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本文結合攝像機近年來在低照度和寬動態方面的技術發展，從工作原理、主要參數、典型案例等幾個方面，介紹了熱成像技術在視頻監控行業的應用，認為熱成像技術與一體化定位技術相結合將成為視頻監控領域的創新產物。

隨著全球視頻監控產業需求及應用技術的飛速發展，市場對攝像機圖像有效性的追求也一路走高，甚至達到苛刻而挑剔的程度。從LowLightTM低照技術到主紅外夜視技術，從BLC背光補償技術到WDR寬動態技術，攝像機在各種光源環境下（微光、強光、背光及閃光等）的圖像有效性幾乎逐年遞增。然而，當照度已跌破星光級（0.0001lux）、寬動態已達到120dB、主紅外照明鋪天蓋地的今天，攝像機成像技術還能走得多遠，還能給予市場多少驚喜和期待？正當一籌莫展之時，熱成像技術（Thermal Imaging Technology）的引入宛如為整個視頻監控行業開啟一扇了窗，以全新、更高的科技及應用技術指導視頻監控攝像機的發展。

所謂熱成像技術是指：通過非接觸探測，將物體輻射產生的紅外能量（熱量）轉換為電信號，經信息處理后最終形成熱輻射圖像。紅外能量的波長較長（0.75-14μm），無法被肉眼探測到。它是電磁波譜中的一部分，人類將它感知為熱量。與可見光不同，在紅外頻譜里，凡溫度高于絕對零度的物體均能輻射紅外熱量。溫度越高，所輻射的紅外能量就越強。熱成像攝像機就是有效利用了紅外熱量的這一特性，即使在無可見光環境下，仍可提供清晰、有效的現場圖像，并完全無需輔助照明設備。

熱成像技術VS LowLightTM低照技術

LowLightTM低照技術采用高感光CCD（如Exview HAD CCD等）、DSS數字快慢門調節來提高攝像機的低照性能。曝光時間的增長使CCD更充沛感光，從而增強圖像亮度及清晰度。LowLightTM低照技術的應用優點在于設備簡單（僅攝像機即可）、價格大眾化（技術已普及），缺點則在于圖像亮度以犧牲圖像連續性為代價，而最終LowLightTM低照技術仍需依靠照明光源并局限于可見光光譜內。當環境呈黑暗、煙霧或遮擋時，LowLightTM低照技術顯然無所適從。

熱成像技術由于依靠紅外輻射成像不依賴可見光，無論環境光照強或弱、能見度（遮擋）高或低均不影響有效成像。因此，熱成像技術完全解決了必須依靠“可見光”的技術瓶頸，將視頻監控系統的應用擴展至更大范圍。

熱成像技術V.S 主紅外技術

不少用戶對主紅外技術與熱成像技術的理解常出現混淆。事實上，兩者技術雖然都借由紅外光譜成像，但是其成像原理卻大不相同。

主紅外技術利用CCD攝像機（黑白模式下）可感應近紅外光譜（0.75-1.0μm）的原理，在CCD攝像機附近架設輔助紅外照明設備（如紅外燈等），利用物體反射紅外源的紅外光達到成像目的。  

紅外熱成像技術是感應中、遠紅外光譜（3.0~8.0μm、8.0~14.0μm），利用（非制冷）氧化礬微測輻射熱儀感應物體所輻射散發的紅外能量來成像。

主動紅外技術至今未得到廣泛應用，問題在于紅外輔助照明設備的技術弊端重重。照明范圍小、靈敏度低、耗能大；體積笨重、使用壽命短，最致命的弱點是紅外輔助照明設備所散發的紅外光線極易被探測到，從而自我暴露。

熱成像技術由于感應來自物體輻射散發的紅外能量，完全拋棄問題重重的紅外輔助照明設備，從根本上杜絕以上弊病及弱點。

熱成像技術＋一體化定位技術＝一體化熱成像定位系統

傳統意義上，熱成像攝像機大多應用于各類產業的生產、檢測及維護流程監控。多數處于非正常工作的設備、儀器、電路及產品、建筑等，都會表現出溫度的異常。當然，熱成像技術也廣泛應用于軍事領域，但大多作為軍事設備的配件使用。因此，要將熱成像技術成功應用于視頻監控行業，就必須對熱成像攝像機根據視頻監控行業的需求特點進行改善。由此，一體化熱成像定位系統便應運而生。所謂一體化熱成像定位系統，就是熱成像技術與一體化定位技術相結合的創新產物。

對于視頻監控行業，“一體化定位系統”已不陌生。一體化定位系統將攝像機、鏡頭、防護罩、云臺及解碼器完全集合于一體的高密度集成技術。若設備應用于室外，則可以進一步集成雨刷、遮陽罩、風扇、加熱器等配件，以應對嚴酷的戶外環境，并具備理想的抗臺風性能。一體化定位技術的優點在于，使攝像機具備小巧美觀的外形、便捷安全的安裝、快速精準的定位、全方位長距離的監控范圍，并提供豐富優異的智能化功能（預置位、掃描、報警聯動、窗口屏蔽等）。一體化定位系統廣泛應用于機場、高速公路、港口碼頭、城市道路廣場、周界安防等戶外環境，并因以上固有特性而在室外領域中顯得無可替代。

正因為憑借了一體化定位系統充分代表視頻監控行業的特性，一體化熱成像定位系統以全新而切實的面貌進軍視頻監控行業。

一體化熱成像定位系統的光學參數及意義

微測輻射熱儀

微測輻射熱儀是一體化熱成像定位系統的攝像機組件，通常有制冷與非制冷兩種類型。以非制冷型為佳，因為非制冷型微測輻射熱儀無需液氮和斯特林制冷，可長期無維護連續工作，壽命長且工作時無聲音，啟動時間短。無論室內、戶外使用，儀器不受陽光、氣候和其它高溫物體的影響。

熱靈敏度

可簡單定義為儀器或使觀察者能從背景中精確分辨出目標輻射的最小溫度。熱靈敏度值越小，代表熱靈敏度越高。

視場

它是光學系統視場角的簡稱，表示能夠在光學系統像平面視場光闌內成像的空間范圍。當物體位于以光軸為軸線，頂角為視場角的圓錐內的任一點（在一定距離內）時能被光學系統發現，即成像于光學系統像平面的視場光闌內，也即物體能在熱成像攝像機中成像的物空間的最大張角叫做視場，一般是ao×βo的矩陣視場。類似CCD攝像機有效像素的概念。視場越大，圖像清晰度越高。

像素尺寸

像素尺寸指ao×βo矩陣視場內每個像素的大小。一般，像素尺寸越小，熱靈敏度越高。

光譜響應

這是指熱成像攝像機對紅外光譜的響應范圍，通常有中紅外光譜及遠紅外光譜兩種響應范圍。以遠紅外光譜（8.0-14.0μm）為佳，因為中紅外光譜（3.0-8.0μm）的波長較短，較容易穿透有些物質，使其最終無法正常成像。

現場溫度范圍

現場溫度范圍是指熱成像攝像機能感應成像的最高溫度，物體一旦超過該溫度，攝像機將無法給出邊緣圖像。這類似普通CCD攝像機的受光過飽和現象。溫度范圍越高，熱成像攝像機的圖像動態范圍越廣。

另外，為方便讀者識別以上參數指標，現以FLIR一體化熱成像定位系統的規格參數為范例：

·非制冷氧化礬微測輻射熱儀（uncooled，Vanadium Oxide Microbolometer）；
·熱靈敏度（sensitivity）：<40mk@F1.0；
·視場(array format)：320×240；
·像素尺寸（pixel size）：38μm；
·光譜響應（spectrum response）：7.5-13.5μm，遠紅外感應（LWIR）；
·現場溫度范圍（scene temp range）：至150℃，最高可達560℃（可選）；
·圖像顯示模式（display format）：White Hot、Black Hot、Sepia、Rainbow。

一體化熱成像定位系統的典型應用

軍事警戒

一體化熱成像定位系統只需憑借微弱的物體溫層變化，即可看清大橋、水壩、管道、發電站或月臺，任意建筑物均一覽無余。任何環境活動，動物、人類，均在視線之內。值得一提的是，無論現場是否處于黑暗、濃霧及煙塵，或存在枝葉以及其它遮擋物，一體化熱成像攝像機仍就可率先發現可疑侵入目標，優先于肉眼乃至高清晰高變倍的標準攝像機。

制造加工

對制造加工的產品及設備進行合格性及安全性測試。不少產品及設備出現品質問題之時，往往會出現溫度的異常變化，如漏電、短路、斷裂等。一體化熱成像定位系統則可在問題發生的當即在圖像上顯示并反映，加強了工藝流程的安全管理，也節省了人力監控的付出。

石油化工

可對熔爐溫度、容器內液體位置、電氣機械、運輸管道以及石油化工產品的加工過程進行安全監控。石油化工行業屬于高危險性監控場，環境內經常存在易燃、易爆性物質，現場需盡量避免人員出入，而大多數泄露及爆炸事故都會預先表征為溫度異常。一體化熱成像定位系統，是石油化工領域的安全伙伴。

森林防火

森林防火預警保護我國林業財產的重大項目舉措。目前的森林防火監控多采用高變倍云臺攝像機，然而由于攝像機的變焦倍數有限、森林枝葉繁茂遮擋，火情的發現及報警率相對較低。采用一體化熱成像定位系統則可克服枝葉遮擋及遠距離監控的問題，并從根本上加強對火情的提早發現（溫度變化）。同時，一體化熱成像定位系統的監控范圍廣、敏捷靈活、定位精準及智能化發達等特色，更為森林監控的快速預警機制帶來福利。

電力冶金

變電站、電廠、鋼鐵廠等應用領域，也是一體化熱成像定位系統大展身手之處。檢測電流通過電阻接點積聚熱量是否正常，檢測充滿鐵水的魚雷罐內部耐火材料是否損壞，無疑是電力冶金行業的監控重中之重。

其它行業，諸如道路鋪設、建筑工程、科研檢測及動物醫療都是一體化熱成像定位系統職能發揮其所長的場合。

結語

一體化熱成像定位系統的引入，使視頻監控行業進入了成像技術應用新紀元。熱成像技術徹底地打破了CCD攝像機“光照限制”的瓶頸，為全球市場揭開了全新的發展空間。相信在未來，一體化熱成像定位系統將在大量應用領域中替代CCD攝像機，成為集多種監控功能（安全監控、設備監控、工藝流程監控等）于一身的全新視頻安全伙伴。(en