热成像技术在消防火场救援的应用

□ 文/徐一丹

热成像技术在消防火场救援的应用

□ 文/徐一丹

火海无情，火灾面前，生命显得异常脆弱。现今社会，随着经济的快速发展，城市高速建设，但防火意识或者防火水平却没有同步跟上，全国每年都会发生几十万起大大小小的火灾。据统计，2015年，全国共接报火灾33.8万起，造成1742人死亡、1112人受伤，财产损失更是无数。

生命高于一切，但是往往一旦发生火灾，往往会有伤亡。从传统火场救援的角度看，掌握火灾现场情况非常重要，被困人员多少、地点、危险情况、火势大小、着火物品、危险程度等都要掌握，了解和掌握这些情况能对救人起到至关重要的作用。而阻碍救援人员了解火灾现场的困难点是大量的烟雾，阻碍了可见光的传递。

红外热像仪应运而生。红外热像仪是利用红外探测器和光学成像物镜接受被测目标的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏原件上，从而获得红外热成像图，这种热像图与物体表面的热分布图场相对应。

热成像知多少

红外光

红外光是电磁光谱中介于可见光的红光和微波之间的波段，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微米的热红外线却是透明的。因此，这两个波段被称为热红外线的“大气窗口”。利用这两个窗口，可以使人们在完全无光的夜晚，或是在烟云密布的战场，清晰地观察到前方的情况。正是由于这个特点，热红外成像技术军事上提供了先进的夜视装备并为飞机、舰艇和坦克装上了全天候前视系统。这些系统在海湾战争中发挥了非常重要的作用。

大气窗口：电磁波通过大气层较少被反射、吸收和散射的那些透射率高的波段称为大气窗口。

图1 电磁波频谱

热辐射

自然界中的一切物体，只要其温度高于绝对零度（-273℃），都能辐射电磁波，红外线辐射是自然界存在的一种最为广泛的电磁波辐射，它是基于任何物体在常规环境下都会产生的自身的分子和原子无规则运动，并不停地辐射出热红外能量。

主动红外和被动红外

热成像和普通IPC的红外模式，虽然成像上都是黑白模式（热成像往往还会在DSP上嵌入伪彩算法进行“上色”），但是原理上有本质的区别。

普通IPC的红外模式，应用场景往往是比较暗的场景，虽然“比较”暗，但是还是要有光，需要通过（红外）光反射成像（红外光和可见光往往是伴随产生存在的）。比如在一个完全封闭的室内，不管摄像机开启可见光模式还是红外模式，成像都是一片漆黑，因为没有光（包括可见光和红外光）照射物体反射成像。

而热成像是主动成像，即所有绝对零度以上的物体都会因为自身分子的运动主动产生热辐射，不需要外界光的辅助（反射成像）。所以即使在完全封闭的室内，也可以根据室内物体的不同热辐射成像。

热成像技术在消防火场救援的应用

海康威视依托自身多年移动图传产品和热成像技术积累，强势推出TF0消防手持热像仪和热成像无人机。自此，海康威视将助力消防火场救援。

消防手持热像仪

图2 消防手持热像仪

用户价值：

探寻火中生命

火灾现场的特点是烟雾弥漫，受困人员往往不是被大火困住，而是大量的烟雾，以致无法脱身。这个时候留给消防战士的救援时间又是非常紧迫，因为受困人员一旦吸入大量（有毒）烟雾后，容易昏迷不醒，完全处于被动救援状态，无法给予消防战士一些信号，此时就需要靠消防战士单方面主动搜救。此时，如果消防战士单靠肉眼（可见光）查找受困人员生命，非常耗时耗力，对双方都是生命极限的挑战。

手持消防热像仪，利用红外衍射优势和主动红外特点，助力查找被困在烟雾中的生命体。如图3，右边的热成像效果图中会检测显示两个温度，其中一个是画面中心的温度，还有一个是画面中温度最高值点（图中香烟表面的温度）。

图3 可见光和热成像效果对比图

构筑防御之盾

消防手持热像仪除了支持普通黑白模式和火场模式外，还支持热探测模式（又叫火点模式），可以帮助消防战士发现救援场景中温度最高的点。应用场景包括：大火扑灭之后，可能还有人员没有被搜救出来，此时虽然火被熄灭，但是温度还是非常之高，房屋内的天花板随时都有坍塌的风险，而这种风险通过肉眼是没法得知的。

热探测模式：给手持热成像超过某阈值的温度上伪彩（红色），这样可以清晰的探测到场景中高温区域，并显示温度值，如此，可以帮助消防战士尽量躲避风险，如图4。

图4 热探测模式

技术亮点：

双光融合

可见光和热成像各有优势，可见光7色，颜色丰富、轮廓清晰，如图5；热成像，利用红外衍射优势和主动红外特点，帮助发现烟雾后和黑暗中的真相，如图6。而两者的优势刚好是对方的劣势。如此如果能将两者的优势相结合，图像的效果将是1+1>2。如图7。

图5 可见光效果

图6 热成像效果

图7 双光融合效果图

4G图传

消防行业市场上已经有类似手持消防热成像产品，但是基本都不具备4G图传功能，海康威视依托多年移动图传产品和技术积累，已成功将手持消防热像仪与消防平台7900对接，提供前端视频采集到传输，到平台接入整套解决方案。

热成像无人机

图8 雄鹰系统应用示意图

在抢险救援的过程当中，四旋翼或者六旋翼无人机可灵活搭载热成像、4K变焦云台或者喊话器，最高可以飞到3000米的高空占据制高点进行全局的视野监控，需要局部特写时，海康威视4K无人机支持37倍的光学变倍。无人机的作战半径达到10千米，可以操控无人机进行远距离监控。另外海康威视热成像无人机配备有热成像的红外镜头，可以对图像中的温度范围进行测量，并定位图像中温度最高的点，对实时掌握火场态势，以及拯救受困人员都有较大帮助。同时，海康无人机采用云台自稳定系统，解决了移动设备图像采集时图像抖动、不稳定的难题，不管机身怎么动，云台始终能够保持稳定状态，从而图像也也不会出现明显的抖动。

海康威视行业级无人机不仅仅是一个单体无人机，而是由机体、地面站、遥控、系统平台组成的一整套解决方案，可通过标准协议（支持GB28181）无缝接入系统平台，在指挥中心可以实时查看无人机采集图传回来的现场视频。

总结

海康威视消防手持热像仪和热成像无人机很好搭配地解决了消防火场救援中里面和外部两种场景的监控需求，为消防火场救援，保障被困人员、消防人员的人身安全作出了贡献。另外海康威视还提供双光谱重载云台、车载、布控球，超高分指挥中心等多种视频监控装备和子系统，为消防救援提供整套端到端的空地一体、动静结合、实时可视、集成共享的解决方案。

作者单位：杭州海康威视数字技术股份有限公司