新型热成像技术的不断创新 - 安防知识网

热成像并不是一项新技术，但花费一直非常高，因此在军事以外的其它领域应用较少。近来随着新传感器、新材料和其它改进技术的推出，这项技术的应用范围正在扩展，价格也日趋合理。即使在完全黑暗、浓雾、烟雾、雨、雪甚至强光刺眼的环境下，热成像/热感网络摄像机仍能检测到处于境中的人和物体。

　　所有传统的网络摄像机均有基本物理限制：需要在光线下工作，至少到目前为止是这样。

　　部分网络摄像机拥有日/夜转换模式，可以在光线极暗的环境下工作，光线强度不到1勒克斯时也可以应付。如果没有自然光，则可以用电光替代，肉眼可见或红外线可见均可。但某些情况下，这些解决方案的缺点也明显，如价格昂贵、能耗高、照明会产生闯入者可以躲藏阴影等等。

　　热成像并不是一项新技术，但花费一直非常高，因此在军事以外的其它领域应用较少。近来随着新传感器、新材料和其它改进技术的推出，这项技术的应用范围正在扩展，价格也日趋合理。即使在完全黑暗、浓雾、烟雾、雨、雪甚至强光刺眼的环境下，热成像/热感网络摄像机仍能检测到处于境中的人和物体，见图1所示。

图1：热成像/热感网络摄像机在完全黑暗环境中检测到处于境中的人和物体

　　因此，现在飞机制造业、航运业和安防业等诸多行业均可见到热感网络摄像机的身影。热成像技术在消防和执法等公共服务中也得到了应用。最近，消费产品中也采用了这项技术，但通常是在豪华汽车等奢侈品行业。

　　技术指标的更新

　　和其它摄像机一样，热成像/热感网络摄像机收集形成图像的电磁辐射。传统的摄像机可捕捉波长为400—700纳米(0.4—0.7微米)的可见光;而热感网络摄像机能检测到波长更长的放射线，可达约1，400纳米(14微米)。在这一电磁频谱范围内的放射线被称为红外线(IR)，红外波段又划分成多个子波段。近红外线的波长约为0.7—1.5微米，肉眼无法观察到近红外线。而热成像网络摄像机传感器能检测和利用这种放射线。

　　所谓的“全天候”摄像机在白天借助红外滤光片过滤红外光，不会改变人眼所看到的图像的颜色，当这种热成像网络摄像机在夜间模式工作时，不使用红外滤光片。由于人眼无法看到红外线，因此，热成像网络摄像机以黑、白两种颜色显示图像。近红外线也需要某种光源，如月光这样的自然光源或者路灯、专用红外灯这样的人工光源。

　　除可见光外，其它波段的红外线通常分为以下几类：短波红外线(SWIR)，波长约为1-3微米;中波红外线(MWIR)，波长约为3—5微米;长波红外线(LWIR)，波长约为8—12微米;超长波红外线

　　请注意5微米<MWIR)波段与8微米(LWIR)波段之间有一个间隔。由于大气能强烈吸收这一波段的辐射，因此，这一波段实际上无法用于热成像。微波的波长大于1毫米。位于频谱最远端的是无线电波，其波长可达1米以上。在频谱的另一端，波长小于所有可见光波长的放射线分别是紫外线、X射线和伽马射线。

　　传统的摄像机仅可接收波长在0.4—0.7微米之间的可见光，而热成像网络摄像机能检测到红外频谱宽至约14微米的放射线。

　　技术特征

　　热成像不依赖于可见光，而来自于红外线拍摄。周围的光线强度不会对它产生影响，即使在完全黑暗的环境下也可良好运行。因为不论有机还是无机物体，均会由于自身的温度作用而发射一定数量的红外线。所有绝对温度高于0开(—273oC或—459oF)的物体都会发射一定数量的红外线。这意昧着即便是温度极低的物体(如：冰、冬天在室外放置的钢铁等)也会产生热辐射。

　　物质能够以辐射的方式向外导热的能力被称为放射率。所有物质都具备或高或低的放射率。物质的放射率值为0至1，取决于物质本身的属性。只适用于一种称之为黑体的理论上的物质，通常，物体表面越粗糙、颜色越暗，它的放射率值越接近1。相反，反射能力越强的物质，其放射率的值越低。例如，经高度抛光的银和铜的放射率分别为0.02和0.03。抛光后的铁的放射率约为0.14至0.035：而红褐色的铁的放射率为0.61。一块能有效地阻止热辐射的普通玻璃的放射率为0.92。

　　热成像网络摄像机能检测到所有物体发出的热辐射。它能够形成黑白图像；同时为方便人们辨别不同的阴影，还可人为地给图像着色，见图2所示。

图2：所示为热成像/热感网络摄像在环境差中摄录出着色的图像

　　物体产生的热辐射还取决于其自身的温度，温度越高，产生的热辐射越强。温度越高，热成像也就越清晰。此外有些物质的放射率在中波红外频谱和长波红外频谱环境下有所差异。

　　在成像应用中放射率上的差异一般不重要。原因在于感光度决定了摄像机区分温度差异的能力。有时，热成像与色彩的亮度和对比度有关，这似乎有点奇怪，似乎对可见光光谱范围外的光线也起作用。这种现象出现的原因是摄像机以数字的方式记录颜色，这些颜色被称为伪色。每种颜色或者每种色调的细微差别代表不同的温度。通常，白色和红色代表较高的温度，绿色代表中间温度，而蓝色和紫色代表较低的温度。究其原因，最重要的一点是人眼辨识色彩阴影的能力比辨识灰度的能力强。

　　从成像技术与应用的角度，与热成像网络摄像机密切相联的是热成像探测器或称热感摄像机的传感器。其热成像探测器将是热感摄像机传感器的核心部件，它是热感摄像机技术指标与灵敏度高低的关键。为此将对其新型热成像探测器应用特征作研讨。而当今热成像探测器可大致分为以下两种类型：用于处理中波红外线(MWIR)的制冷式热成像仪和用于处理长波红外线(LWIR)的非制冷式热成像仪。