红外热成像技术应用与发展
红外热成像摄像机原理分析以及应用

红外热成像摄像机原理分析以及应用随着技术的进步,监控系统已经在各个领域得到了广泛的应用。
目前的视频监控系统主要采用可见光摄像机和人工监视、录像相结合的方式进行日常的安全防护,但由于可见光摄像机在恶劣天气或照度较低的条件下,很难滤除干扰得到有用的视频图像,因此使得整个安防系统在夜间或恶劣天气条件下的防范能力大打折扣。
同时,由于现在的视频监控系统仍然依托于人工监视,安保人员需要对监控画面进行24小时不间断的监视、人为对视频图像进行分析报警,否则系统就起不到实时报警的功能,而更多的只是事发后取证的作用。
从整体上来说,目前的视频监控系统还处于在半天时、半天候和半自动状态。
在伊拉克战争中,美军平均每个士兵拥有1.7台红外热像仪产品一项统计数据表明,世界上47%的暴力犯罪案件发生在晚6点到早6点之间。
原因很简单,在夜幕的笼罩下,犯罪分子容易隐蔽,犯罪场面也不容易被看见——黑暗掩盖了犯罪行为。
即使安装了一般的视频监控系统,也有可能让犯罪分子逃之夭夭。
因此,如何提高在“夜黑风高”的案件高发时间段的自动报警防范能力,成为安防系统当成亟待解决的难题之一。
在这种情况下,红外热成像技术以其作用距离远、穿透能力强、能识别隐蔽目标等优势被引入安防领域,成为监控领域的一份子。
热成像摄像机的监控原理在自然界中一切温度高于绝对零度(-273.16摄氏度)的物体都不断地辐射着红外线,这种现象称为热辐射。
红外线是一种人眼不可见的光波,无论白天黑夜,物体都会辐射红外线,但红外线不论强弱,人们都看不到。
热成像摄像机(又叫热像仪)就是利用红外探测器、光学成像物镜接收被测目标的红外辐射信号,经过红外光学系统红外探测器的光敏源上利用电子扫描电路对被测物的红外热像进行扫描转换成电信号,经放大处理、转换或标准视频信号通过电视屏或监测器显示红外热图像。
利用这种原理制成的仪器为热成像摄像机。
它通过探测微小的温度差别,将温度差异转换成实时的视频图像,显示在监视器上。
红外热成像仪在军事中的应用

红外热成像仪在军事中的应用我们人眼能够感受到的可见光波长为:0.38—0.78微米。
通常我们将比0.78微米长的电磁波,称为红外线。
自然界中,一切物体都会辐射红外线,因此利用探测器测定目标本身和背景之间的红外线差,可以得到不同的红外图像,称为热图像。
自然界所有温度在绝对零度(-273℃)以上的物体都会发出红外线,红外线(或称热辐射)是自然界中存在最为广泛的辐射。
大气、烟云等吸收可见光和近红外线,但是对3~5微米和8~14微米的红外线却是透明的。
因此,这两个波段被称为红外线的“大气窗口”。
我们利用这两个窗口,可以在完全无光的夜晚,或是在烟云密布的恶劣环境,能够清晰地观察到前方的情况。
正是由于这个特点,红外热成像技术可用在安全防范的夜间监视和森林防火监控系统中。
同一目标的热图像和可见光图像是不同,它不是人眼所能看到的可见光图像,而是目标表面温度分布图像,或者说,红外热图像是人眼不能直接看到目标的表面温度分布,变成人眼可以看到的代表目标表面温度分布的热图像。
用红外热成像技术,探测目标物体的红外辐射,并通过光电转换、信号处理等手段,将目标物体的温度分布图像转换成视频图像的设备,我们称为红外热成像仪。
随着光电信息、微电子、网络通信、数字视频、多媒体技术及传感技术的发展,安防监控技术已由传统的模拟走向高度集成的数字化、智能化、网络化。
随着军用的需求的增加,现代高新技术几乎在军队系统中都有应用或即将应用。
现代传感技术中发展迅速的红外热成像技术在军内系统中也开始得到了应用。
红外热成像我们人眼能够感受到的可见光波长为:0.38—0.78微米。
通常我们将比0.78微米长的电磁波,称为红外线。
自然界中,一切物体都会辐射红外线,因此利用探测器测定目标本身和背景之间的红外线差,可以得到不同的红外图像,称为热图像。
同一目标的热图像和可见光图像是不同,它不是人眼所能看到的可见光图像,而是目标表面温度分布图像,或者说,红外热图像是人眼不能直接看到目标的表面温度分布,变成人眼可以看到的代表目标表面温度分布的热图像。
植物红外热成像

植物红外热成像全文共四篇示例,供读者参考第一篇示例:植物红外热成像技术是一种通过红外热像仪捕捉植物热量辐射的方法,以观察植物生理和生态状况的一种现代科技手段。
这项技术能够帮助人们更好地了解植物的健康状况,提高植物病虫害的监测和预警能力,对植物科研、农业生产、环境保护等领域具有重要意义。
植物红外热成像技术的原理是基于植物体表温度的变化。
植物细胞通过光合作用吸收阳光能量,将能量转化为化学能,并转化为热能散发出来。
而植物体表温度的变化反映了其整体的生理状态,如水分状态、营养状况、病虫害侵染等。
红外热成像技术通过记录并分析植物辐射出的红外光谱,能够实时监测植物表面的温度分布情况,进而推断植物的生理情况并及时采取措施。
植物红外热成像技术在实际应用中有着广泛的应用价值。
这种技术可以用于病虫害的检测和监测。
病虫害会导致植物受损,进而影响植物的正常生长和发育。
通过红外热成像技术可以及时发现植物被感染的部位,从而加以防治,减少病虫害对农作物的危害。
植物红外热成像技术还可以用于监测植物的水分状态。
植物缺水会导致其体表温度升高,而过度浇水则会导致体表温度下降,通过红外热成像技术可以及时监测植物的水分状态,帮助合理调节植物的灌溉量。
植物红外热成像技术是一种非常有前景和应用价值的技术手段。
通过对植物的红外热成像分析,可以更准确地了解植物的生理状况,实现植物的精细化管理,提高农业生产效率,保护环境资源,推动农业现代化和可持续发展。
未来,随着科技的不断发展,植物红外热成像技术将得到更广泛的应用和推广,为人类生活带来更多的便利和益处。
第二篇示例:植物红外热成像是一种利用红外相机技术观测植物体表面温度分布的方法。
随着红外成像技术的不断发展,该技术在植物学领域的应用也逐渐广泛起来。
通过植物红外热成像,我们可以更准确地了解植物的生长状况、生理活动和受到的应激情况,为植物病虫害早期检测、生长环境优化等提供了新的思路和方法。
植物红外热成像技术的原理是利用植物体表面发出的红外辐射来获取植物体表面的温度分布情况。
热成像技术的应用及原理

热成像技术的应用及原理1. 什么是热成像技术?说到热成像技术,首先得搞清楚这玩意儿到底是什么。
简单来说,热成像技术就是利用特殊的相机来“看”温度。
听起来是不是有点像科幻电影里那种超酷的设备?其实,它的原理也不复杂,靠的是探测物体发出的红外辐射。
每个物体,不管是热乎乎的咖啡还是冰凉的雪人,都在不断地释放热量。
这些热量在红外光谱中显示出来,咱们的热成像相机就能把这些看不见的热量变成一幅幅色彩斑斓的图像。
没错,就是像画画一样,把温度用颜色来表示。
2. 热成像技术的原理2.1 如何工作?热成像的工作原理其实就像是在夜晚用耳朵听声音一样。
你听不到的声音,它能帮你捕捉到;而热成像则是“听”到温度的变化。
相机里的传感器能感知到这些热辐射,并把它们转化成图像。
这些图像上的颜色会根据温度的高低有所不同,红色和黄色代表热,蓝色和绿色则是冷。
就像冬天在外面冻得瑟瑟发抖,看到一个温暖的火炉,瞬间就能感受到那种热的诱惑,对吧?2.2 应用场景说到热成像技术的应用,那真是五花八门。
最常见的莫过于在建筑领域了。
你想啊,家里如果有热量泄露,怎么找都找不到,简直就像大海捞针。
热成像相机就像个超级侦探,能迅速找到哪里漏风,帮你省下不少空调费。
再比如,在医疗领域,热成像可以用于检测炎症和血液循环问题。
医生只需看一眼图像,就能对患者的健康状况有个大致的了解,简直就是现代医学的福音。
3. 热成像技术的实际应用3.1 安防监控再说说安防监控,这也是热成像技术的一块“肥肉”。
在黑乎乎的夜晚,普通监控摄像头就像瞎子一样。
而热成像相机却能轻松捕捉到潜藏在黑暗中的一切,不管是小偷还是猫咪。
你看,这种“夜视能力”是不是就像超级英雄一样?有了它,家里再也不用担心“夜间访客”了。
3.2 农业与工业另外,在农业和工业领域,热成像技术也不甘示弱。
在农业里,农民朋友们可以利用它监测土壤温度,判断作物的健康状况。
这可比摸摸叶子简单多了,直接就能看到哪块地热量高,哪块地需要浇水。
红外热像仪在军事领域会发挥哪些作用,有什么影响

红外热像仪在军事领域会发挥哪些作用,有什么影响通常一般的夜视器材都是利用目标的反射光线成像的。
然而仪与它们不同,无须主动携带红外光源,而是靠接收目标自身的红外辐射(一切物体,只要其温度高于零度,就会有红外辐射)来工作的。
红外热像仪显示的图像反映了目标与周围环境之间热辐射(温度)的差异,亦即利用热对比度成像,那么红外热像仪在军事领域具体有哪些作用呢?具体有哪些影响呢?下面笔者具体为您说明。
红外热像仪可用于战术与战略侦察、武器的瞄准和制导、各种战斗、运输车辆的夜间驾驶,并可供应飞机在黑暗中的起飞、着陆等,并性能更为优越,是一种较为理想的夜视器材,主要应用形态有:观察仪、手持观察仪、夜视眼镜、武器瞄准具、车辆驾驶仪、装甲战车潜望式驾驶仪、装甲战车瞄准具、潜艇潜望镜、飞机前视红外系统等。
1.在陆军上的应用:可供步兵在夜间进行观察、瞄准、监视、巡逻、港口及边境警戒等方面,同时可以供坦克和装甲战车驾驶员进行夜间驾驶、车长夜间巡逻和识别目标、炮长夜间瞄准和射击,可配备于导弹系统在夜间探测、识别和跟踪发射,可供炮兵进行火炮、迫击炮的夜间瞄准与发射,可于各种火控系统配套,在夜间进行搜索、跟踪、瞄准和射击。
2.在海军上的应用:可供舰艇在夜间对目标进行探测、识别、瞄准和射击,可供巡逻舰和潜艇进行夜间观察、搜索和警戒,可在夜间进行超低空和中空探测,以便及时发现来袭的飞机与导弹,可供海军陆战队在夜间探测目标、识别地形、进行观察和空中封锁,可装在海军飞机和直升机上在夜间探测水面上的舰船和装有通气孔的潜艇。
3.在空军上的应用:可用于轰炸机、攻击机、侦察机的导航、着陆与营救,可供各种飞机和直升机在夜间进行搜索、空中监视、海上监视、救援、测绘、边境巡逻和冰层侦察,可供侦察机、无人驾驶机、巡航导弹等在夜间进行航空侦察与空中摄影。
此外,还可以装在侦察卫星上对地面作大面积的监视、侦察以及实施战略预警。
4.军用热成像仪的分类和性能:八十年代在部队中服役的热成像仪器多数型号是采用一代技术,其特点是探测器的数量少于图像中的像元数量,并且采用光机扫描装置。
清科热像红外成像技术

清科热像红外成像技术全文共四篇示例,供读者参考第一篇示例:近年来,随着科技的发展和进步,热像红外成像技术在各个领域的应用越来越广泛。
清科热像红外成像技术是一种高端的热成像技术,在安防、工业、医疗、军事等领域都有着重要的应用价值,深受用户青睐。
清科热像红外成像技术是指利用红外辐射技术来获取目标物体的红外图像,从而实现对目标物体的监测、检测和识别。
这种技术可以通过探测目标物体的不同热量来显示出目标物体的轮廓和特征,对于一些肉眼无法看到的目标物体有着很好的辨识能力。
清科热像红外成像技术采用了高清晰度的红外传感器,能够在不同的环境下准确地捕捉目标物体的热量分布情况,为用户提供准确的图像信息。
在安防领域,清科热像红外成像技术被广泛应用于监控系统中。
通过设置红外监控摄像头,可以实时监测目标物体的热量分布情况,对于夜间和恶劣天气下的监控有着很好的效果。
清科热像红外成像技术还可以实现对目标物体的自动识别和跟踪,为安防人员提供了强大的帮助。
在工业领域,清科热像红外成像技术被广泛应用于设备检测和维护中。
通过对设备进行热成像检测,可以发现设备运行中的潜在问题,并及时采取措施进行修理。
清科热像红外成像技术可以帮助企业提高设备的使用效率和延长设备的使用寿命,对于生产线的安全和稳定有着重要的意义。
在医疗领域,清科热像红外成像技术被广泛应用于疾病的诊断和治疗。
通过热成像技术可以发现人体内部的异常热量分布情况,帮助医生诊断各种疾病。
清科热像红外成像技术还可以用于手术中的辅助,提高手术的准确性和安全性,为患者带来更好的医疗体验。
清科热像红外成像技术是一种先进的热成像技术,在各个领域都有着广泛的应用前景。
随着科技的不断进步和研发的深入,清科热像红外成像技术将会为人们的生活和工作带来更多的便利和效益。
我们可以期待清科热像红外成像技术在未来的发展中发挥越来越重要的作用,为社会的发展做出更大的贡献。
第二篇示例:清科热像红外成像技术是一种利用红外辐射来获取物体表面温度信息并将其转化为可视图像的技术。
基于红外热成像技术在建筑地下工程漏水检测中的应用
基于红外热成像技术在建筑地下工程漏水检测中的应用摘要:红外热成像技术已被广泛应用于建筑行业中的漏水检测和检测。
本文将重点介绍基于红外热成像技术在建筑地下工程漏水检测中的应用。
首先,介绍了漏水检测的必要性和传统的漏水检测方法。
然后,详细阐述了红外热成像技术的原理和应用,以及它在建筑地下工程漏水检测中的优势和限制。
最后,结合实际案例,对红外热成像技术在建筑地下工程漏水检测中的应用进行了检测。
关键词:红外热成像技术;漏水检测;建筑地下工程;应用0引言建筑工程中的漏水问题是一个普遍存在的问题,尤其是在地下工程中更为突出。
漏水问题如果不及时发现和处理,不仅会影响建筑物的使用寿命,而且会对建筑物的安全造成威胁。
因此,及时准确地检测漏水问题是非常必要的。
传统的漏水检测方法主要依靠目视或听觉检测,这种方法需要检测人员有丰富的经验和专业知识,同时也容易漏检或误判。
因此,需要一种更为准确、高效的检测方法来解决这个问题。
近年来,随着红外热成像技术的发展,它已经被广泛应用于建筑行业中的漏水检测和检测。
红外热成像技术具有非接触式、实时、高效、准确、可视化等优点,能够在建筑地下工程漏水检测中发挥重要作用。
本文将详细介绍基于红外热成像技术在建筑地下工程漏水检测中的应用。
1漏水检测的必要性和传统的漏水检测方法1.1漏水检测的必要性建筑工程中的漏水问题会给建筑物带来很多损失,例如,会造成地下室积水、湿气、霉变、漏电等问题,同时也会导致建筑物的结构受损。
如果不及时发现和处理漏水问题,不仅会影响建筑物的使用寿命,而且还会对建筑物的安全造成威胁。
因此,及时准确地检测漏水问题是非常必要的。
漏水检测可以通过各种技术手段实现,其中红外热成像技术是一种常用的方法。
1.2传统的漏水检测方法传统的漏水检测方法主要依靠目视或听觉检测,这种方法需要检测人员有丰富的经验和专业知识,同时也容易漏检或误判。
例如,检测人员可以通过观察建筑物的墙壁、天花板、地面等部位的变化情况来判断是否存在漏水问题,或者通过听水声、闻水味等方法来判断是否存在漏水问题。
红外线热像仪使用培训
1997年 世界上第一台非制冷、长波,焦平面热像仪 (THV570) 誕生 (AGEMA)。是红外技术领域一次革命性 转变, 将世界红外检测技术推向一个崭新的阶段。
启动速度由原来 5分钟 降到 45秒
第一代探测器
2000年, 世界上第一台全自动的、集红外和可见光 图像为一体的、第三代非制冷、长波、焦平面的红 外热成像仪 Therma CAM PM695 (FLIR)。
新功能!
仪器镜头和高温率片内置并自动校准,更换时不用拆卸原有 镜头,仪器自动识别
80度 45度 24度 (标准) 12度 7度 显微镜头
自動選擇測溫範圍和色板,並有較寬的測溫段選擇
(-40 °~ +120 °; -10~55; 0 ~ +500 °; up to +1500 or+2000°)
全自動對焦
1958年 AGA 第一台純軍事用途的紅外線熱成 像儀诞生 (AGA/Bofors).
60年代初, 世界上第一台用於工業檢測領域的紅外線 熱成像儀(THV651)誕生(AGA),尽管体积庞大而笨重,但 很快作为一种检测工具在各种应用中找到了它的位置,特 别是在电力维修保养中体现了它的重要价值,首次用于动 力线检测。
红外线(红外辐射)
红外线是一种电磁波(是肉眼看不见的)。 波长在0.75µm ~ 1000µm之间。
近红外线 -- 0.75µm ~ 3µm; 中红外线 -- 3µm ~ 6µm; 远红外线 -- 6µm ~ 15µm; 极远红外线 -- 15µm ~ 1000µm。
自然界任何物体只要温度高于绝对零度 (-273.16 C˚)就会产生电磁波(辐射能)。
在極佳的動態效果下(50禎/每秒 ),具有相当 高的热灵敏度(0.08˚C)。
简述红外技术的原理和应用
简述红外技术的原理和应用前言红外技术是一种能够感应并利用红外线的技术,它在各个领域有着广泛的应用。
本文将简要介绍红外技术的原理和一些常见的应用。
红外技术的原理红外技术是基于红外线的感应和利用原理而开发出来的。
红外线是位于电磁波谱中红外辐射区域的一种辐射波长范围,波长范围从780纳米到1毫米之间。
红外线在人眼无法直接可见,但可以通过红外感应器和红外相机进行检测和观测。
红外线的感应原理是基于物体辐射出的红外线与物体本身的热量相关。
每个物体都会放出一定数量的红外线,且红外线的强度随物体温度的变化而改变。
红外感应器和红外相机可以感应到这些红外线,从而实现对物体的检测和观测。
红外技术的应用红外技术在许多领域有着广泛的应用,下面将介绍其中一些常见的应用。
1. 安防领域•红外技术在安防领域中的应用非常广泛。
红外感应器可以监测到人体的热量,通过安装在室内和室外的红外感应器,可以实现对入侵者的检测和报警。
•红外相机可以实时监测某个区域或者建筑物的红外辐射,通过图像处理和分析,可以实现对异常情况的监测和预警。
2. 消费电子领域•红外技术在消费电子领域中也有着广泛的应用。
例如,智能手机中的红外发射器可以作为遥控器使用,用于控制电视、空调等家电设备。
•一些智能家居设备也利用红外技术实现对电器设备的远程控制,提供更便捷的生活方式。
3. 医疗领域•红外技术在医疗领域中也有着重要的应用。
红外热成像技术可以实时地获取人体表面的温度分布,通过图像处理和分析,可以快速准确地检测到患者的体温异常和疾病症状。
•红外线还可以用于生命体征监测,如心率、呼吸等,便于医务人员对患者进行监测和诊断。
4. 工业检测领域•红外技术在工业检测领域中也有着广泛的应用。
红外线可以穿透一些透明或半透明材料,如玻璃和塑料,在无需接触的情况下实现对物体的检测和测量。
•工业领域中的红外热成像技术可以帮助工程师在机器设备运行时,及时发现设备温度异常,提前进行维护和修理,避免设备故障和生产线的停机。
红外线的三个特点及应用
红外线的三个特点及应用红外线是一种波长较长的电磁辐射,它具有以下三个特点:1. 透过性强:红外线在大气中的透过性极好。
红外线能够穿透一些可见光无法穿透的物体,比如烟雾、雾霾和夜晚的黑暗等。
这使得红外线在野外勘探、夜视和防范安全等方面有着广泛的应用。
2. 热辐射:红外线是物体热辐射的产物,物体的温度越高,产生的红外线辐射就越强。
由于红外线与物体的热能直接相关,因此可以通过检测红外线来测量物体的温度。
这一特点广泛应用于红外测温、红外医学影像和工业控制等领域。
3. 无害性:红外线对人体无害。
与其他很多电磁波相比,红外线的能量较低,无法对人体组织产生损伤。
这使得红外线在医疗、军事和安全监测等领域得以广泛应用。
基于以上特点,红外线在各个领域有着广泛的应用:1. 无人侦察:红外线可穿透一些障碍物,如烟雾、雨雪等,在天候恶劣的环境下也能提供清晰的图像。
因此,红外线技术可用于无人机和卫星等无人侦察系统,用于监测和侦察敌方军队的活动,提供情报支持。
2. 医学影像:由于红外光能够渗透到人体组织中,且对人体无害,因此可以应用于医学影像。
红外线热成像技术可以用于检测人体组织的温度分布,便于发现早期的癌症、皮肤疾病等病变。
3. 安全监测:红外线在安全监测领域得到广泛应用。
例如,红外线传感器可以用于监测人体的活动,用于警报系统或入侵报警系统。
此外,红外线摄像机可以用于监测建筑物周围的动态,便于发现任何可疑活动。
4. 热成像:红外线热成像技术可用于检测热量分布,广泛应用于工业控制和设备维护等领域。
通过检测设备表面的温度,可以判断设备是否正常运行或存在故障。
5. 消防监测:红外线技术可以应用于消防监测。
红外线烟雾探测器可以通过检测烟雾中的红外辐射来识别火灾,并及时发出警报,提高火灾的发现速度,保障人们的安全。
6. 红外吸收谱学:红外吸收谱学是一种用于分析化学物质的方法。
每种物质对红外光的吸收谱是独特的,可以作为确定化学物质组成的手段,广泛应用于药品质量控制、环境监测和食品安全等领域。
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红外热成像摄象机在智能视频监控中的应用与发展一、引言1672年,牛顿使用分光棱镜把太阳光(白光)分解为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等各色单色光,证实了太阳光(白光)是由各种颜色的光复合而成。
1800年,英国物理学家 F. W. 赫胥尔从热的观点来研究各种色光时,偶然发现放在光带红光外的一支温度计,比其他色光温度的指示数值高。
经过反复试验,这个所谓热量最多的高温区,总是位于光带最边缘处红光的外面。
于是他宣布:太阳发出的辐射中除可见光线外,还有一种人眼看不见的“热线”,这种看不见的“热线”位于红色光外侧,叫做红外线。
这种红外线,又称红外辐射,是指波长为0.78~1000μm的电磁波。
其中波长为0.78 ~1.5μm 的部分称为近红外,波长为1.5 ~10μm的部分称为中红外,波长为10~1000μm的部分称为远红外线。
而波长为2.0 ~1000μm的部分,也称为热红外线。
红外线辐射是自然界存在的一种最为广泛的电磁波辐射,它在电磁波连续频谱中的位置是处于无线电波与可见光之间的区域。
这种红外线辐射是,基于任何物体在常规环境下都会产生自身的分子和原子无规则的运动,并不停地辐射出热红外能量。
分子和原子的运动愈剧烈,辐射的能量愈大;反之,辐射的能量愈小。
在自然界中,一切物体都会辐射红外线,因此利用探测器测定目标本身和背景之间的红外线差,可以得到不同的红外图像,称为热图像。
同一目标的热图像和可见光图像不同,它不是人眼所能看到的可见光图像,而是目标表面温度分布的图像。
或者可以说,它是人眼不能直接看到目标的表面温度分布,而是变成人眼可以看到的代表目标表面温度分布的热图像。
运用这一方法,便能实现对目标进行远距离热状态图像成像和测温,并可进行智能分析判断。
众所周知,海湾战争已成为展示高科技武器使用先进技术的平台。
在这些新科技中,红外热成像技术就是其中最为闪亮的高科技技术之一。
红外热成像技术(Infrared thermal imaging technology)是利用各种探测器来接收物体发出的红外辐射,再进行光电信息处理,最后以数字、信号、图像等方式显示出来,并加以利用的探知、观察和研究各种物体的一门综合性技术。
它涉及光学系统设计、器件物理、材料制备、微机械加工、信号处理与显示、封装与组装等一系列专门技术。
该技术除主要应用在黑夜或浓厚幕云雾中探测对方的目标,探测伪装的目标和高速运动的目标等军事应用外,还可广泛应用于工业、农业、医疗、消防、考古、交通、地质、公安侦察等民用领域。
如果将这种技术大量地应用到安防监控领域中,将会引起安防监控领域的变革。
智能视频监控技术是计算机视觉和模式识别技术在视频监控领域的应用,它能对视频图像中的目标进行自动地监测、识别、跟踪和分析,从而为用户提供对监控和预警有用的关键信息。
国外智能视频监控技术的发展动力是来源于对特殊监控场所的监控需求,特别是自2001年9·11事件之后,出于反恐、国家安全、社会安定等多方面的需要,智能视频监控与预警技术已逐渐成为国际上最为关注的前沿研究领域。
尤其是在一些特殊的应用场所,如在恶劣天气下24h全天候监控、边防与周界入侵自动报警、火灾隐患的自动识别、被遗弃的行李和包裹等遗留物体检测、盗窃赃物查找、被埋尸体查找等等,若利用红外热成像技术作智能视频监控探测与识别,更显得方便而容易。
下面就介绍一下这种红外热成像技术的发展、优缺点,新一代红外热成像系统的组成与工作原理,以及它在智能视频监控中的应用等。
二、红外热成像技术的发展从1800年,英国物理学家赫胥尔发现了红外线后,开辟了人类应用红外技术的广阔道路。
在第二次世界大战中,德国人用红外变像管,研制出了主动式夜视仪和红外通信设备,为红外技术的发展奠定了基础。
二次世界大战后,首先由美国德克萨斯仪器公司(TI)在1964年首次开发研制成功第一代用于军事领域的红外成像装置,称之为红外寻视系统(FLIR)。
它是利用光学机械系统对被测目标的红外辐射扫描,由光子探测器接收两维红外辐射,经光电转换及处理,最后形成热图像视频信号,并在荧屏上显示。
六十年代中期,瑞典AGA公司和瑞典国家电力局,在红外寻视装置的基础上,开发了具有温度测量功能的热红外成像装置。
这种第二代红外成像装置,通常称为热像仪。
七十年代,法国汤姆荪公司又研制出,不需致冷的红外热电视产品。
1986年,瑞典研制出工业用的实时成像系统,它无须液氮或高压气,而以热电方式致冷,可用电池供电;1988年又推出全功能热像仪,它将温度的测量、修改、分析、图像采集、存储合于一体,重量小于7kg,使仪器的功能、精度和可靠性都得到了显著的提高。
九十年代中期,美国FSI公司首先研制成功由军用转民用并商品化的新一代红外热像仪,它是属焦平面阵列式结构的一种凝视成像装置,技术功能更加先进,现场测温时只需对准目标摄取图像,并存储到机内的PC卡上。
各种参数的设定,可回到室内用软件进行修改和分析,最后直接得出检测报告。
由于取代了复杂的机械扫描,仪器重量已小于2kg,如同手持摄像机一样,单手即可操作使用。
随着红外焦平面阵列技术的迅速发展,美、英、法、德、日、加拿大、以色列等西方发达国家都在竞相研制和生产先进的红外焦平面阵列摄像仪,其中美国在红外焦平面阵列传感器的发展水平方面处于遥遥领先地位,其焦平面阵列规模已大达2048×2048元,已接近于可见光硅CCD摄像阵列的水平。
日本在世界上最先实现了100万像元集成度的单片式红外焦平面阵列,在品种方面,从HgCdTe、InSb、GaAlAs/GaAs量子阱和PtSi到非致冷红外焦平面阵列等种类产品推向市场,抢占商机; 法国、荷兰、瑞典、英国、德国和意大利等在非致冷红外热摄像仪技术的发展方面,已显出其处于前沿的竞争地位,如AGEMA公司的热视570,AGEMA520和德国STNATLAS电子公司驾驶员视觉增强系统,都具有很高的水平和市场竞争实力。
此外,加拿大、以色列、韩国、澳大利亚、波兰、新加坡的一些公司和机构都在尽力发展先进红外焦平面阵列热摄像仪技术,竞争已遍及全球几大洲。
七十年代,中国有关单位已经开始对红外热成像技术进行研究。
八十年代末,中国已经研制成功了实时红外成像样机,其灵敏度、温度分辨率都达到很高的水平。
进入九十年代,中国在红外成像设备上使用低噪声宽频带前置放大器,微型致冷器等关键技术方面有了发展,并且从实验走向应用。
如用于部队的便携式野战热像仪,反坦克飞弹、防空雷达以及坦克、军舰火炮等。
近几年来,中国的红外成像技术得到突飞猛进的发展,与西方的差距正在逐步缩小,有些设备的先进性也可同西方同步。
如目前己能生产面积小于30μm2的1000×1000像素的探测器阵列,由于采用了基于锑化銦的新器件,目前己达到了分辨率小干0.01℃的温差,使对目标的识别达到更高的水平。
红外热成像仪,可以分为致冷型和非致冷型两大类。
红外电视产品和非致冷焦平面热成像仪是非致冷型产品,其他为致冷型红外热成像仪。
前一代的热像仪主要由带有扫描装置的光学仪器和电子放大线路、显示器等部件组成,已经成功装备部队,并己用于夜间的地面观察、空中侦查、水面保险等方面。
目前,新的热成像仪主要采用非致冷焦平面阵列技术,集成数万个乃至数十万个信号放大器,将芯片置于光学系统的焦平面上,无须光机扫描系统而取得目标的全景图像,从而大大提高了灵敏度和热分辨率,并进一步地提高目标的探测距离和识别能力。
三、最新的红外热成像系统的组成及工作原理红外热成像技术是一种被动红外夜视技术,其原理是基于自然界中一切温度高于绝对零度(-273℃)的物体,每时每刻都辐射出红外线,同时这种红外线辐射都载有物体的特征信息,这就为利用红外技术判别各种被测目标的温度高低和热分布场提供了客观的基础。
利用这一特性,通过光电红外探测器将物体发热部位辐射的功率信号转换成电信号后,成像装置就可以一一对应地模拟出物体表面温度的空间分布,最后经系统处理,形成热图像视频信号,传至显示屏幕上,就得到与物体表面热分布相对应的热像图,即红外热图像。
非致冷焦平面红外热成像系统由光学系统、光谱滤波、红外探测器阵列、输入电路、读出电路、视频图像处理、视频信号形成、时序脉冲同步控制电路、监视器等组成。
系统的工作原理是,由光学系统接受被测目标的红外辐射经光谱滤波将红外辐射能量分布图形反映到焦平面上的红外探测器阵列的各光敏元上,探测器将红外辐射能转换成电信号,由探测器偏置与前置放大的输入电路输出所需的放大信号,并注入到读出电路,以便进行多路传输。
高密度、多功能的CMOS多路传输器的读出电路能够执行稠密的线阵和面阵红外焦平面阵列的信号积分、传输、处理和扫描输出,并进行A/D转换,以送入微机作视频图像处理。
由于被测目标物体各部分的红外辐射的热像分布信号非常弱,缺少可见光图像那种层次和立体感,因而需进行一些图像亮度与对比度的控制、实际校正与伪彩色描绘等处理。
经过处理的信号送入到视频信号形成部分进行D/A转换并形成标准的视频信号,最后通过电视屏或监视器显示被测目标的红外热像图。
红外焦平面阵列的工作性能除了与探测器性能如量子效率、光谱响应、噪声谱、均匀性等有关外,还与探测器探测信号的输出性能有关,如输入电路中的电荷存储、均匀性、线性度、噪声谱、注入效率,读出电路中的电荷转移效率、电荷处理能力、串扰等。
焦平面阵列结构有四种类型:单片式、准单片式、平面混合式和Z型混合式。
单片式焦平面阵列是指在同一芯片上即含有探测器又含有信号处理电路的Si器件;准单片式焦平面阵列器件是将探测器和读出线路分别制备,然后把它们装在同一个衬底上,通过引线焊接将两部分连在一起 ; 平面混合式采用铟柱将探测器阵列正面的每个探测器与多路传输器一对一地对准配接起来 ; Z型混合式则将许多集成电路芯片一个一个地层叠起来以形成一个三维的电路层叠结构。
平面混合和Z型混合方法的优点是由于将多路传输器与探测器直接混合,因而具有很高的封装密度,较快的工作效率,并使总的设计得以简化。
由于信号处理是在焦平面阵列中进行的,所以减少了器件的引线数目,光学孔径和频谱带宽也得以减小。
读出电路的电荷处理能力直接控制焦平面的动态范围,它的电荷转移效率影响焦平面的非均匀性、数据率、串扰和噪声,这些都综合影响焦平面的空间、时间和辐射能量的极限分辨能力以及空间和时间频率传递特性。
因此,读出电路的设计要求为 : 高电荷容量、高转移效率、低噪声和低功率耗散 ; 其次考虑抗光晕控制和降低交叉串扰。
据报道,GaAs可作为一种潜在的焦平面阵列读出技术,其原因是:GaAs的热膨胀系数与HgCdTe的匹配要比硅好得多,这样便有可能可靠地制备大型混合焦平面阵列 ; GaAs技术的辐射硬度比硅好得多 ; n型GaAs器件的施主能级比硅更接近导带边缘,这就使得GaAs器件在4K时更不受冻结效应的影响。