数未来新宠 还看热成像技术

2014-01-02 18:49:21来源: 互联网 关键字:未来  新宠  技术
    从模拟监控到数字监控,从标清画质到高清画质等等,这都是代表着安防重要性的变革与改变。现在的视频监控系统主要采用的是可见光摄像机、人工监视和录像相结合的方式进行日常的安全防护。但由于夜间或恶劣天气,其防范能力就会大打折扣。如何在这种环境下进行安防监控,为应对这种特殊应用,新的技术、新的产品便孕育诞生——红外热成像技术和产品。红外热成像技术是一种特殊的光学成像技术,是对可见光成像的补充,运用光电技术检测物体热辐射的红外线特定波段信号,将该信号转换成可供人类视觉分辨的图像或图形,并也可以进一步计算出热辐射物体各点的温度值,从而依据各点温度值得到物体热像图。

  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,每时每刻都在辐射出红外线,同时这种红外线辐射都载有物体的热特征信息,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。

  杭州海康威视数字技术股份有限公司(以下简称“海康”)前端技术支持经理田振华为我们介绍红外热成像系统是由镜头、热红外探测器及摄像机系统组成。镜头材质为可透过可见光的高纯锗单晶,具有高的折射系数,对红外光透明,不透过可见光和紫外线。热红外探测器是热成像摄像机的心脏,主要功能是将红外辐射转变为电信号。探测器分为制冷型、非制冷型两种,常见为非制冷型,主要由多晶硅和氧化钒两种材质。针对该系统的工作原理,前视红外热像系统贸易(上海)有限公司(以下简称“Flir”)的分销经理张宇说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件上,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,因而需要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。

  产品优势

  就目前应用而言,红外热成像技术要比微光成像技术在安防上使用得更广泛,在安防监控系统的应用中,例如到了晚上可见光的监视器材便不能正常工作,如果采用人工照明无疑容易暴露目标。这时如果有红外热成像仪就可以解决问题,红外热成像仪是被动接受目标自身的红外热辐射,它不受光照条件影响,无论白天黑夜都可以正常工作并且不会暴露自己。

  同样的,如果在雨雾等恶劣的气候环境下,可见光由于波长较短,克服障碍的能力差,观察的效果就会大打折扣,但红外热成像仪利用的是红外线原理,红外线波长较长,穿透效果好,即使在雨雾的恶劣环境下仍然可以正常观测。因此在夜间及雨雾等恶劣天气情况下,利用红外热成像仪可以对目标进行正常的监控。

  在安防领域中,红外热成像仪用在探测威胁(防范入侵者)、森林防火、罪犯追捕等方面。

  火灾这样的意外灾害时有发生,而且这种灾害多半是由不明显的隐火引发的,如果能即时发现这些隐火,准确的判断火灾的位置,这样就能做到早预防早扑灭,减少很多不必要的损失

  红外热成像仪是被动接受目标自身的热辐射,这一特点也可以应用到公安机关追捕罪犯的行动中,一般罪犯容易隐藏到草丛树林之类的野外环境中,公安人员的一般视觉容易产生错误判断,很容易让罪犯逍遥法外,人体和车辆的温度以及红外辐射一般都远大于草木的温度及辐射,这时候利用红外热成像仪很容易就可以准确判断出罪犯隐藏的位置,让他们无所遁形。

  新技术与困境

  热成像技术是以利用目标、背景或目标各部分之间的辐射差异形成的红外辐射特征图像来发现和识别目标,采用的是非制冷焦平面技术。由于近年来热成像技术在军事和民用方面都得到了广泛的应用。随着热成像技术的成熟以及各种低成本适于民用的热像仪的问世,它在国民经济各部门发挥的作用也越来越大。

  从运用领域的变化来分析,北京和普威视光电技术有限公司(以下简称“和普威视”)技术总工张超岳看来在工业生产中,许多设备常用于高温、高压和高速运转状态,应用红外热成像仪对这些设备进行检测和监控,既能保证设备的安全运转,又能发现异常情况以便及时排除隐患。同时,利用热像仪还可以进行工业产品质量控制和管理。

  由于红外系统比雷达系统的分辨率高,隐蔽性好,且不易受电子干扰,较之可见光系统具有能识别伪装、可昼夜工作、受天气影响较小等优点,因此,热成像技术在军事上得到广泛应用。热像仪在军事上的应用范围较主动红外夜视仪和微光夜视仪更广,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,并可提供飞机在黑暗中的起飞、着陆灯,是一种性能优越较为理想的夜视器材,目前在陆军、海军、空军都得到了应用,同时红外热像仪在医疗、治安、消防、考古、交通、农业和地质等许多领域均有重要的应用。

  从热成像技术层面的发展来分析,海康的前端技术支持经理田振华认为近些年在热成像基础上,导入了H.264编码压缩技术、智能分析技术。H.264技术将采集的热辐射图像编码压缩成网络信号,便于被系统集成。智能分析技术能通过对辐射差异形成的红外辐射特征图像进行智能算法分析,提高图像的应用价值。同时Flir的张宇则认为实现了网络输出,网络模拟双输出产品开始出现;部分产品实现了POE供电;软件分析更加智能易用;探测器像素得到提升;探测距离远近皆宜,多视场,连续变焦产品的应用逐渐增多。

  对于目前红外热成像摄像机存在的不足之处在于分辨率只有384*288,相当于CIF大小,只能作为探测目标用,不足以清晰地分辨目标。海康的田振华认为后续的发展可以提高热红外探测器的像素大小,从而提高清晰度来解决这一问题。除了图像对比度低,分辨细节能力较差外,Flir的张宇与和普威视的张超岳还认为不足之处有:

  ★不能透过透明的障碍物看清目标:如窗户玻璃。像窗户玻璃这种透明的障碍物,使红外热成像仪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。

  ★高价格:目前红外热成像仪的成本仍是限制它广泛使用的最大因素,但随着肖特基势垒非致冷红外焦平面阵列的出現,为广泛应用提供了一种以低成本获得高分辨力、高可靠性器件的有效手段。随着科技的发展,关键技术的突破,并提高了加工效率今后的成本会大为降低的。

  在智能视频中的应用表现

  由红外热成像技术的原理与特点可知, 几乎现在普通视频监控摄像机能做的智能分析,在红外热成像技术里都能很好地应用,并且往往是普通摄像监控机所不能完成的。对于在智能视频中的应用表现和普威视的张超岳为我们做了一些解析。

  1.、能真正24小时及在恶劣气候条件下的全天候的智能视频监控

  红外热成像仪,是被动接受目标自身的红外热辐射,无论白天黑夜24小时均可以处于运行状态而正常工作,并随时对背景资料进行分析,一旦发现变化,可以及时发出预/报警,并可以通过其他智能设备自动对有关情况进行处理与上报。

  在雨、雾等恶劣的气候条件下,由于可见光的波长短,克服障碍的能力差,因而观测效果差。而工作在8~14μm波长的长波红外热成像仪,其穿透雨、雾的能力较高,从而仍可以正常地观测目标。因此,在夜间以及恶劣气候条件下,采用红外热成像监控设备可以对各种目标,如人员、车辆等进行24h监控。

  2、能对伪装及隐蔽的目标进行智能视频监控与识别:

  红外热成像仪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。

  3、能进行火灾的视频监控与识别

  由于红外热成像仪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。

  在住宅小区、机场、码头、学校等人流密集的场所,通过红外热成像仪探测的红外热图像,均能迅速及时监测到火灾源头,进行预/报警,以便及时采取行动进行处理。

  谷物粮仓往往会发生自燃现象,过去一般采用温度计测量其温度变化。而采用红外热像仪可以准确判定这些火灾的位置和范围,从而做到早知道早预防,早扑灭。此外,即使是在火灾过后,消防人员也能通过现场红外热成像仪的监视图像,开展对火灾现场卓有成效地搜救工作。

  4、能对边防、周界入侵进行远距离有效的监控与识别

  利用红外热成像仪,可以探测到不同物体的红外辐射,因而可以远距离地进行观察,尤其适用于风雨天气。如在边境地区放置红外热成像仪,就可成功地破获非法入境者案件,显然,其效率大大高于人工巡查。

  5、能对被遗弃的行李包裹等遗留物体进行有效地检测与识别

  由于物体产生的热量在发出红外辐射的同时,还在物体周围形成了一定的表面温度分布场,而不同物体的发热功率也不尽相同,因而不同的物体内部所发出的热扩散和物体表面温度也是不同的。因此,利用红外热成像技术,可以轻而易举地对行李包裹的内部物品进行透视与分析。

  趋势发展与前景展望

  现阶段,由于红外热成像监控在国内还处于推广阶段,用户或甲方对相关的功能普遍不是很了解,而且对其必要性也没有形成统一的认识。因此红外热成像监控目前真正的应用还不是很多。对于未来发展是怎样的情况,和普威视的张超岳认为红外热成像技术在安防领域必然是呈快速增长的发展趋势。红外热成像的监控图像加载的信息很多,它不仅提供了图像像素,决定画质的还包括温度。大多数路口监控探头采用外接照明灯,这对于监控成本来说似乎十分可观。热成像本着绿色环保的技术,有助于减少使用昂贵密集型照明设备,降低能源消耗。随着时间的推移,现在一些高端市场如军队、银行、武警和公安系统已经对此系统形成了正确的认知,而且随着国内恐怖活动的增多,许多领域已经对其提出比较明确的使用意向,相信在未来几年内,红外热成像监控会有比较快速的发展。

  海康的田振华说因为热成像摄像机的镜头和热红外探测器成本较高,目前仅限在特殊行业中应用,未来如果能有效降低成本,相信会有不错的发展前景。另外国内市场对24小时不间断室外监控,特别是公共安全和道路监控领域需求较大。此外,国内生成的彩色摄像机和红外摄像机的差价不大,很多用户在选择24小时监控摄像机时更倾向于选择红外型摄像机。同时Flir的张宇也认为随着成本的不断下降和技术的不断进步,一些入门级的红外热成像监控设备将对传统的主动红外摄像机形成巨大冲击,同时中高端应用市场的需求稳定,相信红外热成像技术将会受到越来越多的关注。

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编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/afdz/2014/0102/article_6630.html
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