視頻監控核心技術(shù)解析——紅外熱成像技術(shù)

　　紅外熱成像運用光電技術(shù)檢測物體熱輻射的紅外線(xiàn)特定波段信號，將該信號轉換成可供人類(lèi)視覺(jué)分辨的圖像和圖形，并可以進(jìn)一步計算出溫度值。紅外熱成像技術(shù)使人類(lèi)超越了視覺(jué)障礙，由此人們可以「看到」物體表面的溫度分布狀況。

　　隨著(zhù)監控場(chǎng)景變得越來(lái)越復雜，市場(chǎng)對霧霾、雨、雪等惡劣環(huán)境下及夜間的安全監控也提出了更高的要求，更低照度、更遠的監視距離、更寬的動(dòng)態(tài)范圍是監控攝像機不斷發(fā)展的目標。紅外熱成像技術(shù)因為探測能力強、探測距離遠等優(yōu)勢而被行業(yè)運用到攝像監視中，并與可見(jiàn)光攝像機搭配使用，真正實(shí)現全天候監控，并被廣泛運用于邊防、海防、森林防火、電力等行業(yè)。

　　目前的視頻監控系統主要采用的是可見(jiàn)光攝像機、人工監視和錄像相結合的方式進(jìn)行日常的安全防護?？梢?jiàn)光攝像機依賴(lài)光線(xiàn)成像，即使許多攝像機都具有超寬動(dòng)態(tài)、超低照度等功能，但在夜間、霧霾、雨、雪等惡劣天氣下，監視效果仍差強人意。如何實(shí)現更有效的監控，這就需要用到紅外成像技術(shù)。

　　在安防領(lǐng)域，紅外熱像儀又被俗稱(chēng)為紅外熱成像攝像機，其技術(shù)原理主要是物體發(fā)出的紅外輻射能通過(guò)光學(xué)鏡頭聚焦，然后傳遞至紅外探測器上。探測器將信息發(fā)送至傳感器電子元件，進(jìn)行圖像處理。電子元件將接收的數據轉換為能在標準視頻監控器或LCD顯示屏上，或者可在任意聯(lián)網(wǎng)計算機上顯示的圖像。

　　紅外熱像儀所顯示的是被測物體的紅外熱像圖。這種熱像圖與物體表面的熱分布場(chǎng)相對應，實(shí)質(zhì)上是被測目標物體各部分紅外輻射的熱像分布圖。由于信號非常弱，與可見(jiàn)光圖像相比，缺少層次和立體感，因此，在實(shí)際應用中為更有效判斷被測目標的紅外熱分布場(chǎng)，常采用一些輔助措施來(lái)增加儀器的實(shí)用功能，如圖像亮度對比度控制、實(shí)標校正、偽色彩描繪等。

　　談及紅外熱成像儀和紅外熱成像攝像機的不同，紅外熱成像技術(shù)在安防領(lǐng)域產(chǎn)品化應用主要指紅外熱成像網(wǎng)絡(luò )攝像機。相較于傳統熱成像儀，熱成像網(wǎng)絡(luò )攝像機能解決以前熱成像儀單一工作、安裝使用不便、需要大量的人力配備、數據不能及時(shí)有效的歸總、不能在線(xiàn)實(shí)時(shí)監控等一系列問(wèn)題，其能做到將熱成像監控信息納入整個(gè)網(wǎng)絡(luò )監控平臺中，實(shí)現無(wú)遺留的真正的全天候大范圍的監控。

　　通過(guò)網(wǎng)絡(luò )，可以將熱成像圖像實(shí)時(shí)傳回監控中心進(jìn)行分析。紅外熱成像儀只要能感知熱量溫度即可，對細節不會(huì )太在意;而紅外熱成像攝像機在技術(shù)上面會(huì )要求更高一點(diǎn)，因為它畢竟要求在溫度感應輻射這一塊靈敏度更高，最好能看出被測物體的大概輪廓。

　　紅外熱成像技術(shù)在智能視頻監控中的應用

　　由紅外熱成像技術(shù)的原理與特點(diǎn)可知，紅外熱成像技術(shù)能很好地應用于智能視頻監控系統中，并且往往是普通攝像監控所不能完成的。其具體的應用如下：

　　(一)能真正作到24h及惡劣氣候條件下的全天候的智能視頻監控

　　普通的視頻監控很難做到全天候的監控，如銀行的金庫、機要室、軍事要地、監獄以及核心辦公室等重要的監控區域，不可能完全做到全天候地有可見(jiàn)光，而沒(méi)有了可見(jiàn)光，普通視頻監控也就失去了其監控功能。要想夜晚監控，只能用日夜轉換攝像機加上紅外燈。而紅外熱成像儀，是被動(dòng)接受目標自身的紅外熱輻射，無(wú)論白天黑夜24小時(shí)均可以處于運行狀態(tài)而正常工作，并隨時(shí)對背景資料進(jìn)行分析，一旦發(fā)現變化，可以及時(shí)發(fā)出預/報警，并可以通過(guò)其他智能設備自動(dòng)對有關(guān)情況進(jìn)行處理與上報。

　　在雨、霧等惡劣的氣候條件下，由于可見(jiàn)光的波長(cháng)短，克服障礙的能力差，因而觀(guān)測效果差。而工作在8～14μm波長(cháng)的長(cháng)波紅外熱成像儀，其穿透雨、霧的能力較高，從而仍可以正常地觀(guān)測目標。因此，在夜間以及惡劣氣候條件下，采用紅外熱成像監控設備可以對各種目標，如人員、車(chē)輛等進(jìn)行24h智能監控。

　　(二)能對偽裝及隱蔽的目標進(jìn)行智能視頻監控與識別

　　一般，偽裝主要是防可見(jiàn)光觀(guān)測。因此，犯罪分子作案通常隱蔽在草叢及樹(shù)林中，因為野外環(huán)境的惡劣及人的視覺(jué)錯覺(jué)，容易產(chǎn)生錯誤判斷而識別不出來(lái)。而紅外熱像儀是被動(dòng)接受目標自身的熱輻射，當人體和車(chē)輛隱蔽在草叢及樹(shù)林中時(shí)，它的溫度及紅外輻射一般都遠大于草木的溫度及紅外輻射，因此很容易被自動(dòng)識別出來(lái)。

　　此外，普通監視攝像頭是無(wú)法看到發(fā)光物體表面掩蓋下所隱藏的物體的，如對被埋藏的盜竊物品、尸體等就不能有效地檢測識別出來(lái)。而利用紅外熱成像技術(shù)所研制的紅外熱成像儀則可以檢測識別出來(lái)，因為當某處的表面被弄亂時(shí)，該表面的熱輪廓也會(huì )被破壞，如翻過(guò)的土壤熱輻射和壓實(shí)的土壤熱輻射是不同的。因此，通過(guò)紅外熱成像儀的這種功能可以找到被埋藏的贓款贓物或被埋的尸體等。曾有一男子在搶銀行之后，將搶來(lái)的錢(qián)偷偷地埋在了小區公園的偏僻之處，但通過(guò)紅外熱像儀所監控到的小區公園圖像，很快地就發(fā)現了被埋藏在公園內的贓款。

　　(三)能進(jìn)行火災的智能視頻監控與識別

　　由于紅外熱成像儀是反映物體表面溫度而成像的設備，因此除了夜間可以作為現場(chǎng)監控使用外，還可以作為有效的防火報警設備。如在大面積的森林中，火災往往是由不明顯的隱火引發(fā)的，這是毀滅性火災的根源。用現有的普通監視系統，很難發(fā)現這種隱性火災苗頭。然而用飛機巡邏，采用紅外熱成像儀，則可以快速有效地發(fā)現這些隱火，并且可以準確判定火災的地點(diǎn)和范圍，即可透過(guò)煙霧發(fā)現著(zhù)火點(diǎn)，把火災消滅在萌芽階段。如加拿大森林研究中心，利用直升飛機采用AGA750便攜式熱成像儀，在一個(gè)火災季節中就發(fā)現了15次隱火。

　　在住宅小區、機場(chǎng)、碼頭、學(xué)校等人流密集的場(chǎng)所，通過(guò)紅外熱成像儀探測的紅外熱圖像，均能迅速及時(shí)監測到火災源頭，進(jìn)行預/報警，以便及時(shí)采取行動(dòng)進(jìn)行處理。

　　谷物糧倉往往會(huì )發(fā)生自燃現象，過(guò)去一般采用溫度計測量其溫度變化。而采用紅外熱像儀可以準確判定這些火災的地點(diǎn)和范圍，從而做到早知道早預防，早撲滅。

　　此外，即使是在火災過(guò)后，消防人員也能通過(guò)現場(chǎng)紅外熱成像儀的監視圖像，開(kāi)展對火災現場(chǎng)卓有成效地搜救工作。

　　(四)能對邊防、周界入侵進(jìn)行遠距離有效地監控與識別

　　利用紅外熱成像儀，可以探測到不同物體的紅外輻射，因而可以遠距離地進(jìn)行觀(guān)察，尤其適用于風(fēng)雨天氣。

　　此外，傳統的視頻監控技術(shù)只是對周?chē)默F象進(jìn)行實(shí)時(shí)的監控與記錄，在非智能的狀態(tài)下，無(wú)法完成有效的預/報警功能;而傳統的紅外對射技術(shù)，雖然能夠短距離地對入侵者進(jìn)行實(shí)時(shí)預/報警，卻無(wú)法認識入侵對象。而利用紅外熱成像技術(shù)可遠距離地對周邊入侵進(jìn)行監視，不僅能夠實(shí)時(shí)預/報警，而且能夠察看當時(shí)所入侵者的紅外監控圖像，從而做出分析，達到一般監視系統不易達到的效果。

　　(五)能對被遺棄的行李包裹等遺留物體進(jìn)行有效地檢測與識別

　　對于被遺棄的行李包裹等遺留物體，普通監控攝像頭由于受自然光成像的局限，只能看到行李包裹的外部特征，很難觀(guān)察到行李包裹內所裝的物品，因而無(wú)法對其進(jìn)行分析。但是，由于物體產(chǎn)生的熱量在發(fā)出紅外輻射的同時(shí)，還在物體周?chē)纬闪艘欢ǖ谋砻鏈囟确植紙?chǎng)，而不同物體的發(fā)熱功率也不盡相同，因而不同的物體內部所發(fā)出的熱擴散和物體表面溫度也是不同的。因此，利用紅外熱成像技術(shù)，可以輕而易舉地對行李包裹的內部物品進(jìn)行透視與分析。因為通過(guò)紅外熱成像技術(shù)所觀(guān)察到的行李包裹的紅外熱圖像，必然會(huì )呈現出其不同的表面溫度特征。通過(guò)智能分析行李包裹的紅外熱圖像的特征，即可推論出其內部物品的特征，從而就可對其進(jìn)行適當地處置。如可檢測分析識別出，被遺棄的行李包裹等遺留物體內部的可燃物與*等。六、結束語(yǔ)

　　由上看出，紅外熱成像技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)多，應用廣，因而最具發(fā)展潛力。而目前紅外焦平面陣列探測器有兩種類(lèi)型:一是低溫致冷工作的光量子型焦平面陣列探測器;二是非致冷工作的二極焦平面陣列探測器。雖然，目前第二種非致冷焦平面陣列探測器的靈敏度，要低于光量子型陣列，但其性能可以滿(mǎn)足大多數的軍事和幾乎所有的民用。因此，采用非致冷工作的焦平面陣列探測器的紅外熱成像儀，能真正實(shí)現小型化、低價(jià)格，是未來(lái)小型低成本應用的主流，未來(lái)必將大量應用于智能安防監控中，因而是最具前途和市場(chǎng)潛力的發(fā)展方向?！静糠謨热菡?賽斯維傳感器網(wǎng)】