是什么阻挡了国内热成像技术的爆发之路

2016-12-08 20:15:03编辑:鲁迪 关键字:热成像  摄像机

从全球范围看,热成像技术已经被广泛的应用于医疗、电力、消防、建筑、军事等各大领域,但是就国内而言,热成像虽然已被大众所熟知但与国外相比,其使用范围远不及国外,真正能用到这一技术的人并不太多,为什么会出现这样的情况?

  
什么是热成像技术


  在自然界中,所有高于绝对零度(-273.15℃)的物体都在不停的往外辐射和该物体本身性质、温度相关的电磁波,这一现象称之为热辐射。不同的温度,物体所发出的热辐射波长不同。


  热成像技术是指利用感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元件上,从而获得红外热像图,这种热像图与物体表面的热分布场相对应。通俗地讲热成像就是将物体发出的不可见红外热辐射能量转变为可见的视频图像。




热成像技术的发展历程


  1800年英国物理学家赫胥尔利用涂黑的水银温度计发现红外辐射,此后很长一段时间人们都将水银温度计作为红外探测器,直到1833年梅罗里利用锑化铋作为热电堆材料,才大幅提高了热电堆红外探测器的探测灵敏度。接下来的100多年中,红外探测技术不断提升,我们大致可以将这段发展史分为三个阶段。


  第一阶段:光子单元探测为主。这一阶段大致起源于20世纪50年代,当时只能研制出一些基于单元器件的热像仪,其特点是场频较低,只能小范围使用。直到20世纪70年代中长波碲镉汞(MCT)材料与光导型多元线列器件工艺成熟之后,热像仪才开始大量生产并装备军队。这一时期热像仪的种类繁多,可大致分为通用组件化的热像仪和按特殊要求设计的热像仪两类。


  第二阶段:致冷型红外焦平面阵列为主。不用光机扫描而用红外焦平面阵列(IRFPA)器件成像的热像仪,由于去掉了光机扫描,这种用大规模焦平面成像的传感器被称为凝视传感器。它的特点是体积小、重量轻、可靠性高。在俯仰方向可有数百元以上的探测器阵列,可得到更大张角的视场,还可采用特殊的扫描机构,用比通用热像仪慢得多的扫描速度完成360度全方位扫描以保持高灵敏度。


  第三阶段:非致冷红外成像技术为主。第三代红外热像技术采用的红外焦平面探测器单元数已达到320240元或更高(即100000—1000000),其性能提高了近3个数量级。目前,3~5μm焦平面探测器的单元灵敏度又比8~14μm探测器高2-3倍左右。因而,基于320×240元的中波与长波热像仪的总体性能指标相差不大,所以3~5μm焦平面探测器在第三代焦平面热成像技术中格外的重要。


热成像应用现状


  红外热成像在国内也已经发展了几十年,在应用方面,典型的行业主要集中在森林防火、电力监控、边防监控、海岛监控、动物保护、人体测温等等,这些行业专业性很强,项目预算较高,应用环境相对恶劣,施工难度大,维护成本高昂,所以热成像较难以呈现爆发式发展,这一细分市场竞争也比较激烈。


  随着近年国产热成像探测器的逐渐成熟,已有不少的大小厂商具备了生产热像机芯、模组,以及配套的热成像镜头的能力,效果和技术指标上面已经可以与FLIR等国际先进企业一争高下。国产探测器的逐步量产,打破了核心部件长期被国外厂家垄断的局面,使得热成像模组价格逐渐亲民,为热成像产品的快速增长打下基础。


  目前国内的热成像摄像机主要分为监控型以及测温预警型两大类。监控型热成像摄像机主要提供实时视频图像,通过伪彩图像来观察监控物体的温度分布,技术含量和价格都比较低,对于大部分的并不需要精确测温的市场应用较为普遍。测温预警型产品除了提供实时的视频图像外,还可以提供画面中各像素点的温度信息,并能提供多区域测温,鼠标点击测温等多种测温模式,还可以设置温度报警阈值,测温型热成像摄像机需要厂商开发测温算法,研发投入大,成本较高,主要应用于电力在线测温,人体测温等需要精确知道物体温度的场景。


  虽然热成像摄像机目前有各种外观形态,如枪机形态、球机形态、手持设备、云台形态等,但因国内摄像机主要用于电力在线测温、森林防火、水利、海岛监控等场景,最适合的热成像产品形态还是云台型产品,国内厂商创造了特有的双波段热成像云台结构,利用热成像摄像机来探测温度,用可见光摄像机来观察全景以及细节。但目前绝大部分厂家所提供的双波段热成像云台摄像机都是简单的硬件拼凑和堆叠,内部各个功能模块,如热成像机芯、可见光机芯、云台、交换机等都出自不同厂家,其本身集成度较差,二次开发程度不够,热成像视频和可见光视频无法形成良好的双通道联动,大大影响了客户体验。


  总的来说,因为热成像产品现阶段价格还较高,产品实际功能还不够完善等原因,热成像摄像机目前还只是应用在一些特殊行业,暂时还没有形成爆发性的的增长模式。


  双波段热成像摄像机在输电线路防山火监测系统上的应用


  众所周知,输电线路一般建设在城郊、山区等偏远地带,纵横延伸几百米、几千米不等,周遭环境复杂多变,对监控设备挑战较大。热成像摄像机可在昼夜及极端天气正常使用,并可克服雨、雾、烟等障碍,有效捕捉一切发热物体图像。国内一些知名厂商如金三立,针对热成像摄像机的这些特点,已推出适用于电力行业在各种环境下的在线监测系统,其中美誉度较高的有输电线路防山火监测系统等。


  输电线路防山火监控系统用于对高压输电线路周边的实时山火监测,用户在监控中心就可以获取远方线路山火、焚烧秸秆、烧纸等威胁线路安全的山火事件,一旦发生山火灾情,便可在第一时间发出报警,以便及时扑灭山火,保障输电线路稳定运行。


  输电线路防山火监控系统含有多个子系统,防山火视频监控系统便是其中之一。这个子系统杆塔端采用双波段热成像云台摄像机,可对监控区域进行可见光视频和红外辐射的同步监测,一但发生山火,双波段热成像云台摄像机探测到的温度超过设定阈值即可自动报警。监控人员可结合温度数据和实时视频画面进行判断并快速响应。


  在这个系统中,杆塔端装置通过太阳能供电系统供电,通过无线传输装置将视频信号传输至后端监控中心。热成像、太阳能供电、4G无线传输、低功耗云台等技术保障系统供电稳定、通信可靠和视频清晰。


  值得一提的是系统中监控中心配置的输电线路防山火监测平台,通过集合各在线监测子系统,对输电架空线路的运行状态进行实时监测,实现异常及故障状态的预警和报警,实现设备健康状况的动态评估,实现管理模式从“事后处置”到“事前预警”、“粗放控制”到“状态评估”、“定期巡视”到“状态监视”的转变,实现电网运行状态的多维可视化以及异常立体报警模式,对突发事件实现三位一体的应急指挥。


  目前,电力行业是国内热成像技术应用最多的民用行业,作为目前较为成熟有效的电力在线检测手段,热成像技术可有效缩短电力设备检修时间,大大提高设备运行的可靠性。但是考虑到设备成本等问题,各省对热成像设备采购数量有限,在应用较多的广东、江苏、山东等经济发达的沿海地区,设备拥有量也不到需求量的一半,内陆地区热成像设备拥有量更少,这说明热成像产品存在巨大的潜在市场。


热成像摄像机发展趋势


  对国内厂家来说,在跟随市场需求的同时,更需要思考推出差异化,符合细分市场需求的整机解决方案,而不是进行简单的硬件堆叠,才能未来激烈的竞争中有所收获。目前来看,市面上双波段的热成像云台摄像机产品,只不过是简单地将热成像机芯、可见光机芯、云台、交换机进行硬件堆叠,热成像和可见光之间并没有实现真正的联动和融合。另外,国内市场长期的“重产品、轻应用”的发展方式,导致目前并没有针对热成像监控的行业解决方案和定制化平台,热成像产品更多的时候只是用来简单的实现温度告警,造成投资的浪费。还有,虽然国内热成像传感器取得了较大的进步,但是还是没有实现真正意义上的量产,整体良率较低,导致成本还是过高,部分客户虽然有意向采用先进的热成像摄像机方案,但是迫于预算压力,只能专用较低成本的高清可见光方案。


  总的来说,热成像如果要进一步打开市场,需要进一步的内外兼修。对内,需要加大科研投入,提升产品核心竞争力,降低成本;对外,要通过行业定制,推出高附加值的智能化产品,提供行业整体解决方案,真正解决行业客户的实际问题。


关键字:热成像  摄像机

来源: 安防知识网 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/afdz/article_2016120810010.html
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