第一篇：紅外熱成像技術在采油廠生產過程監控中的應用

紅外熱成像技術在采油廠生產過程監控中的應用

智能視頻監控技術是計算機視覺和模式識別技術在視頻監控領域的應用，它能對視頻圖像中的目標進行自動地監測、識別、跟蹤和分析，從而為用戶提供對監控和預警有用的關鍵信息。尤其是在一些特殊的應用場所，如在惡劣天氣下24h全天候監控、邊防與周界入侵自動報警、火災隱患的自動識別、輸油管線漏油檢測等等，若利用紅外熱成像技術作智能視頻監控探測與識別，更顯得方便而容易。下面就介紹一下紅外熱成像技術以及它在采油廠生產過程監控中的應用等。

一、紅外熱成像系統的組成及工作原理

紅外熱成像技術是一種被動紅外夜視技術，其原理是基于自然界中一切溫度高于絕對零度(-273℃)的物體，每時每刻都輻射出紅外線，同時這種紅外線輻射都載有物體的特征信息，這就為利用紅外技術判別各種被測目標的溫度高低和熱分布場提供了客觀的基礎。利用這一特性，通過光電紅外探測器將物體發熱部位輻射的功率信號轉換成電信號后，成像裝置就可以一一對應地模擬出物體表面溫度的空間分布，最后經系統處理，形成熱圖像視頻信號，傳至顯示屏幕上，就得到與物體表面熱分布相對應的熱像圖，即紅外熱圖像。

紅外熱成像儀，可以分為致冷型和非致冷型兩大類。目前，新的熱成像儀主要采用非致冷焦平面陣列技術，集成數萬個乃至數十萬個信號放大器，將芯片置于光學系統的焦平面上，無須光機掃描系統而取得目標的全景圖像，從而大大提高了靈敏度和熱分辨率，并進一步地提高目標的探測距離和識別能力。非致冷焦平面紅外熱成像系統由光學系統、光譜濾波、紅外探測器陣列、輸入電路、讀出電路、視頻圖像處理、視頻信號形成、時序脈沖同步控制電路、監視器等組成。系統的工作原理是：由光學系統接受被測目標的紅外輻射經光譜濾波將紅外輻射能量分布圖形反映到焦平面上紅外探測器陣列的各光敏元上，探測器將紅外輻射能轉換成電信號，由探測器偏置與前置放大的輸入電路輸出所需的放大信號，并注入到讀出電路，以便進行多路傳輸。高密度、多功能的CMOS多路傳輸器的讀出電路能夠執行稠密的線陣和面陣紅外焦平面陣列的信號積分、傳輸、處理和掃描輸出，并進行A/D轉換，以送入微機作視頻圖像處理。由于被測目標物體各部分的紅外輻射的熱像分布信號非常弱，缺少可見光圖像那種層次和立體感，因而需進行一些圖像亮度與對比度的控制、實際校正與偽彩色描繪等處理。經過處理的信號送入到視頻信號形成部分進行D/A轉換并形成標準的視頻信號，最后通過電視屏或監視器顯示被測目標的紅外熱像圖。紅外熱像儀成像原理圖如下：

總之，熱成像儀是通過非接觸探測紅外能量(熱量)，并將其轉換為電信號，進而在顯示器上生成熱圖像和溫度值，并可以對溫度值進行計算的一種檢測設備。紅外熱像儀能夠將探測到的熱量精確量化或測量，不僅能夠觀察熱圖像，還能夠對發熱的故障區域進行準確識別和嚴格分析。

二、熱成像技術在采油廠的應用現狀

采油廠油井和輸油管線分布面積較廣而且分散，油區內村莊多，人員復雜，油區治安防控困難，盜油現象時有發生，生產設施經常遭到人為破壞，為了修復被破壞的生產設施和清理被污染的環境，采油廠投入了大量的資金以及人力物力。

為了防范不法分子盜油和破壞油田生產設施、保護國有資產不受損失，及時給采油廠護衛大隊及河濱分局等部門提供第一手的現場信息資料、有效打擊不法分子，采油廠從2009年底開始把紅外熱成像儀技術引入到油田生產過程監控中，首先在采油四礦的涉海油區進行了安裝運行，取得了良好的應用效果：

1)油區治安方面：通過每天的監控值班記錄，摸清了盜油份子經常出車的時間段，減少了盲目巡邏，使護衛隊的巡邏越來越有針對性，通過繳獲盜油車輛、抓獲偷油分子等有效打擊了不法分子盜油和破壞油田生產設施的囂張氣焰，挽回了原油損失、修井作業及污染治理等費用，經濟效益和社會效益顯著。

2)生產運行方面：通過監控系統，可以及時掌握涉海油區的海情海況以及重點井、長輸管線的生產運行情況，對作業措施井的重點上產工序，技術人員通過監控系統可以及時發現現場存在的問題，采取針對性措施，有效地提高了生產效率。

目前按照廠領導要求，準備擴大紅外熱成像技術的應用區域，將逐步選擇產量較高、容易被不法分子偷盜破壞的井區進行推廣安裝。各礦監控中心在熱成像技術投入使用以后，油區治安環境有了明顯改善，紅外熱成像視頻監控系統已成為治安人員維持油區安全不可或缺的技術手段。

三、普通可見光監控與紅外熱成像監控比較

熱成像儀和激光夜視儀的主要區別有以下幾個方面：

①激光夜視儀監控范圍是一個點狀區域，只適合油井監控，而熱成像儀的監控范圍是一個面，可同時監控的范圍比較大，適合油井、輸油管線、道路等監控;

②熱成像儀因為是靠溫度差產生的圖像，不需要特殊操作就能及時發現車輛人員等目標，激光夜視儀的操作則相對復雜一些;

③如果管線有漏油、穿孔等情況發生，由于溫度的不同，熱成像儀可以及時的發現;

④激光夜視儀屬于主動式發現監控設備，在夜間的被監控目標上有紅暴產生，隱蔽性不強;而熱成像儀屬于被動式發現監控設備，本身不向被監控目標發射光源，而是采集被監控目標的溫度來成像，所以隱蔽性較高。

熱成像儀具有不同于其它夜視儀的獨特優點，如可在霧、雨、雪的天氣下工作，作用距離遠，能識別偽裝和抗干擾等，已成國外夜視裝備的發展重點;缺點是其核心設備采用進口的氧化釩探測器，生產成本較高，不易于大范圍推廣應用。

四、采油廠視頻監控系統建設規劃

1.進一步加強采油廠視頻監控系統管理

結合精細化管理，定期檢查已安裝和將要安裝的紅外熱成像監控系統在各三級單位的運行情況，以進一步推進采油廠視頻監控管理規定、技術標準、建設流程和維護工作機制的貫徹落實。

2.加大采油廠視頻監控系統建設力度

采油廠計劃選擇產量較高、容易被不法分子偷盜破壞的井區新建視頻監控系統，結合熱成像技術在采油礦的應用情況，在油井管線密集、道路復雜的監控點選擇紅外熱像儀作為前端監控設備。為防止不法分子對監控系統前端設備進行破壞，專為區域監控點配備了監控自保攝像系統，當有不法分子企圖破壞前端設備時，自保系統將及時報警，并把圖像傳回監控中心。

3.加大信息集成力度，建立采油廠視頻監控系統整合平臺。

采油廠前期監控系統都存在投產時間早、設備型號不統一、技術協議不統一、各系統之間相對獨立的問題，針對這些已安裝的系統，建立一套統一的視頻監控信息數據整合平臺就顯得尤為重要。因此采油廠計劃建立廠級監控中心，把前端各監控點接入整合平臺，更換前端無法兼容的部分編解碼器，完善各分控中心到廠監控中心的網絡傳輸通道，開發相應的管理軟件，最終實現“全廠共享、集中管理、分級監控、統一協調、授權使用”，力爭做到廠、礦、隊共同使用、各取所需。同時進一步修訂、完善系統技術標準，針對后期新建的系統，必須選用符合采油廠相關技術標準要求的設備，為系統整合提供技術保障。

建設采油廠視頻監控系統整合平臺，可以實現已有分散在各個采油礦區、集輸站庫、不同地點辦公區原有監控系統的后期整合，及時掌握生產現場的情況，針對突發事件全廠統一調度指揮，及時做出相應的決策部署，提高應急事件反應速度和處置能力。同時轉變工作模式，整合全廠的護衛力量并發揮護衛大隊的護衛主體作用，變定點蹲守為主動出擊，通過監控盜油分子的行動有的放矢，減少了盲目巡邏，有效降低了巡護成本損耗，減少了人力資源浪費，增加了職工的安全感，進一步提高了生產管理水平，確保了油區安全、清潔生產。

五、結論

由上看出，紅外熱成像技術的優點多，應用廣，因而最具發展潛力。隨著紅外熱成像監控系統的建立，為采油廠各級部門及時掌握生產現場信息提供了更加方便、快捷、高效的信息化手段，為油區治安環境的進一步改善發揮著巨大的作用，為采油廠的安全生產提供了有力的保障。

第二篇：紅外熱成像技術在安防中的具體應用

紅外熱成像技術在安防中的具體應用

由紅外熱成像技術的原理與特點可知，紅外熱成像技術能很好地應用于智能視頻監控系統中，并且往往是普通攝像監控所不能完成的。其具體的應用如下。

能真正實現24h及惡劣氣候條件下的全天候的智能視頻監控

普通的視頻監控很難做到全天候的監控，如銀行的金庫、機要室、軍事要地、監獄以及核心辦公室等重要的監控區域，不可能完全做到全天候的有可見光，而沒有了可見光，普通視頻監控也就失去了其監控功能。要想夜晚監控，只能用日夜轉換攝像機加上紅外燈。而紅外熱成像儀，是被動接受目標自身的紅外熱輻射，無論白天黑夜24小時均可以處于運行狀態且正常工作，并隨時對背景資料進行分析，一旦發現變化，可以及時發出預/報警，并可以通過其他智能設備自動對有關情況進行處理與上報。

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。因此在夜間以及惡劣氣候條件下，采用紅外熱成像監控設備可以對各種目標，如人員、車輛等進行24h監控。在高速公路、鐵路夜間安全保衛巡邏、夜晚城市交通管制等領域中，紅外熱成像裝置也有著不可替代的作用。由于熱成像系統在觀察、識別目標方面有著眾多的優點，因此在許多發達國家車載或直升飛機機載監控系統已經得到了廣泛的應用。

能進行火災的智能視頻監控與識別

由于紅外熱成像儀是反映物體表面溫度而成像的設備，因此除了夜間可以作為現場監控使 用外，還可以作為有效的防火報警設備。如在大面積的森林中，火災往往是由不明顯的隱火引發的，這是毀滅性火災的根源，采用現有的普通監視系統，很難發現這 種隱性火災苗頭。然而采用紅外熱成像儀，則可以快速有效地發現這些隱火，并且可以準確判定火災的地點和范圍，即可透過煙霧發現著火點，把火災消滅在萌芽階段。

如加拿大森林研究中心，利用直升飛機采用便攜式熱成像儀，在一個火災季節中就發現了15次隱火。

在住宅小區、機場、碼頭、學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，均能迅速及時監測到火災源頭，并進行預/報警，以便及時采取行動進行處理。

谷物糧倉往往會發生自燃現象，過去一般采用溫度計測量其溫度變化。而采用紅外熱像儀可以準確判定這些火災的地點和范圍，從而做到早知道早預防，早撲滅。

據美國保險公司的統計數據表明，在所有火災中，有25%是電氣設備隱患引發火災的，即由于插頭接觸不良引發的。紅外熱像儀還可以用來探測電氣設備的不良接觸，以及過熱的機械部件，以免引起嚴重短路和火災。對于所有可以直接看見的設備，紅外熱成像產品都能夠確定所有連接點的熱隱患。對于那些由于屏蔽而無法直接看到的部分，則可以根據其熱量傳導到外面部件上的情況，來發現其熱隱患。而利用紅外熱成像產品，可以很容易地探測到回路過載或三相負載的不平衡。如我國利用自制的熱像儀對華北電力網內的20座發電廠、8座變電站和24條高壓線的10000多個插頭進行了過熱檢查，發現不正常發熱點500多處，嚴重過熱 為100處，做到及時處理，從少減少火災事故的發生率。

此外，即使是在火災過后，消防人員也能通過現場紅外熱成像儀的監視圖像，開展對火災現場卓有成效的搜救工作。

能對偽裝及隱蔽的目標進行視頻監控與識別

普通的偽裝是以防可見光觀測為主。一般犯罪分子作案通常隱蔽在草叢及樹林中，由于野外環境的惡劣及人的視覺錯覺，容易產生錯誤判斷。紅外熱成像裝置是被 動接受目標自身的熱輻射，人體和車輛的溫度及紅外輻射一般都遠大于草木的溫度及紅外輻射，因此不易偽裝，也不容易產生錯誤判斷。

能對邊防、周界入侵進行遠距離有效的監控與識別

我國邊境線甚長，海洋也遼闊，由于野外環境的惡劣，特別是在下雨、下雪、大霧、大風的日子，許多系統都不可能很好地擔當起防范作用，更不用說通過智能分 析報警了。如果采用人員巡邏，利用望遠鏡進行觀察，往往由于可見光波長短，使觀察效果不理想，根本不可能做到全天候，這樣難免不造成漏查、誤查和失查的現象。

利用紅外熱成像儀，可以探測到不同物體的紅外輻射，因而可以遠距離地進行觀察，尤其適用于風雨天氣。如在邊境地區放置紅外熱成像儀，就可成功地破獲非法入境者案件，顯然，其效率大大高于人工巡查。

目前在海邊走私，常常利用“大飛”來進行，這些“大飛”無燈光，馬力大，機動性強，往往容易擺脫緝私人員和邊防人員的追蹤。而有了紅外熱成像儀，就可以迅速地遠距離跟蹤這些“大飛”，其距離可達數公里。即使是在雷達的死角，這個系統也可以正常運行，特別是在黑夜和惡劣的天氣下，均可以充分發揮其良好的特點。

此外，傳統的視頻監控技術只是對周圍的現象進行實時的監控與記錄，在非智能的狀態下，無法完成有效的預/報警功能。而是傳統的紅外對射技術，雖然能夠短距離地對入侵者進行實時預/報警卻無法認識入侵對象。而利用紅外熱成像技術可遠距離地對周邊入侵進行監視，不僅能夠實時預/報警，而且能夠察看當時入侵者的紅外監控圖像，從而做出分析，達到一般監視系統不易達到的效果。

過境人員檢驗檢疫人體溫檢測跟蹤

出入境檢驗檢疫局所管轄的機場等出入境口岸，人員流動量大、繁忙擁擠、情況復雜，與之對應的出入境旅客檢驗檢疫工作任務十分繁重。同時，近年來，隨著SARS、禽流感等傳染病疫情的流行和肆虐，落后的傳統檢驗檢疫工作面臨越來越嚴峻的挑戰。為確保新形勢下出入境旅客的安全順暢通關，發揚與時具進的精神，采用創新思維、創新手段，建立一套技術先進、自動化程度高的紅外體溫監測系統，有效提高口岸出入境人員的傳染病檢測能力，樹立檢驗檢疫的良好社會形象。

第三篇：紅外熱成像技術在森林防火中的應用

紅外熱成像技術在森林防火中的應用

森林火災具有突發性、隨機性、破壞時間短等特點，因此一旦有火警發生，就必須速度采取撲救措施。而撲救是否及時，決策是否得當，最重要取決于對林火的發現是否及時，分析是否準確合理，決策措施是否得當。傳統火災報警系統一般基于紅外傳感器和煙霧傳感器，探測火災發生時生成的煙、溫度和光等參量，經信號處理、比較、判斷后發出火災報警信號；其缺點是無法迅速采集火災發出的煙溫變化信息，難以滿足早期探測并預報此類火災的要求。

近年來，紅外熱成像檢測和可見光圖像檢測在火焰檢測中有一定程度的應用，但由于自身成像和檢測原理，只是單一的檢測模式極容易產生誤報、漏報，影響用戶使用，使得這一技術的推廣受到了阻礙。基于這種現象，雙光譜探測森林防火智能預警系統，采用兩種光譜的圖像智能檢測技術最大程度發揮了各自優勢，取長補短，能有效準確地檢測出火焰，彌補傳統火災報警系統與單一檢測模式所存在的不足，以達到森林防火智能預警的效果。

雙光譜探測森林防火智能預警系統是基于當前林火監測技術的不足的基礎上研發的成果，也是一套針對性很強的系統，其具有高精度、高可靠等特點，多種技術手段共同確保林火預警功能的實現。

國外森林防火技術發展

從19世紀90年代至20世紀50年代感溫探測器一直占主導地位，火災自動報警系統處于初級發展階段;20世紀50年代初，瑞士物理學家埃斯特邁爾成功研制出離子型感煙探測器;到20世紀70年代末，光電元器件技術取得突破，光電感煙探測器應運而生;20世紀80年代初，日本開始研究實驗模擬量火災探測器，最為典型的是1991年日本學者提出神經網絡用于火源探測的問題;1994年瑞士推出AlgoRex火災探測系統，該系統采用了神經網絡、模糊邏輯相結合，共同決策。

20世紀70年代末，我國的一些軍工企業、部屬企業開始研制火災自動報警產品;進入80年代后為了縮短與國外同類產品的差距，滿足國內市場需要，開始引進或仿制國外產品;90年代后，國外企業進入中國市場，帶來了先進的技術，在一定程度上促進了市場的發展。

隨著科學技術的進步和森林防火信息化需求的逐漸升級，新的火災探測器也不斷出現;但目前國內所有的火災自動報警技術主要是基于傳感器的檢測，在現有的各種火災報警和消防監控設備中，大多數場所的火災檢測，都采用常規的火災探測的方法，其性能優劣直接會影響火災自動報警的準確度和可靠性，例如感煙、感溫、感光探測器，它們分別利用火焰的煙霧、溫度、光的特性來對火災進行探測。在大面積森林應用中，上述傳感器由于空間距離大，信號變得十分微弱。大空間使得普通的感煙、感溫火災探測報警系統都無法迅速采集火災發出的煙溫變化信息，即使是高精度的傳感器也會由于種種噪聲干擾而無法正常工作，導致火情誤報或錯報，無法滿足森林火災的及時檢測需求。

目前世界森林面積達40億公頃，其中我國森林面積是1.75億公頃,各類自然保護區1551個，對森林防火智能預警系統有著不同程度的需求，防止森林火災發生的最好辦法就是預防。世界各國對火災的預警檢測越來越重視，2010年6月俄羅斯大火給各國敲響了森林防火的警鐘，森林保護系統的缺失將導致森林火災發生時要么束手無策，要么聽之任之，因此，俄羅斯生態學家指出應盡快恢復國家森林保護系統，實用、快速、全面的預警系統尤為重要。

雙光譜探測森林防火智能預警系統，采用雙光譜探測方法，將先進的紅外熱成像儀圖像采集和可見光圖像探測通過智能分析算法結合應用，取長補短，最大限度發揮各自優勢，再加上網絡傳輸系統及顯示系統組成數字化、網絡化的智能森林防火指揮系統。與普通網絡視頻檢測系統相比，雙光譜探測森林防火智能預警系統是一種更高端、視頻檢測更智能、更準確可靠的防火檢測系統，能夠實現無人值守，自動對視頻圖像信息進行分析判斷，及時發現監控區域內的異常煙霧和火災苗頭，準確檢測出火焰，以最快、最佳的方式告警并提供防火預警信息，達到早期預警的目的。能夠有效的協助消防人員處理火災危機，并最大限度的降低誤報和漏報現象;同時還可查看現場實時圖像，根據直觀的畫面直接指揮調度救火。

該系統可廣泛應用于森林等戶外火災的預警監測中，同時結合林業管理的專業知識和林業防火的經驗，建立新一代森林防火智能分析監測系統，針對性地解決用戶的各種個性化需求。通過紅外熱成像和可見光雙光譜的檢測，以及云臺精確智能定位系統，獲得林區的清晰圖像，利用視頻分析技術，根據火焰光譜特征判斷是否產生火情，一旦發現疑似火情，立即觸發報警，林區視頻回傳至監控中心，如果確認報警屬實，攝像系統鎖定目標，精確判斷火點位置，并根據已建立的林業防火信息數據資源做出滅火方案。

解決方案

本系統是一種具有紅外光、可見光雙光譜探測的森林防火智能預警系統，系統集成了紅外熱成像儀系統、超溫檢測系統、可見光攝像機、火災監測分析儀、云臺精確定位系統、視頻服務系統、監控主機等部分組成。可同時輸出兩路視頻信號，具有紅外熱成像超溫檢測和可見光火災檢測功能，并根據置信度系數模型進行分析，自動給出報警信息，有效提高了報警的準確率。探測設備可根據用戶在場景中畫出的任意路徑自動掃描，并可在運動掃描過程中進行快速煙火檢測。通過網絡傳輸并向遠程監控主機發送報警機器ID、云臺水平和俯仰角度、超溫區域的坐標(左上角和右下角)等信息。遠程監控主機根據回傳信息，經過分析判斷確認報警后產生報警信號、記錄報警信息，并提供日志查詢和錄像等功能。

連續變焦紅外熱成像儀

連續變焦紅外熱像儀由324×256非制冷焦平面陣列探測器配合75-150mm連續變焦紅外鏡頭制成，既能大范圍搜索，又能識別遠處目標。該產品克服了目前國內外固定焦距式或雙視場式熱成像儀的缺陷，在變焦的過程中成像清晰，功能強大，性能穩定。具有堅固且密封性能極好的外殼，內部充氮，不受雨雪、灰塵的破壞，能夠在惡劣的環境中正常工作。集第4代非制冷型焦平面紅外探測器、最先進的電子和光學系統于一身的熱成像儀，能夠穿透灰塵、煙霧、雨雪和黑暗，最小溫度分辨率達50mK，增加圖像細節增強功能、輸出熱白/熱黑/偽彩色圖像。

熱成像超溫檢測系統

在大面積的森林中，火災往往是由隱火引發，這是毀滅性火災的根源，而用現有的普通檢測方法，很難發現這種隱性火災苗頭。而應用紅外熱成像儀可以快速有效地發現這些隱火，并且可以準確判定火災的地點和范圍。

自然界中任何溫度高于絕對零度的物體，都會不停地向周圍空間輻射包括紅外波段在內的電磁波，物體表面的溫度越高，紅外輻射能量就越多，因此可以利用紅外輻射測量物體表面的熱狀態。

熱像儀工作在8-14μm，屬于遠紅外波段，正常森林的輻射波長范圍為8.5-12.2μm，在熱成像儀8-14μm的探測范圍之內。目標溫度越高，從熱成像探測器組件輸出的數字信號值越大,即數字圖像的灰度值越大，根據此特點，超溫檢測工作過程如下：圖像采集模塊將探測器輸出的高精度圖像數據寫入內存，圖像處理模塊運行超溫檢測算法，首先根據目標和背景的對比度計算出原始閾值，再結合用戶設定的目標溫度等級，計算出二值化閾值，將圖像二值化后進行連通域檢測，計算出目標區域面積和坐標，在畫面上標識出超溫區域并通過串口發出報警信息。

由于探測器接收到的紅外輻射能量受監控距離和工作環境的影響，被檢測目標的溫度范圍也各不相同，所以為了達到理想的報警效果，可以根據用戶的具體使用環境設定被監控目標的溫度等級，即目標與背景的溫度差別等級。

可見光圖像檢測系統

由于紅外熱成像儀成像清晰度差，可能存在一定程度上的誤報，因此系統又引入可見光圖像檢測，通過檢測火焰的靜態特征(顏色)和形態特征(閃爍性)兩個特征進行檢測。先利用靜態特征從視頻圖像中提取出與火焰顏色相似的區域，再利用形態特征對上面提取出來的區域進行檢測，通過視頻圖像分析算法，檢測出火焰產生二級報警信號。可見光攝像機模擬視頻信號接入到圖像檢測模塊，通過圖像采集單元的視頻解碼電路轉換為數字信號后，被基于DSP的圖像處理單元處理，根據火災火焰的圖像特性，探測出畫面中出現的火焰，加入火焰識別標記后，再通過視頻編碼電路轉換為模擬視頻信號輸出。由于監測場景不同，火焰所呈現的顏色、狀態也會不同。因此，在監測時，可以根據環境要求，調整檢測模塊的工作狀態，通過設置相應參數閾值，如顏色靈敏度、動態靈敏度等，使檢測模塊可以更準確及時地識別出火焰。

第四篇：紅外熱成像檢測技術的應用和展望

紅外熱成像檢測技術的應用和展望

摘要：無損檢測，是指在不會對材料或元件的有效性或可靠性造成損害的前提下，對其內部的異性結構(缺陷或損傷)進行探測、定位、識別及測量的一種實用性技術。紅外熱成像技術是在紅外探測器、微電子和計算機技術的基礎上發展起來的，屬于綜合性高新技術，該技術正朝著快速掃描、非致冷、焦平面陣列式接收、計算機圖像處理的方向發展，利用便攜式筆記本電腦控制的系統正日趨完善。

關鍵詞：無損檢測；熱成像技術；應用；發展趨勢

紅外熱成像無損檢測技術(又稱紅外熱波無損檢測技術)，是一門跨學科的技術，它的研究和應用，對提高航空航天器，多種軍、民用工業設備的安全可靠性具有重要意義。

1.紅外熱成像檢測技術的原理

紅外熱成像無損檢測技術的基本原理是利用被檢物的不連續性缺陷對熱傳導性能的影響，使得物體表面溫度不一致，即物體表面的局部區域產生溫度梯度，導致物體表面紅外輻射能力發生差異。借助紅外熱像儀探測被檢物的輻射分布，通過形成的熱像圖序列就可推斷出內部缺陷情況。

從理論上分析可知，材料或構件因內部缺陷將導致局部力學性能的強度改變，由于材料內部結構的不連續性，這種缺陷將引起材料或構件的熱傳導不連續，致使材料或構件的溫度梯度不同，因而顯現出的紅外熱圖像也有所不同。通過研究被檢測材料的內部缺陷及結構力學性能，找出其熱傳導特性與紅外熱圖像之間的關系和機理，根據顯示圖像的溫度梯度就可以確定缺陷的位置和范圍，由溫度梯度隨時間變化的速率可以確定缺陷的深度。

采用紅外熱成像技術進行檢測的特點是不受材料的幾何結構及材質的限制，可以實現非接觸、大面積的檢測。

2.紅外熱成像檢測技術的分類

根據探測方式不同，紅外熱成像檢測技術可劃分為透射式和反射式，其中反射式更便于使用；根據引起溫差的方式不同，可劃分為主動式和被動式。

主動式紅外熱成像檢測技術可以對物體表面進行快速、準確的檢測，并具有直觀、非接觸、單次檢測面積大等特點。根據主動式激勵源不同，主要劃分脈沖紅外熱成像檢測技術、鎖相紅外熱成像檢測技術和超聲紅外熱成像檢測技術等。

2.1脈沖紅外熱成像檢測技術

脈沖紅外熱成像技術是一種集光、機、電為一體的非接觸式無損檢測方法，也是目前研究最多和最成熟的方法之一。工作原理如圖1所示:以高能脈沖閃光燈作為激勵熱源，熱流在被測構件內部傳導過程中，若構件內部存在缺陷或損傷，則使得物體內部熱分布將存在不連續性結構，從而導致其缺陷或損傷處的表面溫度與無缺陷或損傷處有明顯不同。

圖1沖紅外熱成像檢測技術的工作原理

脈沖紅外熱成像檢測方式雖然簡單實用，但是也存在著一些缺點：適于檢測平板類構件，對于復雜結構構件檢測存在困難；對熱源的均勻性要求非常高；檢測構件厚度有限，當檢測厚度較高的構件時，難以顯示缺陷結果。

2.2鎖相紅外熱成像檢測技術

鎖相紅外熱成像檢測技術的工作原理，如圖2所示。由函數發生器控制激勵熱源發出按照正弦規律變化的光源強度，光源的熱輻射對被測構件進行加熱，采用紅外熱像儀采集構件表面的溫度信息。鎖相的目的在于從干擾信號中提取特定頻率的有用信號，分析其存在的差異，從而實現對缺陷特征的判定與識別。

圖2相紅外熱成像檢測技術的工作原理

鎖相紅外熱成像技術與常規的脈沖紅外熱成像技術相比，主要有以下優點：不受加熱不均的影響；相位圖與構件表面發射率無關；加熱的溫度較低，不會導致材料表面發生損傷；根據鎖相頻率和相位延遲，即可求出缺陷深度。此外，相位檢測與幅值檢測相比，在熱像儀精度確定的情況下，能顯著提高缺陷的探測能力和測量精度。

2.3超聲紅外熱成像檢測技術

超聲紅外熱成像檢測技術將超聲激勵技術與紅外熱成像技術相結合，其原理，如圖3所示。利用低頻超聲脈沖波作用在構件表面上，利用其特定的振動激勵源促使物體內部產生機械振動，使得缺陷部分因熱彈和滯后效應導致聲能在物體中衰減而轉化成熱能，通過紅外熱像儀對構件表面溫度變化情況進行捕捉和采集。通過觀察紅外熱像儀所記錄下來的溫差，借助于計算機對時序熱圖進行處理，即可實現對構件內部缺陷的判定與識別。

圖3超聲紅外熱成像檢測系統的工作原理

超聲紅外熱成像技術與脈沖紅外熱成像等其他表面加熱的檢測方式相比，其檢測靈敏度更高。超聲紅外熱成像技術可對物體更深的亞表面裂紋進行檢測，還可用于對復合材料內部分層或脫粘進行檢測。超聲紅外熱成像的實驗系統比較復雜，操作時需要小心謹慎，避免不必要的損傷和浪費。

3.紅外熱成像檢測技術的應用

外熱成像技術因能快速、實時、直觀地檢測零件的損傷，所以應用廣泛,可應 用于航空設備檢測、復合材料的檢測、襯里損傷診斷、電力設備的故障診斷等。

3.1在電氣領域的應用

測試對象主要包括變電所空壓機互感器接頭、分電箱導線接頭、變壓器零線接頭、供電廠照明線接頭、電車隧道電纜過載、空氣開關接頭和高壓線電纜中間接頭溫度的測試等。通過對變電站和輸電線路的定期測溫，排除了大量的安全隱患，有效避免了不必要的損失，為工廠的安全運行提供了重要保障。

3.2在土木工程領域的應用

隨著紅外熱成像檢測技術的日新月異，其在土木工程領域中的應用也有了很大發展。尤其在建筑物外墻飾面施工質量檢測技術日趨成熟。通過采集外墻表面的溫度場變化，可

為判斷飾面工程質量提供一種途徑。

3.3在航天航空領域中的應用

發動機渦輪葉片是飛機中能量轉換的關鍵部件，在燃氣沖擊下高速旋轉，不但承受變化巨大的各種應力，還受到高溫氧化等作用，所以準確高效的檢測渦輪葉片的缺陷，對于預防危害性故障，提高飛機運行安全有著重要意義問。文獻川以熱風作為激勵源，對正常和故障葉片分別進行相同的持續激勵，然后用紅外熱像儀記錄葉片表面的溫度變化情況。

4.紅外熱成像檢測技術的展望

紅外熱成像技術的發展以紅外探測器的發展為標志，可以從紅外探測器的發展來推斷其發展趨勢：以“二代”焦平面陣列的實用化，批量生產，大量裝備為重點，解決各種不同功能要求的圖像處理和智能化、自動化問題，提高非制冷焦平面陣列規模和水平，與應用密切配合，解決應用中出現的問題；發展應圍繞“第三代”焦平面陣列，著重基本技術問題的研究解決，包括外延材料生長大規模高密度器件工藝、非均勻性校正、可低溫工作的信號處理電路、互聯耦合技術、測試評價技術、圖像處理和智能化等技術關鍵問題，以縮小整機體積，并增強功能；進一步應探索新型材料器件的研究開發，從能帶工程出發，設計研究新型焦平面陣列材料和器件；竭力提高成品率，降低價格，擴展紅外熱成像技術的應用領域及應用價值。

縱觀現代各種無損檢測技術，均要求對零件的損傷進行快速、準確的檢測與評估，因此，紅外熱成像技術未來也要朝著快速、準確的方向發展，其具體發展方向有以下幾點：（1）從定性到定量的轉變；(2)采取多樣化的激勵方式，實現更加快速、準確的檢測；（3）嘗試各種先進 的信息處理方式，得到更加精確的零件損傷信息；（4）為適應現場檢測的要求，向便攜式方向發展。

5．總結

紅外熱成像技術歷經多年的發展，已從當初的機械掃描機構發展到了今天的全固體、小型化、全電子、自掃描凝視攝像，紅外熱成像技術正走向輝煌，同時，我們應清醒的認識到，紅外熱成像技術，已經走上了一條充滿挑戰的發展道路，要想發展，必須解決許多問題，以提高靈敏度，增加識別距離，降低成本。

參考文獻

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第五篇：紅外熱成像儀在警用裝備中的應用

紅外熱成像儀在警用裝備中的應用

在介紹紅外熱成像儀在警用裝備領域的應用之前，首先介紹一下什么是紅外熱成像儀？

紅外熱成像儀在軍民領域都有應用，最開始起源于軍用，逐漸轉為民用。在民間一般叫熱成像儀。紅外熱成像儀是利用紅外探測器和光學成像物鏡接受被測目標的紅外輻射能量分布圖形反映到紅外探測器的光敏原件上，從而獲得紅外熱像圖，這種熱像儀圖與物體表面的熱分布場相對應。通俗地講熱像儀就是將物體發出的不可見紅外能量轉變為可見的熱圖像。熱圖像上面的不同顏色代表被測物體的不同溫度。通過查看紅外熱像圖，可以觀察到被測目標的整體溫度分布狀況，研究目標的發熱情況，從而進行下一步工作的判斷。現代熱像儀的工作原理是使用光電設備來檢測和測量輻射，并在輻射與表面溫度之間建立相互聯系。紅外熱線航意利用紅外探測和光學成像物鏡接受被測目標的紅外輻射能量分布圖形反映到紅外探測器的光敏元件上，從而獲得紅外熱像圖，這種熱像圖與物體的分布場相對應。

在警用裝備領域為什么要采用紅外熱成像儀？

在夜間及惡劣氣象條件下，采用紅外熱成像儀可以對各類目標，如人員、車輛等進行監控。夜間可見光器材（如望遠鏡等）已經不能正常工作，觀察距離極短。如果采用人工照明（如手電筒等）可能會很容易暴露目標。如果采用微光夜視設備（如夜視儀等），它同樣也需要輔助光才能看的稍遠些。而紅外熱成像儀是被動接受目標的紅外熱輻射，與氣候條件無關，無論白天夜晚均可正常工作，而且不容易暴露目標，有著得天獨厚的優勢，是其他設備所不能比擬的。因此，在警用裝備等領域，應用紅外熱成像儀是最正確的選擇。

在軍用領域應用較多的品牌還是國際公認的幾個大品牌—RNO、Perfect prime、Testo等。這兩大品牌都是歷史比較悠久的專業做紅外熱成像的公司。

一、RNO紅外熱成像儀

美國RNO公司作為紅外熱成像儀行業綜合實力最強的公司，參加過多屆展會。RNO公司于1940年成立于美國芝加哥，是全球歷史最悠久的紅外熱成像儀生產企業，在二戰中，RNO紅外熱成像儀曾廣泛應用于美國軍方。70年來，RNO一直致力于紅外熱成像技術的開發，而且RNO 在全球則擁有近50000名雇員，其授權分銷商及服務分公司也遍布全球100多個國家。經過近80年的發展，RNO下設了美國RNO紅外熱像儀公司，美俄合資RNO夜視儀公司。RNO以生產中高端熱像儀為主成為了全球最為專業的紅外熱成像儀公司。非常知名的HC系列雙筒紅外夜視熱成像儀，美軍采購量累計超過10萬臺，前期美國海豹突擊隊人手配備一臺HC640。2010年，RNO與美軍共同研發的TC系列高清夜視紅外熱成像儀的成功，RNO HC系列才得以成功從軍用轉為民用，也讓更多戶外愛好者有機會使用這款傳奇的夜視紅外熱成像儀。備受好評的是RNO單筒觀察式紅外熱成像儀MC640增強版。這款紅外熱像儀綜合放大倍數高達12倍、物理口徑為75mm，保證了足夠寬的視野范圍，是狩獵行業、警用裝備領域不可錯過的利器。

MC640增強版

二、perfect prime紅外熱成像儀

Perfect Prime是一家專注于消費電子、檢測類儀器儀表（紅外熱成像儀等）和數字測量設備的電子商務公司。Perfect Prime公司為客戶提供優質的設備，服務于生產生活的方方面面。Perfect Prime公司專注于創新、簡單和高科技的產品，在產品介紹、客戶服務和網站上強調這三個品質，使整個過程成為客戶獨特而難忘的體驗。由于用戶對Perfect Prime產品的體驗非常好，從而使Perfect Prime產品銷量倍增，并且使這些用戶愛上了這項狩獵運動。同時，Perfect Prime產品在警用裝備領域應用也非常廣泛。

三、testo紅外熱成像儀

德國德圖集團（Testo）是全球便攜式及在線測量技術領域（如紅外熱成像儀等）的主要參與者之一，總部位于德國黑森林地區。在全球 32 個子公司，有 2800 名員工投入研發、生產和市場工作，并為空調通風、食品質量、建造技術、排放控制以及其他諸多領域尋找創新的測量方案而不懈努力。

德圖儀器作為測量技術領域的創新者，每年為全球超過 30 萬用戶在測量數據管理方面提供可靠的測量儀器和創新方案。自從 1957 年成立以來，德圖集團以平均每年高于10% 的速度增長，當前的銷售額已超過 2.5 億歐元，黑森林地區的寧靜同高科技體系的美好結合令人印象深刻。高于平均水平的投入奠定了公司走向成功未來的基礎，德圖集團堅持將十分之一的銷售額用于研發項目。同時是設施管理和工業維護部門的主要供應商，能夠提供對維護至關重要的全套儀器。

那么在紅外熱成像儀在警用裝備領域有哪些具體應用呢？

1、發現偽裝及隱藏的犯罪分子

普通的偽裝，在白天很容易被發現。但是在夜晚，要想發現目標卻很難。一般犯罪分子夜晚作案時，通常隱蔽在草叢或樹林中，由于野外環境極其復雜，人也容易產生錯覺，很難找準目標。但是使用紅外熱成像儀后，這個問題就會迎刃而解。因為紅外熱成像儀是被動接受目標自身的熱輻射，人體的溫度熱輻射比草木的溫度熱輻射大的多，因此，犯罪分子偽裝的再好，也很容易被紅外熱成像儀發現。紅外熱成像儀在識別偽裝及隱蔽犯罪分子方面效果顯著。

2、監獄及重點部門的監控

由于紅外熱成像儀是根據物體溫度熱輻射而成像的，不受天氣、環境等條件的制約，因此在夜間可以用來重點監控監獄及重點部門。由于紅外熱成像儀設備穩定可靠，可以大幅度減少誤報率，減少不必要的出警。

3、紅外熱成像儀在巡邏等領域的應用

用紅外熱成像儀能夠通宵巡邏，不受天氣、環境等因素的影響。尤其是太陽眩光、夜間車燈眩光、雨、雪、霧、霾或潮濕地面反光的惡劣環境下，紅外熱成像儀能夠體現出得天獨厚的優勢。

最早應用到軍事領域的夜視設備是微光夜視儀，第一次世界大戰時期德國首先使用的，現已逐步退役。在二戰期間，RNO紅外熱成像儀曾廣泛應用到美國軍方。這是紅外熱成像設備最早在軍方使用。近80年來，美國RNO公司一直致力于紅外熱成像技術的研發，現已成為最專業的紅外熱成像企業之一。形成了IR手持工業測溫系列、MC單筒觀察系列、HC雙筒觀察系列、EC機載車載系列等多系列產品共同發展的態勢，廣泛應用于生產生活的方方面面。現如今，RNO公司每年投入到研發領域的費用總額高到10億美元。紅外熱成像儀是被動工作的，而且不需要借助于月光星光等，只依靠目標發出的紅外熱輻射能量，即可生成熱圖像，這樣的話，人眼的視覺范圍擴展到可以發現不可見光中波長在（3~5um和8~14um）的中長波紅外。紅外熱成像儀能夠在全天候工作，探測距離遠，可穿透霧、霾、雨、雪、煙和草叢、樹木遮擋等，然后精準發現目標。這極大地提高了現代戰爭的夜戰能力。另外，紅外熱成像儀體積小巧、重量輕、分辨率高、識別能力強、抗電磁干擾能力強，很適合夜間作戰的要求，是美國及其他發達國家重點扶持的領域。目前，美國在紅外熱成像儀的研發、生產和應用都是處在全球前列的。據統計，再過去幾十年，美國國防部采購紅外熱成像設備高到200萬臺，目前美國三軍采購紅外熱成像設備成逐年遞增的態勢。與發達國家相比，我國軍隊中紅外熱像儀應用的相對較少，但遠景需求量可達200多億元。我國紅外熱像儀在這些行業的應用還處于起步階段，發展空間巨大。中國紅外熱成像領域的研究開發能力有了很大的提高。紅外熱像儀的研制與開發涉及到光學、電子、計算機、物理學、圖像處理、新材料、機械等多個學科，研發的難度非常高。近年來，中國紅外熱成像行業良好的發展前景吸引了許多資本進入該行業，但大部分企業的研發實力弱，品牌影響力小，許多企業實際上是國外產品的代理商或者是組裝商。紅外熱成像儀市場的需求將不斷增加。目前，軍用市場仍然是紅外熱成像產品的最大市場。在軍用領域，可以將紅外熱成像儀應用到各個軍種。但是，目前紅外熱成像儀市場實際年需求和潛在需求是存在較大差距的，造成這種差距的主要原因是：其一，紅外熱成像儀中的核心部件----探測器的成品率太低，從而造成紅外熱成像儀的成本居高不下，影響到了紅外市場的潛在需求的開發。其二，產品質量參差不齊，一些劣質產品應用到軍事領域，會產生致命影響，后果不堪設想。關鍵時刻掉鏈子的事情，在軍事領域是不允許發生的。