何謂紅外線？

威廉．赫歇爾爵士（圖片來源：大英百科）

1800年，英國天文學(xué)家威廉．赫歇爾（William Herschel）發(fā)現(xiàn)了紅外線輻射。透過一系列的實驗，赫歇爾在日光直射的面南窗戶上設(shè)置了三棱鏡，將陽光分出不同波長，產(chǎn)生了組成可見光的不同色光。接著，他將溫度計置于每種色光下，看這些色光是否會改變顯示的溫度。然而，他發(fā)現(xiàn)當(dāng)溫度計置于可見光譜的紅色端之外時，溫度會持續(xù)增加，他所發(fā)現(xiàn)的就是紅外線輻射。

紅外線與熱成像

紅外線是與人類肉眼所能看到的一般可見光線一樣的一種“光”。也稱為IR（InfraRed）。只是由于波長比可見光線長（頻率低），無法憑肉眼觀察。波長范圍約為0.7μm到1000μm。

自然界中，凡是溫度高于絕對零度（-273℃）的物體均向外輻射紅外能量，溫度越高，紅外輻射越強(qiáng)。通過非接觸探測，測定目標(biāo)本身和背景之間的紅外能量差，并將其轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)過處理即可形成熱輻射圖象。同一目標(biāo)的熱輻射圖象和可見光圖像不同，它不是人眼所能看到的可見光圖像，而是目標(biāo)表面溫度分布的圖像。采用這一技術(shù)手段，便能實現(xiàn)對目標(biāo)進(jìn)行遠(yuǎn)距離熱狀態(tài)圖像成像和測溫，并可進(jìn)行圖像識別、行為分析等智能應(yīng)用。

基于原理，熱成像有兩大優(yōu)點：一是環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，在完全無光、有霾、有霧、下雨、下雪等惡劣環(huán)境的條件下可以有效成像；二是溫度感知靈敏，熱成像可快速發(fā)現(xiàn)物體表面溫度異常。

智慧安防市場需求不斷

傳統(tǒng)安防監(jiān)控主要采用可見光監(jiān)控和紅外補(bǔ)光監(jiān)控，采用人工監(jiān)控與錄像回放查看方式實現(xiàn)日常監(jiān)控和安防維護(hù)，同時紅外補(bǔ)光、激光補(bǔ)光，特別是超低照度sensor的出現(xiàn)，在一定程度上使得安防前端產(chǎn)品線變得非常豐富，極大的滿足了不同客戶群體的需求。

數(shù)據(jù)來源：安信證券

但是在實際應(yīng)用中，某些特殊場景，比如在大風(fēng)、大霧等惡劣天氣條件、遠(yuǎn)距離火災(zāi)隱患的自動識別、邊防與周界入侵自動報警、電力等重點行業(yè)設(shè)備的看護(hù)等場合，傳統(tǒng)安防監(jiān)控方式就有點力不所及了。而紅外熱成像監(jiān)控系統(tǒng)，采用紅外和可見光復(fù)合成像、視頻圖像處理及自動識別行為分析報警等相關(guān)軟件與之結(jié)合的監(jiān)控方式，可在漆黑夜間或者惡劣天氣條件下完全勝任。

光學(xué)低照度成像（左）與紅外熱成像對比

圖片來源：萬方數(shù)據(jù)

二戰(zhàn)中后期，紅外熱成像技術(shù)首先有德國人研制出，并推出主動紅外夜視儀，為紅外技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。直至1978年，非制冷式熱成像技術(shù)首次研究成功。非致冷焦平面紅外熱成像系統(tǒng)由光學(xué)系統(tǒng)、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(jiān)視器等組成。

非制冷探測器技術(shù)不斷成熟

隨著非制冷型紅外焦平面陣列技術(shù)的飛速發(fā)展和與其配套技術(shù)日益成熟，制造成本和體積已比制冷型系統(tǒng)大大降低，其性能基本可以滿足部分軍事用途和幾乎所有的民用領(lǐng)域的需求。由于微加工技術(shù)的發(fā)展，絕大多數(shù)非制冷型紅外焦平面陣列技術(shù)都與硅超大規(guī)模集成技術(shù)兼容，這可以使紅外探測器具有數(shù)據(jù)處理能力，真正實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化、小型化和高可靠性。這使紅外探測和紅外視頻成像極具發(fā)展前途和市場潛力，也拓展了熱成像技術(shù)在警用和民用領(lǐng)域的應(yīng)用。

左：微型紅外熱成像模組，右：熱成像機(jī)芯

圖片來源：艾睿光電官網(wǎng)

非制冷紅外焦平面技術(shù)在過去的幾年內(nèi)得到了飛速發(fā)展，由原來的小規(guī)模發(fā)展到中、大規(guī)模384X288、640X480、1024X768陣列，超大規(guī)模的2048x2048、4096x4096。更高陣列的非制冷焦平面器件已應(yīng)用在軍用領(lǐng)域和天文攝影中，一億像素的非制冷焦平面陣列也在軍用領(lǐng)域出現(xiàn)。非制冷焦平面陣列的像元尺寸也由早期的75μm、50μm減小到25μm、20μm、17μm，現(xiàn)在14μm、12μm像元的非制冷焦平面陣列已有成品出現(xiàn)，10μm、8μm、6μm像元也在研發(fā)中。

12μm 1280*1024熱成像傳感器芯片

圖片來源：艾睿光電官網(wǎng)

一億像素的焦平面探測器

圖片來源：萬方數(shù)據(jù)

助力智能監(jiān)控，紅外熱成像未來可期

業(yè)發(fā)展前景紅外熱像儀具有很高的軍事應(yīng)用價值和民用價值。近幾年來，國際紅外熱像儀行業(yè)正迎來一個快速發(fā)展期，而且從長期來看，民用監(jiān)控領(lǐng)域的潛在市場需求很大。紅外熱像儀廣泛應(yīng)用于消防、電力、建筑、安防等民用領(lǐng)域，我國紅外熱像儀在這些行業(yè)的應(yīng)用還處于起步階段，發(fā)展空間還是比較大的。

在森林防火應(yīng)用中，結(jié)合前端的熱成像網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)平臺端的自動識別算法可實現(xiàn)火情的智能視頻監(jiān)控、自動識別和報警聯(lián)動，由于紅外熱成像攝像機(jī)是反映物體表面溫度而成像的設(shè)備，因此除了夜間可以作為現(xiàn)場監(jiān)控使用外，還可以作為有效的防火報警設(shè)備。如在大面積的森林中，火災(zāi)往往是由不明顯的隱火引發(fā)的，這是毀滅性火災(zāi)的根源。用現(xiàn)有的普通監(jiān)視系統(tǒng)，很難發(fā)現(xiàn)這種隱性火災(zāi)苗頭。利用飛機(jī)巡邏或遠(yuǎn)距離熱成像云臺攝像機(jī)，則可以快速有效地發(fā)現(xiàn)這些隱火，并且可以準(zhǔn)確判定火災(zāi)的地點和范圍，即可透過煙霧發(fā)現(xiàn)著火點，把火災(zāi)消滅在萌芽階段，在第一時間發(fā)出警報，使得消防工作及時開展，最大限度的必須國家和人民的財產(chǎn)損失。

在電力等行業(yè)的工業(yè)設(shè)備運行監(jiān)控中，熱成像攝像機(jī)可充分體現(xiàn)其紅外測溫的能力，能感知到電力設(shè)備例如變壓器的溫度變化，結(jié)合分析軟件可實現(xiàn)異常溫度變化的判別和報警聯(lián)動，可實現(xiàn)系統(tǒng)自我保護(hù)或主動警報輸出，及時挽救損失，避免造成較大的工業(yè)級事故。

獲知熱成像更多的應(yīng)用領(lǐng)域，敬請關(guān)注2022年12月20日 周二 14:00，由AIoT星圖研究院、物聯(lián)傳媒、深圳市物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)協(xié)會聯(lián)合舉辦的《2022非制冷紅外熱成像行業(yè)研究報告》線上發(fā)布會，屆時，AIoT星圖研究院分析師會分享熱成像更多的應(yīng)用以及市場前景。

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