红外热成像技术的应用(红外热成像检测技术的系统组成)

随着我国经济技术的长期可持续性发展，我国各项基于高精专类的成像技术也得到了长足的进步，尤其前景一向看好的远红外热成像技术更是独占鳌头，在军、民行业领域不断崭露头角，并在专业技术水平上持续提升。本文探讨了红外热成像技术的成像功能及相关应用环节的技术参数，并针对其成像特性在安防、单兵单警装备及测温防疫等领域的实际应用进行了分析，此外还在应用环节的实际需求对其发展提出了一些建议。

一、成像技术概述

成像技术按照成像波段及原理的不同可分为：可见光成像技术、近红外成像技术（一般指通过近红外补光的成像技术）和热红外成像技术，其中热红外成像技术包括中红外成像技术（通常指3μm～5μm的红外成像技术）和远红外成像技术（简称远红外热成像技术）。本文所述红外热成像技术为远红外热成像技术即为7μm～25μm的远红外成像技术，非专业技术定为高于绝对零度（即-273.15℃）的物体都会发出红外热能，该热能可以被人类现有技术捕捉、检测和测量。远红外热成像技术亦可理解为通过捕捉肉眼无法实现的绝对零度以上物体发出的红外热能并以人眼可以接受的方式编码成图像被人眼感知的成像技术，以达到拓展人眼的可视光谱波段，使人眼能感应更长的光谱范围。

由于红外热成像吸收红外波段（7μm～25μm）的特殊性，因此对其选择的配套镜头也具有严格的光学要求和材料成份要求。锗是一种类似于硅的半金属元素，在可见光世界中是完全不透明的，但在红外世界中却是透射率很高的物质，红外热成像专用镜头多采用锗类（或其他在红外光谱中通过率较高的材料）等材料制造成的。

二、红外热成像技术在传统安防领域的成像应用

红外热成像技术作为一种新型、安全、可靠的成像技术被安防领域大多数人所认知，且以其独特的成像优势（如不依赖光线、可透雾、可透弥烟以及可透中等气候条件下的雨雪等）被安全防范领域广为应用。

早期安防领域采用红外热成像技术是在视频监控领域和视频事件分析领域。安防领域普遍应用的红外热成像设备的成像分辨率只有160×120、240×180、320×240、384×288、640×480像素，其成像清晰度甚至比不上模拟视频监控时代的600TVLINE（相当于44万有效像素），即便如此其抗恶劣环境条件的成像优势仍能有效秒杀当今成像领域的K级成像设备，尤其是在军警安全防范领域的应用和技术功能的延伸，更是好评如潮。

近年来随着我国强国计划的强“芯”计划发展，目前我国本土红外热成像芯片级探测器从试验阶段日趋成熟向全面市场普及阶段发展，其“芯”级国产化成为热成像技术的发展方向，为突破欧美发达国家的技术垄断及产品禁运成为可能。目前，国内主流红外热成像的图像分辨率已经从384×288升级到640×512、1280×1024等高分辨率探测器成像水平，这为红外热成像技术在军、警、民三维度全方位发展提供了可能，为红外热成像技术在传统安防行业各领域实现持续快速增长打下了良好的基础。

我国传统安防行业涉猎应用场景多、需求各异、使用者对成像标准的要求迥异，所以在安防领域除了对红外热成像的成像分辨率有要求之外，也需要以现场应用环节为依据为红外热成像器件选配不同类型的红外热成像镜头。红外热成像器件与镜头的搭配选择技术原理与可见光视频监控装置一致，其镜头焦距、视场大小、工作距离及镜头光学倍率可根据特定参数计算。

现根据传统安防行业对红外热成像应用方向的不同做如下技术浅解：

1. 定点安防视频监控领域的成像与监测

该类红外热成像设备主要服务于全天候昼夜成像视频监控系统，采用的主流红外热成像器件的分辨率为320×240、384×288、640×480、640×512像素，配套采用的镜头多为定焦或变焦镜头，如采用变焦镜头要考虑到用户操作方便可选择带自动聚焦功能的变焦镜头。索斯克科技结合用户使用需求，立足自身技术优势研发生产的长焦镜头自动聚焦装置，为安防行业领域各类长焦镜头实现自动聚焦功能提供了优秀的解决方案。

（1）云台类遥控红外热成像视频监控装置多采用变焦镜头，因为配合云台旋转方位的不同、场景发生变化，其监控目标景深发生变化，采用变焦镜头更符合现场多角度全方位监控目标的使用要求，目前可根据监控目标距离的不同计算出所要匹配。

（2）固定类红外热成像视频监控装置多采用定焦镜头，定焦镜头可根据监测目标不同和成像要求的不同可配套选择不同焦距段和不同成像角度的定焦镜头。

2.移动式安防视频监控领域的成像与监测

移动式视频监控领域目前主要涉猎目标载体为车辆或者船艇。该类配套应用的红外热成像视频装置除了对红外热成像分辨率和选配镜头有要求外，且要求具备高IP等级如IP66或者IP67，部分护罩表面处理工艺需具备防盐雾功能，特种环境还需具备防爆功能。

3.空对地领域的非接触式成像与监测

空对地非接触式红外热成像装置其主要载体为飞机（有人或无人两种），目前应用较多的载体是无人机，除了军警行业采用此项成像与监测技术外，在我国测绘领域、海事、水利、航道、农牧、森林消防、野外救援等行业安全领域被广泛应用。除了具备移动式视频监控装置的特殊要求外，其外观造型为减少空中风阻，多设计为球型（专业领域中称其为吊舱，其空中探测图像如图1所示）。

三、红外热成像技术在生产制造领域的应用

工业技术和制造业技术的产业化、规模化发展为红外热成像技术在生产制造领域带来了新的应用环节。

1.材料测试领域的成像与检测

红外热成像技术在材料测试领域的成像与检测为保障工业生产和制造业科学化合理化运营提供了有效的技术保障。其利用材料的热导流方向，通过红外热成像的温度差异成像，查看材料内部和表面热导流视频或者图像达到分析材料的是否有内部损伤或者外部缺陷。其应用视图效果如图2所示。

一是无损和无接触材料测试，适用于自动化产线的动态实时监测；二是检测塑料中的层结构和嵌件的稳合程度；三是汽车和航空航天工业的CFRP中检测；四是室内结构研究及其对蜂窝轻质结构的无损探测；五是识别更隐蔽的深层材料缺陷，如塑料部件中的或激光焊缝破裂等。

2.化学领域的成像与检测

红外热成像同样在化学领域打造了全新的应用环节。在危险和非危险化学材料行业中，红外热成像可以检测化学过程产生的热流和温度；可以更容易地捕捉反应过程的视频和图像，且可高精度测量温度分布区域或温度变化曲线，为分析整个化学反应工艺链提供可靠依据。更重要的是红外热成像的非侵入性和非接触性保障了使用者在安全距离内完成相关工作，保障了研究人员和操作人员的个人安全。其应用场景视图如图3所示。

3.电气机械制造领域的成像与检验

红外热成像技术在弱电系统可监测电气装置的工作状态和工作热曲线，以评估设备工作稳定性或评估线路板的工作故障点。在强电系统中其同样扮演着重要防护角色，它不仅可以防止人员与这些系统或高温高压电路直接接触，还可以在不中断设备工作的前提下进行检测设备工作状态和工作性能。

四、红外热成像技术在医学领域的应用

红外热成像技术在医学领域的应用最早起源于韩国，主要用于整容业内观察拉皮或植皮后的皮下组织是否发炎等，以便更好地监控整容后的皮肤恢复程度。随着医学技术和大健康时代的到来，红外热成像技术赋予了医学领域更加广泛的应用范畴。

1.医疗保健领域的成像与检测

在医疗保健领域，无论是人类还是动物，红外热成像应用比比皆是。首先，红外热成像技术被用来帮助更早地检测癌症，定位关节炎的来源，甚至在人体循环问题变得严重之前捕捉到病源部位，达到医疗保健级的早发现早治疗，以减少病发时的痛苦和缩短治疗周期。其次，红外热图像对脊髓损伤的监测也是近些年来医疗领域发展的新方向，解决了脊髓损伤后植物神经功能紊乱所致的皮肤排汗功能障碍及血循环、温差等问题，为科研、临床提供了诊断、随访和疗效的客观依据。再次，红外热成像也能有效检测出心脏疾病或者心脏供压不足等导致毛细血管等流血不畅或堵塞所引起的指端温度降低等综合病症。其成像效果如图4所示。

2.非接触式医学发热领域的成像与检测筛排查

红外热像仪在医学上的应用范围远不止治疗领域上的，随着技术的发展，它的医学用途得到更宽的拓展，如在人体发热领域的快速筛排查。

热活动贯穿于人类生命的全过程，热活动规律是生命活动的基本规律。红外热成像技术的精准热感应能力使其在新冠抗疾过程中演绎着重要身份属性。在新冠疫情期间，其非触式图像精准测温功能配合了先进的可见光人脸识别功能，让防疫手段有“技”可依，有“迹”可寻。

五、红外热成像技术在林草消防领域的应用

由于红外热成像的远程测温感应能力优异，且根据图像甄别需求，可将测温数据叠加回传显示在视频图像中，这一特性使其在林草野外消防领域广泛应用。

考虑到野外林草消防的监控范围大、林木遮挡及气候复杂等因素，用在林草消防的红外热成像除了具备测温的超温预警及温度值数显功能外，设备还应具备极强的耐候性和防尘防水防盐雾能力，同时需要采用重型数字全方位云台，并将设备建设在高于林木的铁塔上才能满足全天候林草消防需求。在一些林草资源自燃重灾区，所采用的红外热成像系统还需前置GPU计算预分析功能。索斯克科技为林草消防提供的红外热成像系统就具备视频综合计算和分析能力，可精准定位超温点的经纬度及GPS或北斗定位信息，且能有效地计算出过火或超温的林草区域面积，为有效调动消防资源提供有效应急预案信息。

六、结论

综上所述，红外热成像从二战开始的军事身份到现在广泛应用在日常生活当中，为人们的生产生活提供了专业的技术支持和安全保障，未来希望红外热成像技术还能帮助各行业科学领域进一步探索人类自身及外界宇宙的更多奥秘。