視頻監(jiān)控核心技術(shù)解析——紅外熱成像技術(shù)

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

　　隨著監(jiān)控場景變得越來越復(fù)雜，市場對(duì)霧霾、雨、雪等惡劣環(huán)境下及夜間的安全監(jiān)控也提出了更高的要求，更低照度、更遠(yuǎn)的監(jiān)視距離、更寬的動(dòng)態(tài)范圍是監(jiān)控?cái)z像機(jī)不斷發(fā)展的目標(biāo)。紅外熱成像技術(shù)因?yàn)樘綔y能力強(qiáng)、探測距離遠(yuǎn)等優(yōu)勢而被行業(yè)運(yùn)用到攝像監(jiān)視中，并與可見光攝像機(jī)搭配使用，真正實(shí)現(xiàn)全天候監(jiān)控，并被廣泛運(yùn)用于邊防、海防、森林防火、電力等行業(yè)。

　　目前的視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要采用的是可見光攝像機(jī)、人工監(jiān)視和錄像相結(jié)合的方式進(jìn)行日常的安全防護(hù)?？梢姽鈹z像機(jī)依賴光線成像，即使許多攝像機(jī)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(jiān)視效果仍差強(qiáng)人意。如何實(shí)現(xiàn)更有效的監(jiān)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為紅外熱成像攝像機(jī)，其技術(shù)原理主要是物體發(fā)出的紅外輻射能通過光學(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(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為能在標(biāo)準(zhǔn)視頻監(jiān)控器或LCD顯示屏上，或者可在任意聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)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相對(duì)應(yīng)，實(shí)質(zhì)上是被測目標(biāo)物體各部分紅外輻射的熱像分布圖。由于信號(hào)非常弱，與可見光圖像相比，缺少層次和立體感，因此，在實(shí)際應(yīng)用中為更有效判斷被測目標(biāo)的紅外熱分布場，常采用一些輔助措施來增加儀器的實(shí)用功能，如圖像亮度對(duì)比度控制、實(shí)標(biāo)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(jī)的不同，紅外熱成像技術(shù)在安防領(lǐng)域產(chǎn)品化應(yīng)用主要指紅外熱成像網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)。相較于傳統(tǒng)熱成像儀，熱成像網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)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(shù)據(jù)不能及時(shí)有效的歸總、不能在線實(shí)時(shí)監(jiān)控等一系列問題，其能做到將熱成像監(jiān)控信息納入整個(gè)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控平臺(tái)中，實(shí)現(xiàn)無遺留的真正的全天候大范圍的監(jiān)控。

　　通過網(wǎng)絡(luò)，可以將熱成像圖像實(shí)時(shí)傳回監(jiān)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(duì)細(xì)節(jié)不會(huì)太在意;而紅外熱成像攝像機(jī)在技術(shù)上面會(huì)要求更高一點(diǎn)，因?yàn)樗吘挂笤跍囟雀袘?yīng)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(jiān)控中的應(yīng)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(yīng)用于智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，并且往往是普通攝像監(jiān)控所不能完成的。其具體的應(yīng)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(jiān)控

　　普通的視頻監(jiān)控很難做到全天候的監(jiān)控，如銀行的金庫、機(jī)要室、軍事要地、監(jiān)獄以及核心辦公室等重要的監(jiān)控區(qū)域，不可能完全做到全天候地有可見光，而沒有了可見光，普通視頻監(jiān)控也就失去了其監(jiān)控功能。要想夜晚監(jiān)控，只能用日夜轉(zhuǎn)換攝像機(jī)加上紅外燈。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24小時(shí)均可以處于運(yùn)行狀態(tài)而正常工作，并隨時(shí)對(duì)背景資料進(jìn)行分析，一旦發(fā)現(xiàn)變化，可以及時(shí)發(fā)出預(yù)/報(bào)警，并可以通過其他智能設(shè)備自動(dòng)對(duì)有關(guān)情況進(jìn)行處理與上報(bào)。

　　在雨、霧等惡劣的氣候條件下，由于可見光的波長短，克服障礙的能力差，因而觀測效果差。而工作在8～14μm波長的長波紅外熱成像儀，其穿透雨、霧的能力較高，從而仍可以正常地觀測目標(biāo)。因此，在夜間以及惡劣氣候條件下，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24h智能監(jiān)控。

　　(二)能對(duì)偽裝及隱蔽的目標(biāo)進(jìn)行智能視頻監(jiān)控與識(shí)別

　　一般，偽裝主要是防可見光觀測。因此，犯罪分子作案通常隱蔽在草叢及樹林中，因?yàn)橐巴猸h(huán)境的惡劣及人的視覺錯(cuò)覺，容易產(chǎn)生錯(cuò)誤判斷而識(shí)別不出來。而紅外熱像儀是被動(dòng)接受目標(biāo)自身的熱輻射，當(dāng)人體和車輛隱蔽在草叢及樹林中時(shí)，它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，因此很容易被自動(dòng)識(shí)別出來。

　　此外，普通監(jiān)視攝像頭是無法看到發(fā)光物體表面掩蓋下所隱藏的物體的，如對(duì)被埋藏的盜竊物品、尸體等就不能有效地檢測識(shí)別出來。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(shí)別出來，因?yàn)楫?dāng)某處的表面被弄亂時(shí)，該表面的熱輪廓也會(huì)被破壞，如翻過的土壤熱輻射和壓實(shí)的土壤熱輻射是不同的。因此，通過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，將搶來的錢偷偷地埋在了小區(qū)公園的偏僻之處，但通過紅外熱像儀所監(jiān)控到的小區(qū)公園圖像，很快地就發(fā)現(xiàn)了被埋藏在公園內(nèi)的贓款。

　　(三)能進(jìn)行火災(zāi)的智能視頻監(jiān)控與識(shí)別

　　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)場監(jiān)控使用外，還可以作為有效的防火報(bào)警設(shè)備。如在大面積的森林中，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)有的普通監(jiān)視系統(tǒng)，很難發(fā)現(xiàn)這種隱性火災(zāi)苗頭。然而用飛機(jī)巡邏，采用紅外熱成像儀，則可以快速有效地發(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，即可透過煙霧發(fā)現(xiàn)著火點(diǎn)，把火災(zāi)消滅在萌芽階段。如加拿大森林研究中心，利用直升飛機(jī)采用AGA750便攜式熱成像儀，在一個(gè)火災(zāi)季節(jié)中就發(fā)現(xiàn)了15次隱火。

　　在住宅小區(qū)、機(jī)場、碼頭、學(xué)校等人流密集的場所，通過紅外熱成像儀探測的紅外熱圖像，均能迅速及時(shí)監(jiān)測到火災(zāi)源頭，進(jìn)行預(yù)/報(bào)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(xiàn)象，過去一般采用溫度計(jì)測量其溫度變化。而采用紅外熱像儀可以準(zhǔn)確判定這些火災(zāi)的地點(diǎn)和范圍，從而做到早知道早預(yù)防，早撲滅。

　　此外，即使是在火災(zāi)過后，消防人員也能通過現(xiàn)場紅外熱成像儀的監(jiān)視圖像，開展對(duì)火災(zāi)現(xiàn)場卓有成效地搜救工作。

　　(四)能對(duì)邊防、周界入侵進(jìn)行遠(yuǎn)距離有效地監(jiān)控與識(shí)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(yuǎn)距離地進(jìn)行觀察，尤其適用于風(fēng)雨天氣。

　　此外，傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控技術(shù)只是對(duì)周圍的現(xiàn)象進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控與記錄，在非智能的狀態(tài)下，無法完成有效的預(yù)/報(bào)警功能;而傳統(tǒng)的紅外對(duì)射技術(shù)，雖然能夠短距離地對(duì)入侵者進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)/報(bào)警，卻無法認(rèn)識(shí)入侵對(duì)象。而利用紅外熱成像技術(shù)可遠(yuǎn)距離地對(duì)周邊入侵進(jìn)行監(jiān)視，不僅能夠?qū)崟r(shí)預(yù)/報(bào)警，而且能夠察看當(dāng)時(shí)所入侵者的紅外監(jiān)控圖像，從而做出分析，達(dá)到一般監(jiān)視系統(tǒng)不易達(dá)到的效果。

　　(五)能對(duì)被遺棄的行李包裹等遺留物體進(jìn)行有效地檢測與識(shí)別

　　對(duì)于被遺棄的行李包裹等遺留物體，普通監(jiān)控?cái)z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，很難觀察到行李包裹內(nèi)所裝的物品，因而無法對(duì)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)，還在物體周圍形成了一定的表面溫度分布場，而不同物體的發(fā)熱功率也不盡相同，因而不同的物體內(nèi)部所發(fā)出的熱擴(kuò)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(duì)行李包裹的內(nèi)部物品進(jìn)行透視與分析。因?yàn)橥ㄟ^紅外熱成像技術(shù)所觀察到的行李包裹的紅外熱圖像，必然會(huì)呈現(xiàn)出其不同的表面溫度特征。通過智能分析行李包裹的紅外熱圖像的特征，即可推論出其內(nèi)部物品的特征，從而就可對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)靥幹?。如可檢測分析識(shí)別出，被遺棄的行李包裹等遺留物體內(nèi)部的可燃物與*等。六、結(jié)束語

　　由上看出，紅外熱成像技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)多，應(yīng)用廣，因而最具發(fā)展?jié)摿Α６壳凹t外焦平面陣列探測器有兩種類型: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，但其性能可以滿足大多數(shù)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(xiàn)小型化、低價(jià)格，是未來小型低成本應(yīng)用的主流，未來必將大量應(yīng)用于智能安防監(jiān)控中，因而是最具前途和市場潛力的發(fā)展方向。【部分內(nèi)容摘自:賽斯維傳感器網(wǎng)】