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后疫情時(shí)代 熱成像技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展前景探索

時(shí)間:2022年05月30日    瀏覽數(shù):

  紅外熱成像儀最早應(yīng)用在軍事領(lǐng)域,例如夜間觀測、導(dǎo)彈制導(dǎo)等。從上世紀(jì)90年代到今天,紅外熱成像技術(shù)才真正實(shí)現(xiàn)民用的階段,美國FSI公司首先研制出軍用轉(zhuǎn)民用的紅外熱成像設(shè)備,利用和國內(nèi)外焦平面陣列探測器(集成大量敏感元)取代了復(fù)雜的光學(xué)元件和光機(jī)掃描結(jié)構(gòu),重量小于2KG,便攜性大大提高。隨著紅外成像技術(shù)的發(fā)展與成熟,各種適用于民用的低成本紅外成像設(shè)備不斷推出,在各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用,應(yīng)用場景也逐漸擴(kuò)大。尤其是在2020年春節(jié)前后,一場全國響應(yīng)的新冠疫情防控阻擊戰(zhàn)打響。在這場阻擊戰(zhàn)中,作為疫情檢測的第一道關(guān)口,紅外熱成像體溫篩查在疫情防控攻堅(jiān)戰(zhàn)中發(fā)揮了重要作用。本文將對后疫情時(shí)代 熱成像技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展前景探索做些簡單分析。

  應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展

  目前,紅外熱成像技術(shù)的應(yīng)用正在變得越來越普及,涉及安檢、安防、交通、消防、醫(yī)療、電力等眾多領(lǐng)域。

  1、安防監(jiān)控

  隨著安防監(jiān)控行業(yè)的發(fā)展以及社會(huì)對安防需求的日益提高,夜晚可見光器材由于觀測距離短,而如果采用人工照明的手段,增加觀測距離,則容易暴露目標(biāo),其已經(jīng)不能滿足人們對夜晚監(jiān)控的需求。在安防領(lǐng)域,紅外熱像儀是一個(gè)非常有效的設(shè)備,可以遠(yuǎn)距離探測和發(fā)現(xiàn)目標(biāo),彌補(bǔ)紅外攝像機(jī)的不足。

  紅外熱像儀現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于安全防范系統(tǒng)中,成為安全監(jiān)控系統(tǒng)中的明星。由于紅外熱像儀具有隱蔽式探測功能,因?yàn)闆]有光的需要,所以省去了制造可見光的費(fèi)用,入侵者甚至無法知道他們正在被監(jiān)視。而且具有穿透煙、霧、雨水、煙云等惡劣情況持續(xù)工作,可視距離達(dá)數(shù)公里,非常適合邊境巡邏、暴力防御、夜間偵察、工業(yè)安防、設(shè)備安防、碼頭港口安防、商業(yè)安防等領(lǐng)域。

  2、機(jī)場安檢

  機(jī)場、海關(guān)是比較特殊的場所,在白天用普通攝像機(jī)很容易監(jiān)視和跟蹤目標(biāo),但在夜間,普通攝像機(jī)存在一定的局限性,這是由于普通攝像機(jī)是利用可見光成像,黑夜或光線不好的環(huán)境下成像效果不佳,可能導(dǎo)致誤報(bào),而采用紅外熱成像攝像機(jī)就可輕松解決該問題。自從新冠狀疫情全球爆發(fā)以來,傳統(tǒng)的體溫安全監(jiān)測模式已無法滿足機(jī)場、海關(guān)等國內(nèi)或出入境旅客的安全順暢通行,而利用紅外熱成像技術(shù)的體溫監(jiān)測系統(tǒng)則可有效提高旅客的通行效率。

  3、電力

  電力行業(yè)在預(yù)防檢測領(lǐng)域中是目前應(yīng)用最成熟、最穩(wěn)定的。作為最有效的在線電力檢測手段,紅外熱成像技術(shù)可以快速地對電力設(shè)備進(jìn)行檢修,從而有效降低設(shè)備檢修的時(shí)間成本和提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性。未來我國電力行業(yè)大約需要2.5萬臺(tái)紅外熱像儀,其中百萬像素的高端熱像儀約1萬臺(tái),可以帶來25億元左右的產(chǎn)值。利用紅外熱成像進(jìn)行電力檢測的優(yōu)點(diǎn)有很多:遠(yuǎn)離設(shè)備,安全性強(qiáng);非接觸式測溫,不影響設(shè)備運(yùn)行;掃描速度快,節(jié)省時(shí)間;測溫范圍寬,精度高;監(jiān)測到位,可準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷。重要區(qū)域的發(fā)電、配電及變電站均可配備高端的紅外成像監(jiān)控設(shè)備。

  4、醫(yī)療

  當(dāng)溫度高于絕對零度(-273°C)以上的任何物體都會(huì)產(chǎn)生紅外輻射,人作為天然的紅外能量載體,需要持續(xù)不斷的朝周圍散發(fā)紅外輻射能量以維持自身體溫的恒定。紅外熱成像技術(shù)便是通過儀器采集人體體表向外輻射出的紅外波,借助計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)化處理,最終將人體體表的紅外輻射信息轉(zhuǎn)化成能夠通過肉眼可直接觀察到紅外熱圖,并且人體體表的溫度變化都能快速的顯示并加以分析。

  5、交通

  紅外熱像儀可根據(jù)道路上行人、車輛產(chǎn)生的不同溫度信號(hào)呈現(xiàn)出熱圖像,從而實(shí)現(xiàn)檢測功能。紅外熱成像儀的優(yōu)勢在于不需要借助道路上的任何光源即可正常工作,并且不會(huì)因太陽直射而無法成像。因此無論明暗,紅外熱像儀都可提供全天候24小時(shí)不間斷的行人與非機(jī)動(dòng)車檢測。當(dāng)行人或車輛進(jìn)入該區(qū)域后,與熱像傳感器連接的智能軟件將會(huì)觸發(fā)檢測并將信號(hào)傳輸至交通信號(hào)控制機(jī)。

  6、消防

  基于熱成像測溫相機(jī)距離遠(yuǎn)、準(zhǔn)確率高等特性,在智慧消防領(lǐng)域可以應(yīng)用在“早期火災(zāi)預(yù)期”?;馂?zāi)發(fā)生時(shí),一般都需要經(jīng)過初期物體表面溫度升高,冒出煙霧,起明火的過程,在這個(gè)過程中如果可以在火災(zāi)初期檢測到溫度異常并及時(shí)發(fā)現(xiàn)、解決,就可以避免很多不必要的損失。市場上常見的早期火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)主要是基于光電感煙技術(shù),無法對溫度上升進(jìn)行報(bào)警。而熱成測溫相機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)迅速靈敏的溫升報(bào)警,同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)火情的可視化,滿足消防重點(diǎn)區(qū)域的火災(zāi)預(yù)警需求。

  未來趨勢

  1、功能進(jìn)一步豐富

  由于紅外熱成像具有隱蔽性好、抗干擾性強(qiáng)、目標(biāo)識(shí)別能力強(qiáng)、全天候工作等特點(diǎn),在軍事和民用領(lǐng)域都發(fā)揮著越來越重要的作用。隨著紅外熱成像技術(shù)的發(fā)展與成熟,在民用領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用;在軍用領(lǐng)域,為充分發(fā)揮紅外熱成像的優(yōu)勢,其應(yīng)用的范圍會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大,且應(yīng)用趨向于進(jìn)一步高端化。

  2、多光譜融合技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展

  隨著紅外探測器技術(shù)的不斷進(jìn)步,在短短幾年內(nèi)主流紅外圖像分辨率已經(jīng)從320×240、384×288升級到640×480、640×512,更高分辨率的探測器如1024×768、1280×1024也開始從樣品逐漸進(jìn)入正式產(chǎn)品。分辨率的提高使紅外圖像顯示效果更加細(xì)膩,是紅外行業(yè)技術(shù)發(fā)展的大勢所趨。圖像數(shù)據(jù)量的劇增給機(jī)芯技術(shù)帶來了巨大挑戰(zhàn),需要機(jī)芯從設(shè)計(jì)上顯著提升數(shù)據(jù)帶寬和存儲(chǔ)器容量,提高圖像處理算法的運(yùn)行效率,才能實(shí)現(xiàn)對高分辨率紅外圖像的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理。未來低功耗嵌入式電路設(shè)計(jì)的機(jī)芯技術(shù)將不斷創(chuàng)新升級,不斷適應(yīng)紅外圖像分辨率的增大。

  3、分辨率不斷增大,像元尺寸不斷減小

  紅外探測器技術(shù)的不斷進(jìn)步,促使短短幾年內(nèi)主流紅外圖像分辨率已經(jīng)從320×240升級到更高分辨率的1024×768,而1280×1024級別的探測器也開始從樣品逐漸進(jìn)入正式產(chǎn)品。分辨率的提高使紅外圖像顯示效果更加細(xì)膩,是紅外行業(yè)技術(shù)發(fā)展的大勢所趨。

  隨著探測器陣列規(guī)模的擴(kuò)大,探測器的像元尺寸也在不斷減小,幾年來主流非制冷探測器的像元尺寸已經(jīng)從25μm減小至17μm、12μm,最近10μm像元尺寸的非制冷探測器也已經(jīng)推出。像元尺寸的減小給紅外產(chǎn)品帶來的好處是:在同等鏡頭焦距情況下提升了空間分辨率,增大了作用距離;或是在同等空間分辨率情況下減小了鏡頭焦距,從而減小鏡頭尺寸,縮減最終產(chǎn)品的體積和重量。但是像元尺寸不能無限制減小下去,12μm和10μm像元尺寸已經(jīng)接近了非制冷探測器感應(yīng)光譜8~12μm的物理衍射極限,幾乎無法再進(jìn)一步減小。像元尺寸的減小也給紅外光學(xué)鏡頭帶來了挑戰(zhàn),當(dāng)像元尺寸接近衍射極限時(shí),光學(xué)鏡頭設(shè)計(jì)的難度迅速增大,對光學(xué)設(shè)計(jì)的彌散斑尺寸給出了嚴(yán)格限制,對光學(xué)像差控制提出了更為苛刻的要求。

  隨著我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展,國內(nèi)紅外成像產(chǎn)品的普及,市場對于紅外熱成像儀的需求也日趨旺盛。除了傳統(tǒng)應(yīng)用行業(yè)外,未來將有更多新興市場需求成為紅外成像市場新的增長極。且隨著工藝的不斷進(jìn)步,紅外產(chǎn)品的成本和價(jià)格趨于降低,產(chǎn)品種類逐步多樣化,這將為未來的紅外產(chǎn)業(yè)提供更加廣闊的民用市場。

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(轉(zhuǎn)自中國安防行業(yè)網(wǎng))