紅外傳感器之熱成像儀的應(yīng)用
紅外傳感器之熱成像儀的應(yīng)用
隨著熱成像技術(shù)的發(fā)展，使它在國(guó)民經(jīng)濟(jì)、生產(chǎn)建設(shè)、科學(xué)研究以及國(guó)防軍事等眾多方面有著廣泛的應(yīng)用，其在軍事上應(yīng)用也已涉及到紅外警戒、跟蹤、瞄準(zhǔn)以及制導(dǎo)的各個(gè)方面。
在現(xiàn)實(shí)世界里，熱成像儀的用途非常廣泛，特別是在軍事上，利用熱成像儀可以在夜間發(fā)現(xiàn)散發(fā)熱量的坦克發(fā)動(dòng)機(jī)、士兵。
在工業(yè)上，可以利用熱像儀快速探測(cè)出加工件的溫度，從而掌握必須的信息。由于電動(dòng)機(jī)、晶體管等電子器件發(fā)生故障時(shí)往往伴隨著溫度的異常升高，利用熱成像儀也可以快速診斷故障。
在流行性感冒、肺炎等疾病流行時(shí)，可以利用熱成像儀快速判斷是否有發(fā)熱現(xiàn)象。由于癌細(xì)胞的溫度較高，也可用其判斷診斷乳腺癌等疾病。邊防部門也可用其判斷交通工具中是否有偷渡客。
1、dan道daodan防御
美國(guó)的dan道daodan防御是當(dāng)前上廣泛關(guān)注的一個(gè)熱點(diǎn)問題，BMD計(jì)劃針對(duì)敵方daodan在發(fā)射助推段、大氣層外彈道飛行段和再入大氣層段這三個(gè)階段的不同特點(diǎn)，采取不同的方法，建立多層次的、全程的攔截體系。
在這種攔截體系中，紅外焦平面列陣成像技術(shù)扮演著一種核心的角色，主要表現(xiàn)在以下3個(gè)方面。
1、性監(jiān)視。在敵方daodan發(fā)射的初始階段，就探測(cè)到其位置和數(shù)量，主要依靠部署在空間的預(yù)警衛(wèi)星進(jìn)行。
2、跟蹤和鑒別。在敵方daodan發(fā)射的初始階段和彈道飛行階段，鑒別真、假目標(biāo)并跟蹤其軌跡。
3、識(shí)別和制導(dǎo)。在己方發(fā)射的攔截daodan上，以紅外成像方式實(shí)現(xiàn)目標(biāo)識(shí)別和的導(dǎo)，命中摧毀敵彈。
2、電力行業(yè)的應(yīng)用
雖然目前電力行業(yè)是我國(guó)民用紅外熱像儀應(yīng)用zui多的行業(yè)，作為zui成熟、zui有效的電力在線檢測(cè)手段，紅外熱像儀可以大大提高供電設(shè)備運(yùn)行可靠性。因此，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，其他省份的電力行業(yè)也將更多地應(yīng)用紅外熱像儀。
3、建筑行業(yè)的應(yīng)用
據(jù)相關(guān)部門對(duì)紅外熱像儀在建筑行業(yè)的應(yīng)用情況調(diào)查，目前我國(guó)的建筑企業(yè)數(shù)量雖然很多，但是每家一臺(tái)紅外熱像儀都為達(dá)到。
如果將每家建筑企業(yè)都配備一臺(tái)紅外熱像儀的話，不僅促進(jìn)紅外熱像儀市場(chǎng)需求大增，還會(huì)大大提高建筑企業(yè)的工作效率，降低成本。
4、醫(yī)學(xué)行業(yè)的應(yīng)用
人體其實(shí)就是一個(gè)天然的紅外輻射源。當(dāng)人體產(chǎn)生疾病的時(shí)候，人體的熱平衡就會(huì)受到破壞，因此測(cè)定人體溫度的變化是臨床醫(yī)學(xué)診斷疾病的一項(xiàng)重要指標(biāo)。
熱像儀則可以準(zhǔn)確地顯示和記錄人體的溫度分布，以便進(jìn)一步地進(jìn)行病理分析。現(xiàn)如今，醫(yī)用熱像儀已成為診斷淺表腫瘤、血管疾病和皮膚病癥等的有效工具，在醫(yī)療學(xué)科研究中，熱像儀在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用已成為一個(gè)專門的研究課題。
5、石化行業(yè)的應(yīng)用
我們知道，石油化工生產(chǎn)中的許多重要設(shè)備都是在高溫高壓狀況下工作的，潛伏著一定的危險(xiǎn)，因而對(duì)生產(chǎn)過程的在線監(jiān)測(cè)是非常重要的。
實(shí)用熱像儀能檢測(cè)產(chǎn)品傳送和管道、耐火及絕熱材料、各種反應(yīng)爐的腐蝕、破裂、減薄、堵塞以及泄漏等有關(guān)信息，可快速而準(zhǔn)確地得到設(shè)備和材料表面二維溫度分布。
6、機(jī)場(chǎng)安檢的應(yīng)用
機(jī)場(chǎng)是比較典型的場(chǎng)所，哥本哈根機(jī)場(chǎng)每天有108架飛機(jī)要停留，每個(gè)人在進(jìn)入的CRSA前需要進(jìn)行*的安全檢查。面臨的問題之一是CRSA接近跑道，飛機(jī)從棧橋到起飛區(qū)域或者剛剛著陸的飛機(jī)將乘客送到一個(gè)棧橋上并從“非安全區(qū)域”進(jìn)入CRSA。另外，從飛機(jī)場(chǎng)內(nèi)但從CRSA外的其他區(qū)域的汽車和人員可能進(jìn)入該區(qū)。
在白天用可見光相機(jī)很容易監(jiān)視和跟蹤目標(biāo)，但在夜間，可見光相機(jī)存在一定的局限性，機(jī)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，夜晚對(duì)于可見光成像效果有較大的干擾。影響觸發(fā)報(bào)警時(shí)有可能因?yàn)閳D像效果不佳而無法看到引起報(bào)警的事件。解決該問題的辦法就是采用紅外熱成像攝像機(jī)。
7、港口河道的應(yīng)用
內(nèi)河航道應(yīng)用中，很多時(shí)候需要檢測(cè)來往船只的數(shù)量，傳統(tǒng)做法是通過AIS或VTS，但是AIS不是像我們想象的那么準(zhǔn)確的，AIS要依賴船舶本身打開設(shè)備，否則是接收不到信息，VTS則是主動(dòng)去探測(cè)的，很多小船，還有船舶交叉時(shí)也測(cè)不準(zhǔn)。
所以即使是一些重大活動(dòng)下，進(jìn)行強(qiáng)制要求，也只能測(cè)70%的船舶，平時(shí)可能只有50%。因此用戶特別希望能夠通過視頻實(shí)現(xiàn)船舶流量統(tǒng)計(jì)。
但普通可見光要在水面上實(shí)現(xiàn)區(qū)域入侵功能難度很大，特別是受到波浪、天氣等因素的影響，而熱成像為實(shí)現(xiàn)這類應(yīng)用提供了可能，能夠借助熱成像對(duì)溫度的感知，確定船只的位置、速度、數(shù)量等等信息。
另外在主要航道兩側(cè)一般都會(huì)設(shè)一些浮標(biāo)，船舶正常航行是不能偏離航道，越過浮標(biāo)的。因此該區(qū)域同樣可以用熱成像實(shí)現(xiàn)入侵檢測(cè)，作為VTS系統(tǒng)的補(bǔ)充。
8、在邊防領(lǐng)域中的應(yīng)用
*，邊界防衛(wèi)是一件非常困難的事情。我國(guó)邊境線甚長(zhǎng)，海洋也遼闊，由于野外環(huán)境的惡劣，許多系統(tǒng)都不可能很好地?fù)?dān)當(dāng)起防范作用，特別在下雨、下雪、大霧、大風(fēng)的日子，邊界巡邏也是很苦的任務(wù)。
如果采用人員巡邏，利用望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行觀察，往往由于可見光波長(zhǎng)短，因而觀查效果甚差，造成漏查、誤查和失查的現(xiàn)象。紅外熱成像儀可以探測(cè)到波長(zhǎng)較短的紅外線，因而可以遠(yuǎn)距離進(jìn)行觀察，特別適用于風(fēng)雨天氣。
廣東惠州警方在某一邊境地區(qū)放置了五套紅外熱成像儀，在試用過程中，成功地破獲了多起非法入境者案件，效率大大高于原來用人工巡查。
紅外熱成像技術(shù)在安防領(lǐng)域中的應(yīng)用一
夜晚，由于*的原因，可見光器材已經(jīng)不能正常工作，如果采用人工照明的手段，則容易暴露目標(biāo)。若采用微光夜視設(shè)備，它同樣也工作在可見光波段，依然需要外界光照明。而紅外熱成像儀是被動(dòng)接受目標(biāo)自身的紅外熱輻射，無論白天黑夜均可以正常工作，并且也不會(huì)暴露自己。
同樣在雨、霧等惡劣的氣候條件下，由于可見光的波長(zhǎng)短，克服障礙的能力差，因而觀測(cè)效果差，但紅外線的波長(zhǎng)較長(zhǎng)，特別是工作在8～14um的熱成像儀，穿透雨、霧的能力較高，因此仍可以正常觀測(cè)目標(biāo)。因此在夜間以及惡劣氣候條件，采用紅外熱成像監(jiān)控設(shè)備可以對(duì)各種目標(biāo)如人員、車輛等進(jìn)行監(jiān)控。
紅外熱成像技術(shù)在安防領(lǐng)域中的應(yīng)用二：防火監(jiān)控
由于紅外熱成像儀是反映物體表面溫度而成像的設(shè)備，因此除了夜間可以作為現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控使用外，還可以作為有效防火報(bào)警設(shè)備，在大面積的森林中，火災(zāi)往往是由不明顯的隱火引發(fā)的。
這是毀滅性火災(zāi)的根源，用現(xiàn)有的普通方法，很難發(fā)現(xiàn)這種隱性火災(zāi)苗頭。而應(yīng)用紅外熱成像儀可以快速有效地發(fā)現(xiàn)這些隱火，并且可以準(zhǔn)確判定火災(zāi)的地點(diǎn)和范圍，透過煙霧發(fā)現(xiàn)著火點(diǎn)，做到早知道早預(yù)防，早撲滅。
紅外熱成像技術(shù)在安防領(lǐng)域中的應(yīng)用三：偽裝及隱蔽目標(biāo)的識(shí)別
普通的偽裝是以防可見光觀測(cè)為主。一般犯罪分子zuo'an通常隱蔽在草叢及樹林中，由于野外環(huán)境的惡劣及人的視覺錯(cuò)覺，容易產(chǎn)生錯(cuò)誤判斷。
紅外熱成像裝置是被動(dòng)接受目標(biāo)自身的熱輻射，人體和車輛的溫度及紅外輻射一般都遠(yuǎn)大于草木的溫度及紅外輻射，因此不易偽裝，也不容易產(chǎn)生錯(cuò)誤判斷。選擇紅外熱成像儀的六大要素
1、像素
首先要確定購(gòu)買紅外熱像儀的像素級(jí)別，大多紅外熱像儀的級(jí)別和像素有關(guān)。民用紅外熱像儀中相對(duì)的產(chǎn)品像素為640*480=307,200，此紅外熱像儀拍攝的紅外圖片清晰細(xì)膩，在12米處測(cè)量的zui小尺寸是0.5*0.5cm;中端紅外熱像儀的像素為320*240=76,800，在12米處測(cè)量的zui小尺寸是1*1cm;低端紅外熱像儀的像素為160*120=19,200，在12米處測(cè)量的zui小尺寸是2*2cm。可見像素越高所能拍攝目標(biāo)的zui小尺寸越小.
2、測(cè)量范圍和被測(cè)物
根據(jù)被測(cè)物體的溫度范圍確定測(cè)溫范圍，來選擇合適溫度段的紅外熱像儀。目前市場(chǎng)上的紅外熱像儀大多會(huì)分成幾個(gè)溫度檔，比如-40-120℃0-500℃，并不是溫度檔跨度越大越好，溫度檔的跨度小測(cè)溫相對(duì)會(huì)更準(zhǔn)確些。另外一般紅外熱像儀需要測(cè)量500℃以上的物體時(shí)，則需要配備相應(yīng)的高溫鏡頭。
3、溫度分辨率
溫度分辨率體現(xiàn)了一臺(tái)紅外熱像儀的溫度敏感性，溫度分辨率越小紅外熱像儀對(duì)溫度的變化感知越明顯，選擇時(shí)盡量選擇此參數(shù)值小的產(chǎn)品。紅外熱像儀測(cè)試被測(cè)物的主要目的是通過溫度差異找出溫度故障點(diǎn)，測(cè)量單個(gè)點(diǎn)的溫度值并沒有太大意義，主要是通過溫度差異來找相對(duì)的熱點(diǎn)，起到預(yù)維護(hù)的作用。
4、空間分辨率
簡(jiǎn)單來說，空間分辨率數(shù)值越小則空間分辨率越高，測(cè)溫越準(zhǔn)確，空間分辨率數(shù)值越小時(shí)，被測(cè)zui小目標(biāo)可以覆蓋紅外熱像儀的像素，測(cè)試的溫度即被測(cè)目標(biāo)的真實(shí)溫度。
如果空間分辨率數(shù)值越大則空間分辨率越低，被測(cè)的zui小目標(biāo)不能*覆蓋紅外熱像儀的像素，測(cè)試目標(biāo)就會(huì)受到其環(huán)境輻射的影響，測(cè)試溫度是被測(cè)目標(biāo)及其周圍溫度的平均溫度，數(shù)值不夠準(zhǔn)確。
5、溫度穩(wěn)定性
紅外熱像儀的核心部件為紅外探測(cè)器，目前主要有兩種探測(cè)器，即氧化釩晶體和多晶硅探測(cè)器。氧化釩探測(cè)器主要的優(yōu)勢(shì)是測(cè)溫視域
MFOV(MeasurementFieldofView)為1，溫度測(cè)量是到1個(gè)像素點(diǎn)。
AmorphousSilicon(多晶體硅) 傳感器，MFOV為9，即每點(diǎn)的溫度是基于3×3=9個(gè)像素點(diǎn)平均而獲得。氧化釩探測(cè)器的溫度穩(wěn)定性好、壽命長(zhǎng)，溫度漂移小。
6、紅外與可見光圖像的組合功能
如果紅外圖像和可見光圖像組合顯示就減少了大量工作，可根據(jù)可見光圖片來判斷紅外圖片中熱點(diǎn)的未知，同時(shí)報(bào)告自動(dòng)生成也會(huì)大大減少操作時(shí)間。
