疫情之后，红外热成像的发展之路在哪里？

导读

红外线热成像在三年的疫情期间发挥了重大作用，未来，红外线热成像依旧可以在其他领域大放光彩。‍‍

何谓红外线？

威廉．赫歇尔爵士（图片来源：大英百科）

1800年，英国天文学家威廉．赫歇尔（William Herschel）发现了红外线辐射。透过一系列的实验，赫歇尔在日光直射的面南窗户上设置了三棱镜，将阳光分出不同波长，产生了组成可见光的不同色光。接着，他将温度计置于每种色光下，看这些色光是否会改变显示的温度。然而，他发现当温度计置于可见光谱的红色端之外时，温度会持续增加，他所发现的就是红外线辐射。

红外线与热成像

红外线是与人类肉眼所能看到的一般可见光线一样的一种“光”。也称为IR（InfraRed）。只是由于波长比可见光线长（频率低），无法凭肉眼观察。波长范围约为0.7μm到1000μm。

自然界中，凡是温度高于绝对零度（-273℃）的物体均向外辐射红外能量，温度越高，红外辐射越强。通过非接触探测，测定目标本身和背景之间的红外能量差，并将其转换为电信号，经过处理即可形成热辐射图象。同一目标的热辐射图象和可见光图像不同，它不是人眼所能看到的可见光图像，而是目标表面温度分布的图像。采用这一技术手段，便能实现对目标进行远距离热状态图像成像和测温，并可进行图像识别、行为分析等智能应用。

基于原理，热成像有两大优点：一是环境适应能力强，在完全无光、有霾、有雾、下雨、下雪等恶劣环境的条件下可以有效成像；二是温度感知灵敏，热成像可快速发现物体表面温度异常。

智慧安防市场需求不断

传统安防监控主要采用可见光监控和红外补光监控，采用人工监控与录像回放查看方式实现日常监控和安防维护，同时红外补光、激光补光，特别是超低照度sensor的出现，在一定程度上使得安防前端产品线变得非常丰富，极大的满足了不同客户群体的需求。

数据来源：安信证券

但是在实际应用中，某些特殊场景，比如在大风、大雾等恶劣天气条件、远距离火灾隐患的自动识别、边防与周界入侵自动报警、电力等重点行业设备的看护等场合，传统安防监控方式就有点力不所及了。而红外热成像监控系统，采用红外和可见光复合成像、视频图像处理及自动识别行为分析报警等相关软件与之结合的监控方式，可在漆黑夜间或者恶劣天气条件下完全胜任。

光学低照度成像（左）与红外热成像对比

图片来源：万方数据

二战中后期，红外热成像技术首先有德国人研制出，并推出主动红外夜视仪，为红外技术的发展奠定了基础。直至1978年，非制冷式热成像技术首次研究成功。非致冷焦平面红外热成像系统由光学系统、光谱滤波、红外探测器阵列、输入电路、读出电路、视频图像处理、视频信号形成、时序脉冲同步控制电路、监视器等组成。

非制冷探测器技术不断成熟

随着非制冷型红外焦平面阵列技术的飞速发展和与其配套技术日益成熟，制造成本和体积已比制冷型系统大大降低，其性能基本可以满足部分军事用途和几乎所有的民用领域的需求。由于微加工技术的发展，绝大多数非制冷型红外焦平面阵列技术都与硅超大规模集成技术兼容，这可以使红外探测器具有数据处理能力，真正实现了网络化、小型化和高可靠性。这使红外探测和红外视频成像极具发展前途和市场潜力，也拓展了热成像技术在警用和民用领域的应用。

左：微型红外热成像模组，右：热成像机芯

图片来源：艾睿光电官网

非制冷红外焦平面技术在过去的几年内得到了飞速发展，由原来的小规模发展到中、大规模384X288、640X480、1024X768阵列，超大规模的2048x2048、4096x4096。更高阵列的非制冷焦平面器件已应用在军用领域和天文摄影中，一亿像素的非制冷焦平面阵列也在军用领域出现。非制冷焦平面阵列的像元尺寸也由早期的75μm、50μm减小到25μm、20μm、17μm，现在14μm、12μm像元的非制冷焦平面阵列已有成品出现，10μm、8μm、6μm像元也在研发中。

12μm 1280*1024热成像传感器芯片

图片来源：艾睿光电官网

一亿像素的焦平面探测器

图片来源：万方数据

助力智能监控，红外热成像未来可期

业发展前景红外热像仪具有很高的军事应用价值和民用价值。近几年来，国际红外热像仪行业正迎来一个快速发展期，而且从长期来看，民用监控领域的潜在市场需求很大。红外热像仪广泛应用于消防、电力、建筑、安防等民用领域，我国红外热像仪在这些行业的应用还处于起步阶段，发展空间还是比较大的。

在森林防火应用中，结合前端的热成像网络摄像机平台端的自动识别算法可实现火情的智能视频监控、自动识别和报警联动，由于红外热成像摄像机是反映物体表面温度而成像的设备，因此除了夜间可以作为现场监控使用外，还可以作为有效的防火报警设备。如在大面积的森林中，火灾往往是由不明显的隐火引发的，这是毁灭性火灾的根源。用现有的普通监视系统，很难发现这种隐性火灾苗头。利用飞机巡逻或远距离热成像云台摄像机，则可以快速有效地发现这些隐火，并且可以准确判定火灾的地点和范围，即可透过烟雾发现着火点，把火灾消灭在萌芽阶段，在第一时间发出警报，使得消防工作及时开展，最大限度的必须国家和人民的财产损失。

在电力等行业的工业设备运行监控中，热成像摄像机可充分体现其红外测温的能力，能感知到电力设备例如变压器的温度变化，结合分析软件可实现异常温度变化的判别和报警联动，可实现系统自我保护或主动警报输出，及时挽救损失，避免造成较大的工业级事故。