智能視頻監控系統中引入紅外熱成像技術的探究

作者/姜正財，浙江大華技術股份有限公司；周川，東方網力科技股份有限公司

1.紅外熱成像技術概述

紅外熱成像技術是一種被動的紅外夜視技術，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，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換成電信號，經過放大處理形成視頻圖像。通俗的講，熱成像攝像機的作用，是將物體發出的不可見紅外能量轉變為人眼可識別的熱圖像的過程。

與傳統監控系統類似，紅外熱成像系統主要由光學鏡頭、紅外探測器、信號處理系統、電源組件、防護罩等構成。

光學系統在接收被測目標的紅外輻射后，經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變成電信號，再進行信號的放大，最后通過A/D轉換，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轉換形成標準的視頻信號，最后通過監視器顯示出被測物的紅外熱像圖。

2.紅外線熱成像技術的優缺點

2.1 紅外線熱成像技術的優點

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

此外，紅外熱成像技術還具備以下優點：

2.1.1 隱蔽性好

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

2.1.2 精準度高

應用紅外線熱成像技術能夠實現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，實現跟蹤效率的提升。

2.1.3 穩定性強

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

2.2 紅外線熱成像技術的缺點

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，細節分辨能力較差

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

3.紅外線熱成像技術在智能視頻監控系統中的應用

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

3.1 實現遠距離、大范圍的火災監測預警

傳統的視頻監控技術，受制于本身技術的限制，無法實現遠距離、大范圍的火災監測預警需求。尤其對于部分特殊行業，比如在森林防火領域，傳統的視頻監控系統，無法滿足其防火監測預警的需求，加上觀測距離近，誤報率高，易受雨雪大霧天氣環境因素影響等，給森林防火工作帶來極大的挑戰。

紅外熱成像技術在智能視頻監控系統中的成功應用，給遠距離、大范圍的火災監測預警需求帶來了良好的技術手段。通過配置熱成像長焦鏡頭，可實現超遠距離的目標探測，比如實現對7～8km乃至十幾公里距離的火災探測、目標物探測等。

通過紅外熱成像技術的實現原理我們知道，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控，比如森林防火領域，一旦發生火災，紅外熱成像系統可在第一時間進行預警，以提醒指揮中心監管人員注意，并啟動相應的應急措施，防止大范圍火災的發生。

3.2 構建全天候智能化監控系統

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

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

3.3 有效監測和發現電力系統運行故障

在智能電網及變電站領域，電器設備的故障常常會以發熱的形式表現出來，因此在電力系統的智能視頻監控應用系統中，引入紅外熱成像在線測溫技術可實現遠程缺陷智能診斷，設備故障智能化預警，綜合保障電力系統的穩定運行。

通過對關鍵電力設備熱像特點、熱成像檢測區域及缺陷性質判定標準的研究，來綜合構建電力設備狀態診斷標準，建立電力設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等，實現電力設備自動巡檢、關鍵區域精確測溫、趨勢分析和預警等，實現電力設備安全運行狀態的先知先覺，保證關鍵電力系統的安全運行。

3.4 全面防護石化領域安全生產

石化領域安全生產過程中，潛伏著許多易燃、易爆危險，各種傳送管道，隨著時間的推移，可能產生管壁腐蝕變薄、破損，管壁結垢堵塞，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控系統，能實時展現檢測管道、罐體、閥門等各處表面的溫度分布情況，即使發現異常的高溫、低溫區域，掌握管道、罐體等的損耗、裂縫和磨損情況，防止事故的發生和能耗的損失。

此外，利用紅外熱成像智能監控系統，可實時監測石化行業運用的各種電氣設備和配電系統的工作狀態，有效預防由于電氣設備熱故障造成的電氣和消防隱患，避免事故發生。

3.5 助力疫情防控實時監測

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

紅外熱成像智能監控系統在疫情防控實時監測方面的深度應用，可實現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、直觀等優點，有著非常廣泛的市場應用潛力。

3.6 實現全天候、立體化邊海防監管應用

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。

邊海防智能化監控系統，采用以現有的邊防哨所、軍事雷達、移動監測船等監測系統為基礎，結合海洋岸基超遠距離紅外熱成像視頻監控系統，岸基多點布控的可見光智能監控系統，以及無人機熱成像智能監控系統等，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，構建全天候、立體化的邊海防綜合監管體系，全方位保障國家邊境安全。

4.結論

綜上所述，紅外熱成像技術性能優越，應用廣泛，有著巨大的發展空間和市場潛力。紅外熱成像技術在智能視頻監控領域的深入應用，可大大提升現有視頻監控系統的智能化水平，拓寬傳統視頻監控的行業智能化應用方向，挖掘各行業細分領域中智能視頻監控的深入應用潛能，以滿足新時期下各行業的新發展、新需求，從而構建更加全面的智能化監控系統。

* [1]龍俊飛.紅外熱成像技術及其在智能視頻監控中的應用[J].企業技術開發,2015,(02)∶48，112.

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

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