紅外線與紅外成像技術的發展應用綜述

陳古璐 李莞林 徐影 王斟鑫

摘 要：由于紅外線近距離通訊不受干擾、成本低、實時監測等特點，紅外線與紅外成像技術得到了越來越廣泛的應用。紅外線及紅外成像技術國內外發展狀況：國外研究較早，擁有許多不外傳的關鍵性技術;國內雖起步較晚，但隨著熱像儀在我國各行業的普及，對紅外成像技術各方面的研究也呈現逐年上升的趨勢，紅外產品與應用市場日趨成熟，正逐漸普及。 本文綜述了紅外成像技術的發展和應用，并對其發展和應用提出了新展望。經過分析，目前紅外熱像技術還存在不能檢測儀器內部缺陷問題，本文也提出了針對問題解決的方案。預測未來紅外成像技術將會朝著高檢測力、智能化的方向繼續發展。

關鍵詞：紅外線;紅外成像技術;紅外熱像儀

紅外線是一種電磁波，具有與無線電波和可見光一樣的本質。紅外熱成像技術利用紅外熱像儀將物體表面的溫度分布轉換成人眼可見的圖像，并以不同顏色顯示物體表面溫度分布。紅外熱像儀廣泛應用于地質、醫療、公安、交通、農業等領域。如森林火災探測、建筑熱漏搜索、海上救援、火源搜索、礦石斷裂鑒定、導彈發動機檢查、公安偵察、各種材料和產品的無損檢測等。以下介紹紅外線與紅外成像技術的發展與應用。

1 國內外研究發展情況

1.1國內紅外線與紅外成像技術的研究發展情況

1.1.1國內紅外線與紅外成像技術的歷史發展情況

我國的紅外技術研究工作是在新中國成立后開展的。改革開放以來，紅外技術得到了迅速發展，探測器的研究工作從單元、線陣到紅外膠接面都在進行。上世紀90年代初，我國研制出第一臺熱像儀。其技術性能與國外相當，對我國紅外技術的升級起著重要作用。我國對電力設備紅外檢測診斷技術始于70年代，主要檢查運行中電氣設備的外露過熱接頭。1990年，有人在國際大電網會議上指出，該技術在電力設備狀態預測維修中發揮了重要作用。08年修訂、頒布的《帶電設備紅外診斷應用規范》（DL/T 664 2008）對電氣設備各部分的校準、操作、檢測和診斷標準進行明確規范，進一步推動了紅外熱像儀在電力系統中的應用。

1.1.2國內紅外線與紅外成像技術的當前發展情況

隨著熱像儀在我國各行業的普及，對紅外成像技術各方面的研究也呈現逐年上升的趨勢。針對影響紅外成像系統性能的各種因素，國內多位研究學者進行了深入的研究。電子科技大學的李雪瑩采用紅外編解碼技術，針對空調紅外通信數據的復雜性，提出了一種新穎的空調紅外數字通信驗證算法，設計了具體數據集的格式、編解碼算法和通信協議，實現了可靠的數據傳輸。[1]北京體育大學的張屹碩利用紅外線成像技術觀察不同康復手段對青少年網球運動員腰部疲勞程度影響[2]，準確記錄運動創傷引起的神經、肌肉、骨骼、關節和軟組織的位置、質和量的變化，直觀地為康復醫師和治療師提供圖像。

我國在紅外技術研究方面取得了長足的進步。成立了專業研究機構、紅外物理實驗室和多個研究小組。在一些高校，還設立了紅外技術系和包括紅外技術在內的光電技術系。一批民營企業和股份制企業誕生，形成了不同規模的產品。我國紅外產品的使用市場越來越成熟，也越來越普及。

1.2國外紅外線與紅外成像技術研究發展情況

1.2.1國外紅外線與紅外成像技術的歷史研究發展情況

1959年美國芝加哥大學率先研制成功第一臺前視紅外熱像儀，六十年代，許多美國公司又相繼研制出多種機載前視紅外系統，并用于越南戰場。20世紀60年代，瑞典國家電力局首次使用熱像儀檢測電力設備故障，該技術對電力設備的預知性狀態維修中發揮了重要作用。德國在第二次世界大戰時期首先研制出主動式紅外夜視儀，但未能實際使用。幾乎同時，美國也在研制紅外夜視儀。雖然該實驗的成功時間比德國晚，但首次投入實際應用。1945年夏天的沖繩戰役中，日軍利用復雜的地形在黑暗中攻擊美軍。結果日軍一出山洞就被美軍擊斃。

1.2.2國外紅外線與紅外成像技術的當前研究發展情況

國外紅外線與紅外成像技術得到了突飛猛進的發展。特別在紅外熱成像技術的關鍵器件（紅外探測器）的研制生產方面，中國與世界先進水平仍然有很大的差距。熱像儀在軍事和民用方面得到了更為廣泛的應用。

2 目前存在的問題及擬解決的方案

2.1目前存在的問題

紅外熱像技術在石化領域發揮著相當重要的作用。在現代石化工業中，設備龐大而復雜，需要連續、長期、安全、穩定的運行，因此對設備進行在線監測和診斷是非常重要的。1981年上海石油化工總廠引進紅外熱像儀主要對裂解爐爐管彎頭、列管式換熱器內漏和球形儲罐液位高進行了檢測[3]在檢修時，對襯里損傷部位進行仔細的檢查，在裝置內部均發現了相應的缺陷，并且與之前紅外檢測時的分析結果一致。[4] 但是由于紅外成像技術只能獲得設備表面溫度分布，對內部缺陷并不能直接體現，制約了其使用范圍。

2.2擬解決的方案

近年來，許多學者通過設備表面溫度分布對內部缺陷方位、尺寸、及不規則邊界的識別算法進行了研究[5]，取得了一定的成果。根據這些成果，再微型化紅外探測器，并提高抗干擾能力就可以直接觀測設備內部情況。如將紅外成像技術集成在工業內窺鏡前端，實現可見光與紅外雙成像內窺鏡。

3 未來發展趨勢

目前我國研制的熱成像儀，可以滿足軍隊武器系統的各種性能需要。在民用領域各種星載紅外遙感儀、紅外熱像儀、紅外測溫儀等，也逐漸發展成熟。預測未來紅外成像技術將會朝著高檢測力、智能化的方向繼續發展。

4 結束語

進入21世紀以來，紅外線及紅外成像技術在紅外探測、紅外無線通信、紅外遙感、紅外成像等方面的應用極大地改善了我們的生活方式。相信不遠的將來，紅外成像技術將與我們的生活緊密相連。

參考文獻

[1]李雪瑩.基于單片機的空調紅外線編解碼系統的設計和實現[D].電子科技大學，2014.

[2]張屹碩.紅外線熱成像技術觀察不同康復手段對青少年網球運動員腰部疲勞程度影響[D].北京體育大學，2013.

[3]丁浩武，董蘭生紅外熱象技術在石油化工設備檢測中的應用[J].煉油設備設計，1984（5）：57-61.

[4]姜凱，仲齊生紅外熱像在石化設備檢測中的應用[J].激光與紅外，1994（3）：17-19.

[5]范春利，孫豐瑞，楊立，等基于紅外測溫的內部缺陷尺寸、方位的計算方法研究[D].熱科學與技術，2005（1）：82-86.

作者簡介

陳古璐（1999—），女，四川阿壩州，本科，研究方向：測控技術與儀器。

李莞林（2000—），男，湖北襄陽，本科，研究方向：測控技術與儀器。

徐影（1999—），女，四川遂寧，本科，研究方向：工業設計。

王斟鑫（1999—），男，四川宜賓，本科，研究方向：人力資源管理。