智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)中引入紅外熱成像技術(shù)的探究

作者/姜正財，浙江大華技術(shù)股份有限公司；周川，東方網(wǎng)力科技股份有限公司

1.紅外熱成像技術(shù)概述

紅外熱成像技術(shù)是一種被動的紅外夜視技術(shù)，其原理是任何物體表面的溫度超過絕對零度時會輻射出不同的紅外線電磁信息，這些紅外線電磁信息載有物體的特征信息，通過這些信息可判別不同目標物的熱分布場及溫度的高低。借助這一特性，利用紅外光電技術(shù)，熱成像攝像機通過測量目標與背景或目標各部分之間的輻射差異，將物體輻射的功率信號轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)過放大處理形成視頻圖像。通俗的講，熱成像攝像機的作用，是將物體發(fā)出的不可見紅外能量轉(zhuǎn)變?yōu)槿搜劭勺R別的熱圖像的過程。

與傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)類似，紅外熱成像系統(tǒng)主要由光學鏡頭、紅外探測器、信號處理系統(tǒng)、電源組件、防護罩等構(gòu)成。

光學系統(tǒng)在接收被測目標的紅外輻射后，經(jīng)光譜濾波將能量分布圖反映到紅外探測器陣列的各光敏元上，通過探測器把紅外輻射轉(zhuǎn)變成電信號，再進行信號的放大，最后通過A/D轉(zhuǎn)換，送入微處理器進行視頻圖像的處理。

由于被測目標各部分的紅外輻射的熱像分布信號比較微弱，因此需要進行實際校正與偽彩色描繪、對比度與圖像亮度的控制等處理，之后再送到視頻信號形成部分進行D/A轉(zhuǎn)換形成標準的視頻信號，最后通過監(jiān)視器顯示出被測物的紅外熱像圖。

2.紅外線熱成像技術(shù)的優(yōu)缺點

2.1 紅外線熱成像技術(shù)的優(yōu)點

紅外熱成像技術(shù)利用目標物自身發(fā)射的熱輻射成像，從根本上解決了夜間的成像探測和觀察問題。與傳統(tǒng)可見光監(jiān)控技術(shù)相比，紅外熱成像技術(shù)具備三大功能優(yōu)勢：一是將人眼的觀察范圍擴展到紅外光譜區(qū)；二是極大提高系統(tǒng)觀察的靈敏度；三是獲得客觀世界與熱運動相關(guān)的信息。

此外，紅外熱成像技術(shù)還具備以下優(yōu)點：

2.1.1 隱蔽性好

紅外線熱成像技術(shù)是一種對目標進行非接觸式的檢測和識別，其隱蔽性好，不容易被發(fā)現(xiàn)，可最大限度的保障操作者的安全。

2.1.2 精準度高

應(yīng)用紅外線熱成像技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對遠距離熱目標的精準跟蹤，并且可同時對多個目標進行跟蹤，實現(xiàn)跟蹤效率的提升。

2.1.3 穩(wěn)定性強

紅外線熱成像技術(shù)通過對熱紅外輻射來成像，不易受到電磁干擾，可實現(xiàn)在完全無光的環(huán)境下進行監(jiān)控，抑或是在雨、雪、大風、大霧等惡劣天氣環(huán)境下，仍然能夠清晰地實現(xiàn)對監(jiān)測目標的捕捉和跟蹤。

2.2 紅外線熱成像技術(shù)的缺點

2.2.1 無法透過透明障礙物看清楚目標

溫差是紅外線熱成像儀成像的主要因素，而當紅外線經(jīng)過像窗戶玻璃這種透明的障礙物時，紅外線熱成像儀就很難檢測到物體表面的溫差差異，從而導(dǎo)致很難在這種情況下看清楚目標物。因此，在使用紅外線熱成像儀的過程中一定要注意透明障礙物對紅外線熱成像儀的影響。

2.2.2 圖像對比度較低，細節(jié)分辨能力較差

由于紅外線熱成像儀是依靠溫差來實現(xiàn)成像的，在實際監(jiān)測過程中，監(jiān)測物目標相近部分的溫度差別一般不會太大，從而導(dǎo)致了最終成像的圖像的對比度較低，細節(jié)分辨方面有所欠缺。

3.紅外線熱成像技術(shù)在智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

紅外線熱成像技術(shù)，憑借其獨有的成像原理和出色的性能表現(xiàn)，給智能視頻監(jiān)控應(yīng)用領(lǐng)域留下了廣泛的應(yīng)用空間，包括但不限于以下幾個方面：

3.1 實現(xiàn)遠距離、大范圍的火災(zāi)監(jiān)測預(yù)警

傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控技術(shù)，受制于本身技術(shù)的限制，無法實現(xiàn)遠距離、大范圍的火災(zāi)監(jiān)測預(yù)警需求。尤其對于部分特殊行業(yè)，比如在森林防火領(lǐng)域，傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，無法滿足其防火監(jiān)測預(yù)警的需求，加上觀測距離近，誤報率高，易受雨雪大霧天氣環(huán)境因素影響等，給森林防火工作帶來極大的挑戰(zhàn)。

紅外熱成像技術(shù)在智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的成功應(yīng)用，給遠距離、大范圍的火災(zāi)監(jiān)測預(yù)警需求帶來了良好的技術(shù)手段。通過配置熱成像長焦鏡頭，可實現(xiàn)超遠距離的目標探測，比如實現(xiàn)對7～8km乃至十幾公里距離的火災(zāi)探測、目標物探測等。

通過紅外熱成像技術(shù)的實現(xiàn)原理我們知道，紅外熱成像可敏銳地捕捉到圖像畫面中目標物的溫度變化情況，因此，對于遠距離、大范圍的智能化場景監(jiān)控，比如森林防火領(lǐng)域，一旦發(fā)生火災(zāi)，紅外熱成像系統(tǒng)可在第一時間進行預(yù)警，以提醒指揮中心監(jiān)管人員注意，并啟動相應(yīng)的應(yīng)急措施，防止大范圍火災(zāi)的發(fā)生。

3.2 構(gòu)建全天候智能化監(jiān)控系統(tǒng)

紅外熱成像智能監(jiān)控系統(tǒng)不受低照度、太陽光照的干擾，在風、霜、雨、雪等惡劣天氣環(huán)境下，依然能夠準確地反饋目標場景，真正做到7×24小時的實時監(jiān)控。

通過與智能化算法的融合，紅外熱成像智能監(jiān)控系統(tǒng)，可實現(xiàn)夜間無光照條件下的智能化應(yīng)用，比如周界防范，拌線入侵、區(qū)域入侵，物品遺留等智能應(yīng)用。根據(jù)熱成像系統(tǒng)成像的特點，其不受許多周邊環(huán)境外在干擾，可排除類似汽車燈光變化，手電筒光照影響等給傳統(tǒng)智能化視頻監(jiān)控應(yīng)用帶來許多誤報的因素，大大提升智能監(jiān)控系統(tǒng)的準確性和可靠性。

3.3 有效監(jiān)測和發(fā)現(xiàn)電力系統(tǒng)運行故障

在智能電網(wǎng)及變電站領(lǐng)域，電器設(shè)備的故障常常會以發(fā)熱的形式表現(xiàn)出來，因此在電力系統(tǒng)的智能視頻監(jiān)控應(yīng)用系統(tǒng)中，引入紅外熱成像在線測溫技術(shù)可實現(xiàn)遠程缺陷智能診斷，設(shè)備故障智能化預(yù)警，綜合保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

通過對關(guān)鍵電力設(shè)備熱像特點、熱成像檢測區(qū)域及缺陷性質(zhì)判定標準的研究，來綜合構(gòu)建電力設(shè)備狀態(tài)診斷標準，建立電力設(shè)備運行故障診斷模型，同時，借助計算機視覺、視頻圖像處理與識別技術(shù)等，實現(xiàn)電力設(shè)備自動巡檢、關(guān)鍵區(qū)域精確測溫、趨勢分析和預(yù)警等，實現(xiàn)電力設(shè)備安全運行狀態(tài)的先知先覺，保證關(guān)鍵電力系統(tǒng)的安全運行。

3.4 全面防護石化領(lǐng)域安全生產(chǎn)

石化領(lǐng)域安全生產(chǎn)過程中，潛伏著許多易燃、易爆危險，各種傳送管道，隨著時間的推移，可能產(chǎn)生管壁腐蝕變薄、破損，管壁結(jié)垢堵塞，保溫層脫落等情況以及各種罐體、閥門的泄漏情況。

通過紅外熱成像智能監(jiān)控系統(tǒng)，能實時展現(xiàn)檢測管道、罐體、閥門等各處表面的溫度分布情況，即使發(fā)現(xiàn)異常的高溫、低溫區(qū)域，掌握管道、罐體等的損耗、裂縫和磨損情況，防止事故的發(fā)生和能耗的損失。

此外，利用紅外熱成像智能監(jiān)控系統(tǒng)，可實時監(jiān)測石化行業(yè)運用的各種電氣設(shè)備和配電系統(tǒng)的工作狀態(tài)，有效預(yù)防由于電氣設(shè)備熱故障造成的電氣和消防隱患，避免事故發(fā)生。

3.5 助力疫情防控實時監(jiān)測

在疫情防控領(lǐng)域，傳染性疾病的發(fā)生伴隨著人體體溫的升高，紅外熱成像技術(shù)主要是通過人體發(fā)出的紅外熱量輻射，來測定人體的體溫，通過體溫的測量，進而發(fā)現(xiàn)疑似患有傳染病的人員，從而采取相應(yīng)措施及時進行深度檢查，防止大范圍疫情的傳播。

紅外熱成像智能監(jiān)控系統(tǒng)在疫情防控實時監(jiān)測方面的深度應(yīng)用，可實現(xiàn)對多目標進行實時快速遠程精準測溫，精準定位超溫異常人員，具有非接觸、快速、大面積篩查、遠距離安全隱蔽、方便、直觀等優(yōu)點，有著非常廣泛的市場應(yīng)用潛力。

3.6 實現(xiàn)全天候、立體化邊海防監(jiān)管應(yīng)用

隨著我國對外開放的進一步深入，出入境人流量不斷上升，走私偷渡等犯罪活動也日益猖獗，加上我國邊境線漫長，邊境地理位置復(fù)雜，地形多變，給邊防管理部門的邊境管理工作帶來巨大挑戰(zhàn)。

邊海防智能化監(jiān)控系統(tǒng)，采用以現(xiàn)有的邊防哨所、軍事雷達、移動監(jiān)測船等監(jiān)測系統(tǒng)為基礎(chǔ)，結(jié)合海洋岸基超遠距離紅外熱成像視頻監(jiān)控系統(tǒng)，岸基多點布控的可見光智能監(jiān)控系統(tǒng)，以及無人機熱成像智能監(jiān)控系統(tǒng)等，對邊境異常、非法越境、非法偵測、非法地理信息測繪、非法軍事建筑物搭建等涉及危害國家安全的可疑行為進行綜合管控，構(gòu)建全天候、立體化的邊海防綜合監(jiān)管體系，全方位保障國家邊境安全。

4.結(jié)論

綜上所述，紅外熱成像技術(shù)性能優(yōu)越，應(yīng)用廣泛，有著巨大的發(fā)展空間和市場潛力。紅外熱成像技術(shù)在智能視頻監(jiān)控領(lǐng)域的深入應(yīng)用，可大大提升現(xiàn)有視頻監(jiān)控系統(tǒng)的智能化水平，拓寬傳統(tǒng)視頻監(jiān)控的行業(yè)智能化應(yīng)用方向，挖掘各行業(yè)細分領(lǐng)域中智能視頻監(jiān)控的深入應(yīng)用潛能，以滿足新時期下各行業(yè)的新發(fā)展、新需求，從而構(gòu)建更加全面的智能化監(jiān)控系統(tǒng)。

* [1]龍俊飛.紅外熱成像技術(shù)及其在智能視頻監(jiān)控中的應(yīng)用[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā),2015,(02)∶48，112.

* [2]朱青田.探討紅外熱成像技術(shù)在智能視頻監(jiān)控中的應(yīng)用[J].電子制作 ,2016,(17)∶34，36.

* [3]王海朋.紅外智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的研究[D].青島科技大學,2014.