛地应用航空航天工业。
尽管破坏性试验是检测一个部件的组织结构和性能简单的方法，但这显然并不能适用于所有的情况。
对于一些大体积、低成本的部件，或许可以牺牲一部分来进行破坏性试验以获得试验结果，但是对于航空航天工业中使用的小体积、高成本的部件，这并不是一种可行之道。
根据英国无损检测协会，无损检测由于其在生长过程中不可替代的作用，而成为许多航空航天公司的必修课。
无人机红外热成像应用:
1.红外热成像无人机系统在公安侦查的应用
可全天候跟踪追查疑犯，尤其是大雾、黑暗等恶劣环境下，已成为公安干警手中利器。
2.红外热成像无人机系统在电力巡检的应用
高精度无人机红外巡检电力系统具有高安全性、运行成本低等明显优势。
3.红外热成像无人机系统在光伏电厂故障检测的应用
无人机红外巡检太阳能电池板，可大幅度减少由人员疲劳所致的检测遗漏，提高检测效率，降低维护成本。
4.红外热成像无人机系统在森林消防的应用
无人机红外监测森林消防可提前发现热点，预防火灾；火灾中可快速定位着火点，搜救浓烟中幸存人员。
5.红外热成像无人机系统在应急搜救的应用
无人机红外在应急搜救中可快速有效搜救，提高搜救效率和营救速度，确保受灾人员及时得救，避免伤亡。
6.红外热成像无人机系统在野生动物跟踪保护方面的应用
无人机红外可全天候（尤其夜间、大雾等恶劣环境）搜索跟踪林间动物，提高野生动物保护力度。
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