红外热成像技术在智能监控中的应用与发展

文/潘恩亮

在自然界中，凡是温度高于绝对温度零度的物体均向外辐射红外能量，温度越高，红外辐射越强。通过非接触探测，测定目标本身和背景之间的红外能量差，并将其转换为电信号，经过处理即可形成热辐射图象。同一目标的热辐射图象和可见光图像不同，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。采用这一技术手段，便能实现对目标进行远距离热状态图像成像和测温，并可进行图像识别、行为分析等智能应用。本文简要谈一下红外热成像技术的发展、优缺点和产品在智能视频监控中的应用等。

市场需求背景

传统安防监控主要采用可见光监控和红外补光监控，采用人工监控与录像回放查看方式实现日常监控和安防维护，同时红外补光、激光补光，特别是超低照度sensor的出现，在一定程度上使得安防前端产品线变得非常丰富，极大的满足了不同客户群体的需求，可以说已经基本具备全天候、全方位安防的监控特征。

但是在实际应用中，某些特殊场景，比如在大风、大雾等恶劣天气条件、漆黑的夜晚监控较大场景（红外补光一般覆盖范围在150米以内，激光补光最远也仅在250米左右，而且在镜头推远后才可达到同步补光效果）、远距离火灾隐患的自动识别、边防与周界入侵自动报警、电力等重点行业设备的看护等场合，传统安防监控方式就有点力不所及了。而红外热成像监控系统，是基于非制冷红外热像摄像机为主要硬件系统，可采用红外/可见光复合成像、视频图像处理及自动识别行为分析报警等相关软件与之结合的监控方式，可在漆黑夜间或者恶劣天气条件下完全胜任。因此，在这些特殊场景下就产生了对热成像产品的需求。据不完全统计，2010年以来，需求量每年都在20%左右的增长速度递增。可以说市场需求持续旺盛。

热成像技术和产品发展

二次大战中后期，红外热成像技术首先有德国人研制出，并推出主动红外夜视仪，为红外技术的发展奠定了基础。二次大战后，技术不断进步，美国、瑞典、法国等国家不断推出温度测试、屏幕显示等功能的红外热成像产品。直至1978年，非制冷式热成像技术首次研究成功，并首先军用化，各国逐渐竞相开展了非致冷焦平面技术的研究。

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。

系统的简要工作原理是，由光敏元探测图像间的红外辐射能量，并转化为电信号，信号经放大并注入到读出电路，以便进行多路传输。经一系列信号积分、传输、处理和扫描输出，并进行A/D转换，以送入后端作视频图像处理。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。

技术不断发展的同时，产品形态也随着整体解决方案的不断更新更变化。相比于传统的红外热像仪，目前安防监控领域较多采用的为红外热成像网络摄像机配置简单，安装方便，简化了大量人工维护并可将监控信息纳入整个网络平台中，通过网络，前端成像视频可实时传输到后端中心进行分析，能对监控对象、范围进行全面覆盖，准确、及时、有效的处理，同时实现并可扩展系统级的应用。

热成像技术优缺点

红外热成像技术的优点

首先：红外热成像技术是一种被动式的非接触的检测识别技术，隐蔽性好，不容易被发现，相比红外补光产品，可避免红曝等现象发生，可轻松实现隐蔽监控。第二：红外辐射是自然界中存在最为广泛的辐射，而大气、烟云等可吸收可见光和近红外线，但是对3～5μm和8～14μm的红外线却是透明的，因此，利用这两个波长窗口，可以在完全无光的夜晚，或是在雨、雪等烟云密布的恶劣环境，能够清晰地观察到所需监控的目标。正是由于这个特点，红外热成像技术能真正做到24h全天候监控。第三：能对伪装及隐蔽的目标进行智能视频监控与识别。一般，伪装主要是防可见光观测。例如犯罪分子作案通常隐蔽在草丛及树林中，因为野外环境的恶劣及人的视觉错觉，容易产生错误判断而识别不出来。而红外热成像摄像机是被动接受目标自身的热辐射，当人体和车辆隐蔽在草丛及树林中时，它的温度及红外辐射一般都远大于草木的温度及红外辐射，因此很容易被自动识别出来。此外，普通监视摄像头是无法看到发光物体表面掩盖下所隐藏的物体的，如对被埋藏的盗窃物品等就不能有效地检测识别出来。而利用红外热成像技术所研制的红外热成像摄像机则可以检测识别出来，因为当某处的表面被弄乱时，该表面的热轮廓也会被破坏，如翻过的土壤热辐射和压实的土壤热辐射是不同的。因此，通过红外热成像摄像机的这种功能可以找到被埋藏的赃款赃物等。第四：红外热成像技术能直观地显示物体表面的温度场，不受强光影响，应用广泛红外测温仪只能显示物体表面某一小区域或某一点的温度值，而红外热成像设备则可以同时测量物体表面各点温度的高低，直观地显示物体表面的温度场，并以图像形式显示出来。

红外热成像技术的缺点

首先：图像对比度低，分辨细节能力较差。由于红外热成像摄像机靠温差成像，而一般目标温差都不大，因此红外热图像对比度低，使分辨细节能力变差。所以我们可以看到热成像的输出画面呈现出的景物边缘比较模糊，细节辨识度差。适用于辅助视频监控尚可，做为主要监控设备就勉为其难了。第二:不能透过透明的障碍物看清目标，如窗户玻璃。由于红外热成像摄像机靠温差成像，而像窗户玻璃这种透明的障碍物，使红外热成像摄像机探测不到其后物体的温差，因而不能透过透明的障碍物看清目标。第三:成本高、价格贵仍然是限制热成像摄像机产品广泛使用的最大因素。相信随着科技的发展，关键技术的突破，并提高加工效率，今后的成本会逐步降低。

行业发展前景

红外热像仪具有很高的军事应用价值和民用价值。近几年来，国际红外热像仪行业正迎来一个快速发展期，而且从长期来看，民用监控领域的潜在市场需求很大。红外热像仪广泛应用于消防、电力、建筑、安防等民用领域，我国红外热像仪在这些行业的应用还处于起步阶段，发展空间还是比较大的。

例如：在森林防火行业应用中，结合前端的热成像网络摄像机平台端的自动识别算法可实现火情的智能视频监控、自动识别和报警联动，由于红外热成像摄像机是反映物体表面温度而成像的设备，因此除了夜间可以作为现场监控使用外，还可以作为有效的防火报警设备。如在大面积的森林中，火灾往往是由不明显的隐火引发的，这是毁灭性火灾的根源。用现有的普通监视系统，很难发现这种隐性火灾苗头。利用飞机巡逻或远距离热成像云台摄像机，则可以快速有效地发现这些隐火，并且可以准确判定火灾的地点和范围，即可透过烟雾发现着火点，把火灾消灭在萌芽阶段，在第一时间发出警报，使得消防工作及时开展，最大限度的必须国家和人民的财产损失。在电力等行业的工业设备运行监控中，热成像摄像机可充分体现其红外测温的能力，能感知到电力设备例如变压器的温度变化，结合分析软件可实现异常温度变化的判别和报警联动，可实现系统自我保护或主动警报输出，及时挽救损失，避免造成较大的工业级事故。

结束语

综述，热成像产品是一种视频监控产品的发展分支，在某些特殊领域确实有着不可替代的作用。天地伟业目前在安防监控领域有着全系列产业产品链的布局，并且日益完善产品体系，我们会积极倾听客户的需求声音，积极推广红外热成像产品的应用，以更加全面的产业产品链、更专业的行业化覆盖应用，以及更实用有效的监控手段为更多的客户群提供整体的解决方案。