高端商業(yè)攝像機(jī)之所以稱為高端，是因?yàn)橄鄬?duì)普通攝像機(jī)而言有其得天獨(dú)厚的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，比如紅外熱成像技術(shù)的助力。本文便是重點(diǎn)講敘紅外熱成像技術(shù)在商用攝像機(jī)上的應(yīng)用、其相對(duì)于普通攝像機(jī)的種種優(yōu)勢(shì)以及其未來技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

　　紅外熱成像技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)

　　紅外熱成像的技術(shù)原理盡管相對(duì)復(fù)雜，但也并非不可言說，本文首先試著從熱輻射的產(chǎn)生、傳播、采集、熱紅外線、熱成像的原理以及熱成像技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)等方面來進(jìn)行紅外熱成像技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)的普及。

　　熱輻射的產(chǎn)生

　　自然界中，一切高于絕對(duì)零度(-273℃)的物質(zhì)每時(shí)每刻源源不斷地向外輻射與自身性質(zhì)、溫度相關(guān)的電磁波，我們稱這一現(xiàn)象為熱輻射現(xiàn)象。不同溫度下，物體所發(fā)出熱輻射的波長(zhǎng)不一樣：

　　37℃的人體，最大輻射出現(xiàn)在約9.3μm處;

　　300℃的饒鐵，最大輻射出現(xiàn)在約5.6μm處;

　　5500℃的太陽，最大輻射出現(xiàn)在約0.5μm處，此時(shí)熱輻射表現(xiàn)為可見光。

　　熱紅外線

　　通常我們?nèi)搜劭筛兄姶挪ǖ牟ㄩL(zhǎng)(可見光)在400到700納米之間，作為監(jiān)控輔助照明的紅外波長(zhǎng)在850納米，而波長(zhǎng)從2.0～1000微米的部分稱為熱紅外線。 我們周圍的物體只有當(dāng)它們的溫度高達(dá)1000℃以上時(shí)，才能夠發(fā)出可見光。相比之下，我們周圍所有溫度在絕對(duì)零度(-273℃)以上的物體，都會(huì)不停地發(fā)出熱紅外線。所以，熱紅外線(或稱熱輻射)是自然界中存在最為廣泛的輻射。紅外輻射與光波和無線電波一樣，是一種電磁波。

　　熱輻射的傳播

　　熱輻射的紅外線是一種電磁波，具有電磁波的一切物理特性, 電磁波在穿過大氣層時(shí)，會(huì)受到大氣層的反射、吸收和散射，因而使透過大氣層的電磁波能量受到衰減，電磁波通過大氣層較少被反射、吸收和散射的那些透射率高的波段成為大氣窗口，大氣窗口的光譜段主要有:微波波段(300-1GHz)、熱紅外波段(8-14μm)、中紅外波段(3.5-4μm)、可見光和近紅外波段(0.4-2.5μm)。

　　紅外線根據(jù)不同的應(yīng)用領(lǐng)域可劃分為四個(gè)更小的波段：

　　近紅外線波段：0.75μm—3μm;

　　中紅外線波段：3μm—6μm;

　　遠(yuǎn)紅外線波段：6μm—15μm;

　　極遠(yuǎn)紅外線波段：15μm—1000μm。

　　目前商業(yè)領(lǐng)域中常用的熱成像儀有8μm—14μm的長(zhǎng)波熱像儀和3μm—5μm的短波熱像儀以及一些針對(duì)特殊應(yīng)用的熱像儀。

　　熱輻射的采集

　　特殊材質(zhì)的鏡頭：高純鍺單晶具有高的折射系數(shù)，對(duì)紅外光透明，不透過可見光和紫外線。

　　熱紅外探測(cè)器：熱紅外探測(cè)器是熱成像攝像機(jī)的心臟，主要功能是將紅外輻射轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，探測(cè)器分為制冷型、非制冷型兩種。

　　制冷型：以光伏探測(cè)器為基礎(chǔ)，基于光子探測(cè)，集成低溫制冷器，用于給探測(cè)器降溫，這樣是為了使熱噪聲的信號(hào)低于成像信號(hào)，制冷型探測(cè)器成像質(zhì)量?jī)?yōu)秀，造價(jià)昂貴，體積較大;

　　非制冷型：以微測(cè)輻射熱計(jì)為基礎(chǔ)，基于熱探測(cè)，主要有多晶硅和氧化釩兩種探測(cè)器，非制冷型探測(cè)器成像質(zhì)量較好，造價(jià)較低，體積小。

　　·普通攝像機(jī)：采集可見光波段(0.4μm-0.76μm)、近紅外波段(0.76μm-1μm)的光。

　　·被動(dòng)式紅外熱成像攝像機(jī)：采集熱紅外波段(8μm-14μm)的光。

　　熱成像原理

　　熱成像攝像機(jī)的探測(cè)機(jī)理是利用目標(biāo)和背景或目標(biāo)各部分之間的輻射差異形成的紅外輻射特征圖像來發(fā)現(xiàn)和識(shí)別目標(biāo)。

　　紅外探測(cè)器輸出的圖像通常稱為“熱圖像”，由于不同物體甚至同一物體不同部位的輻射能力和它們對(duì)紅外線的反射強(qiáng)弱不同，利用物體與背景環(huán)境的輻射差異以及景物本身各部分輻射的差異，熱圖像能夠呈現(xiàn)景物各部分的輻射起伏，從而能顯示出景物的特征。

　　同一目標(biāo)的熱圖像和可見光圖像是不同，它不是人眼所能看到的可見光圖像，而是目標(biāo)表面溫度分布圖像，或者說，紅外熱圖像是把人眼不能直接看到目標(biāo)的表面溫度分布，變成人眼可以看到的代表目標(biāo)表面溫度分布的熱圖像。

　　熱成像的關(guān)鍵技術(shù)

　　被測(cè)目標(biāo)通過傳感器所采集到的數(shù)據(jù)，通過處理電路產(chǎn)生一種景物的熱圖像。紅外成像是唯一一種可以將熱信息瞬間可視化，并加以驗(yàn)證的診斷技術(shù),將不可見的輻射圖像轉(zhuǎn)變?yōu)槿搜劭梢姷?、清晰的圖像。

　　熱成像與可見光成像對(duì)比

　　成像方式對(duì)比

　　普通攝像機(jī)(被動(dòng)式)：通過采集場(chǎng)景中的可見光，從而生成圖像。

　　紅外攝像機(jī)(主動(dòng)式)：借助紅外發(fā)射燈主動(dòng)發(fā)射紅外光，通過采集場(chǎng)景中原有的光線及反射回來的紅外光，從而生成圖像。

　　熱成像攝像機(jī)(被動(dòng)式)：探測(cè)并采集被測(cè)場(chǎng)景中發(fā)出的紅外熱輻射，從而生成圖像。見表1

　　熱成像攝像機(jī)介紹

　　熱成像網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的主要結(jié)構(gòu)如圖1所示。根據(jù)紅外熱成像網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)性能，其具備的幾大特點(diǎn)介紹如下。

　　探測(cè)能力強(qiáng)

　　紅外熱成像網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)不但能在全黑的環(huán)境下工作，同時(shí)還可在強(qiáng)光、逆光、眩光的監(jiān)控環(huán)境下運(yùn)轉(zhuǎn)自如，此外，煙、霧、雨、雪、沙塵對(duì)其的影響也很有限，其探測(cè)能力之強(qiáng)絕非是一般攝像機(jī)可比擬的。

　　探測(cè)距離遠(yuǎn)

　　相對(duì)于普通攝像機(jī)而言，熱成像攝像機(jī)擁有更遠(yuǎn)的探測(cè)距離，見表2。

　　溫度辨識(shí)功能

　　熱成像網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)通過探測(cè)不同溫度物體發(fā)出的不同波長(zhǎng)的紅外熱輻射，從而辨識(shí)物體表面的溫度，見圖2。

　　此外，熱成像網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)也同樣繼承了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的優(yōu)良特性，如采用H.264編碼技術(shù)、全實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、可擴(kuò)展接入標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)軟件、有線/無線網(wǎng)絡(luò)傳輸功能、支持SD卡本地存儲(chǔ)，支持PoE網(wǎng)絡(luò)傳輸以及智能分析功能等等，通常傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)所具備的功能，熱成像網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)大多也同樣具備。

　　紅外熱成像技術(shù)的缺點(diǎn)

　　圖像對(duì)比度低，分辨細(xì)節(jié)能力較差：由于紅外熱成像儀靠溫差成像，而一般目標(biāo)溫差都不大，因此紅外熱圖像對(duì)比度低，使分辨細(xì)節(jié)能力變差;

　　不能透過透明的障礙物看清目標(biāo)：由于紅外熱成像儀靠溫差成像，而像窗戶玻璃這種透明的障礙物，使紅外熱成像儀探測(cè)不到其后物體的溫差，因而不能透過透明的障礙物看清目標(biāo);

　　成本高、價(jià)格貴：目前紅外熱成像儀的成本仍是限制它廣泛使用的最大因素，但一些新型的非制冷紅外焦平面陣列探測(cè)器的出現(xiàn)，提供了一種以低成本獲得高分辨力、高可靠性器件的有效手段。隨著科技的發(fā)展，關(guān)鍵技術(shù)的突破，同時(shí)伴隨加工效率的提升，今后紅外熱成像攝像機(jī)的成本將會(huì)大大降低。

　　熱成像攝像機(jī)應(yīng)用

　　尤其是針對(duì)一些特殊的應(yīng)用場(chǎng)所，如在惡劣天氣下的24小時(shí)全天候監(jiān)控、邊防與周界入侵自動(dòng)報(bào)警、火災(zāi)隱患的自動(dòng)識(shí)別、被遺棄的行李和包裹等遺留物體檢測(cè)、盜竊贓物查找、被埋尸體查找、公共場(chǎng)所的反恐監(jiān)控等等，若利用紅外熱成像技術(shù)作智能視頻監(jiān)控探測(cè)與識(shí)別，會(huì)更方便和容易，其應(yīng)用效果如圖3所示。

　　結(jié)語

　　來自HIS《視頻監(jiān)控全球市場(chǎng)2013年度白皮書》的報(bào)道，未來幾年，熱成像攝像機(jī)的市場(chǎng)將會(huì)更加開放，價(jià)格也會(huì)大幅下降。雖然熱成像技術(shù)一直運(yùn)用在商業(yè)安保中，不過還是未被商業(yè)化。2014年，其競(jìng)爭(zhēng)將會(huì)愈發(fā)激烈，同時(shí)新產(chǎn)品與新終端市場(chǎng)也會(huì)有新的突破。未來，熱成像攝像機(jī)在商業(yè)安防市場(chǎng)將面臨更大的機(jī)遇，同時(shí)也伴隨著各種挑戰(zhàn)。