紅外熱成像系統

 自然界幾乎所有的物體都會發出紅外線，紅外線是自然界中存在最為廣泛的輻射。大氣、煙雲等吸收可見光和近紅外線，但是卻無法吸收3-5微米和8-14微米的紅外線光，紅外熱成像技藝正是利用這一原理，我們利用紅外線的這兩個無法吸收的窗口，就可以再完全無光的夜晚或者煙雲密布的不可見的環境下，仍然能夠清晰的觀察到前方的情況。隨着市場需求的擴展及需求，現代高新技藝幾乎在安防監控範圍中都有應用或者即將應用，現代傳感技藝中擴展迅速的紅外熱成像技藝在安防監控系統中也開始得到了應用。

 熱成像：一種被動的紅外夜視技藝

       熱成像技藝是一種被動紅外夜視技藝，普通的紅外監控技藝是主動紅外夜視技藝，熱成像技藝是利用自然界物體不同部位紅外熱輻射強度的不同來形成圖像，它根據目標與背景或目標各部分之間的溫差或熱輻射差來發現目標。由於該技藝不隨周圍光照條件的變化而變化，所以可以在白天黑夜，甚至大霧，下雨等惡劣環境下供應視頻圖像。但是它無法達成較遠距離的監控，且監控畫面只能判別是否有可疑人員進入，而無法看清楚人臉及外貌特征。

       普通紅外攝像機是一種主動紅外技藝，是通過主動發射紅外光，利用目標反射紅外光來達成攝像監視的一種夜視技藝，隨着第三代紅外陣列技藝的應用，主動紅外監控的效果已得到了很好的提升，商品的品質、壽命也更好，且製造工藝要求不高，成本低廉，其具有較廣闊的應用前景。

紅外熱成像：完成普通監控達不到的效果

        監控場景不可能做到全天候有可見光，所以普通非紅外攝像機很難做到全天候監控，而紅外熱成像攝像機是被動接受監控目標自身的紅外熱輻射，其可配合可見光攝像機使用，無論白天黑夜24小時均可以處於運行狀態而正常工作;在雨、霧等惡劣的氣候條件下，由於可見光的波長短，克服障礙的能力差，因而觀測效果受損。而工作在8～14μm波長的長波紅外熱成像攝像機，其穿透雨、霧的能力較強，從而仍可以正常地觀測目標普通監視攝像頭是無法看到被掩盖下所隱藏的物體，如被埋藏的盜竊物品、屍體等。而紅外熱成像攝像機則可以檢測識別出來，因為當某處的表面被弄亂時，該表面的熱輪廓也會被破壞，如翻過的土壤熱輻射和壓實的土壤熱輻射是不同的; 由於紅外熱成像攝像機是反映物體表面溫度而成像的設備，因此除了夜間可以作為現場監控使用外，還可以作為有效的防火報警設備;我國邊境線甚長，海洋也遼闊，由於野外環境的惡劣，特別在下雨、下雪、大霧、大風的日子，許多系統都不可能很好地擔當起防範作用，更不用說通過智能分析報警了。而采用人員巡邏，利用望遠鏡進行觀察，往往由於可見光波長短，使觀察效果不理想。利用紅外熱成像攝像機，可以探測到不同物體的紅外熱輻射，因而可以遠距離地進行觀察，尤其適用於風雨天氣; 對於被遺棄的行李包裹等遺留物體，普通監控攝像頭只能看到行李包裹的外部特征，很難觀察到行李包裹內所裝的物品，因而無法對其進行分析。而通過智能分析行李包裹的紅外熱圖像的特征，即可推斷出其內部物品的特征，從而就可對其進行適當地處置。如可檢測分析識別出可燃物與爆炸物等。 熱成像攝像機和可見光攝像機不一樣，不能長時間開機，最好白天不開機晚上開機，且白天開機的話註意避免正對着太陽或很高溫度的物體，以免灼傷探測器。目前大部分廠家的做法是將熱成像攝像機和可見光攝像機搭配使用，白天采用可見光采集圖像，夜間采用被動紅外熱成像。

紅外熱成像儀：監控應用涉及面廣泛

       采用紅外熱成像技藝，探測目標物體的紅外輻射，並通過光電轉換、信號處理等手段，將目標物體的溫度分布圖像轉換成視頻圖像的設備，我們稱為紅外熱成像儀。紅外熱成像儀可分為致冷型和非致冷型兩大類。致冷型的熱靈敏度高,結構復雜,一般用於軍事用途,而非致冷型靈敏度雖低於致冷型，但其性能已可以滿足多數軍事用途和幾乎所有的民用範圍。由於不需要配備製冷裝置，因此非製冷紅外熱成像儀可靠性及性價比較致冷型的高。

       1、夜間及惡劣氣候條件下目標的監控

       夜晚，由於眾所周知的原因，可見光器材已經不能正常工作，如果采用人工照明的手段，則容易暴露目標。若采用微光夜視設備，它同樣也工作在可見光波段，依然需要外界光照明。而紅外熱成像儀是被動接受目標自身的紅外熱輻射，無論白天黑夜均可以正常工作，並且也不會暴露自己。同樣在雨、霧等惡劣的氣候條件下，由於可見光的波長短，克服障礙的能力差，因而觀測效果差，但紅外線的波長較長，特別是工作在8～14um的熱成像儀，穿透雨、霧的能力較高，因此仍可以正常觀測目標。因此在夜間以及惡劣氣候條件，采用紅外熱成像監控設備可以對各種目標，如人員、車輛等進行監控。

       2、防火監控

       由於紅外熱成像儀是反映物體表面溫度而成像的設備，因此除了夜間可以作為現場監控使用外，還可以作為有效防火報警設備，在大面積的森林中，火災往往是由不明顯的隱火引發的。這是毀滅性火災的根源，用現有的普通方法，很難發現這種隱性火災苗頭。而應用紅外熱成像儀可以快速有效地發現這些隱火，並且可以準確判定火災的地點和範圍，透過煙霧發現着火點，做到早知道早預防，早撲滅。

       3、偽裝及隱蔽目標的識別

      普通的偽裝是以防可見光觀測為主。一般犯罪分子作案通常隱蔽在草叢及樹林中，由於野外環境的惡劣及人的視覺錯覺，容易產生錯誤判斷。紅外熱成像裝置是被動接受目標自身的熱輻射，人體和車輛的溫度及紅外輻射一般都遠大於草木的溫度及紅外輻射，因此不易偽裝，也不容易產生錯誤判斷。

        4、智能交通

        紅外熱成像監控攝像機廣泛應用於智能交通範圍，隨着前端設備市場的快速成熟，推動了智能交通應用的擴展。熱成像監控攝像機不受低照度、太陽強光的幹擾，能夠自動排除陰影和惡劣氣候帶來的影響，這是傳統監控攝像機無法比擬的優勢。無論白天還是夜晚，熱成像供應了清晰的視頻圖像，它不受陽光影響，幾乎不受外界環境控製。因此，熱成像檢測車輛和行人在路口的通行情況十分準確，滿足了7*24小時實時監控需求

     監控工程中的鏡頭選用及安裝要點

       鏡頭(Lens)是攝像機的眼睛，其性能的優劣直接關系到攝像機成像畫面是否清晰。因而若要達成攝像機的效能最大化，除了攝像機自身攝像組件與電路策劃優良外，還需為其選配一款適當的鏡頭。鏡頭是由一組或多組光學玻璃鏡片所組成，其透過機械的結構以光學原理形成物像。不同的鏡片組合，成像距離也各有長短。為滿足用戶對不同視覺距離與角度範圍的需求，廠商相應產出不同類型的監控攝像機鏡頭。然而由於鏡頭應用環境各異及對其認知的缺失，部分工程商不僅在鏡頭選擇上費盡周折，在其安裝施工過程中也遭遇不少棘手的難題。本文即以筆者經驗，就鏡頭在監控系統工程上的應用心得與業界同仁探討與分享。

監控攝像機鏡頭應用類型

       因鏡頭的重要性，在進行監控工程策劃規劃前，只有先摸清鏡頭的類型及其應用方式，並了解其搭配應用的特性，才能發揮鏡頭最佳成像。以目前國內類別方式來說，鏡頭大致可以分為如下十種類型。

· 固定光圈鏡頭：定焦且固定光圈，主要用於環境光線固定的場所;

· 手動光圈鏡頭：定焦但光圈可調，主要用於環境光線固定但明暗不定的場所;

· 自動光圈鏡頭(DC-drive)：固定焦距，使用DC電壓驅動用於環境光線變化性的固定範圍場所;

· 自動光圈鏡頭(Video-drive)：固定焦距，使用視頻信號驅動用於環境光線變化性的固定範圍場所;

· 手動光圈變焦鏡頭：主要用於室內環境光線程度不定且範圍大小不一的場所;

· 自動光圈變焦鏡頭：主要用於室外環境光線程度不定且範圍大小不一的場所;

· 板機鏡頭(on-Board)：以搭配紅外線攝像機為主，室內外均適用;

· 魚眼全景鏡頭：主要用於室內環境光線程度不定且範圍大小特定的場所;

· 電動變焦鏡頭：可遙控焦距景深及光圈，主要用於室內外環境光線程度不定而且景深範圍大小可依要求調整的場所;

· 針孔鏡頭(Pin-Hole): 主要用於隱匿監控及環境光線不定且範圍特定的場所。

       由以上鏡頭類別可看出，各類鏡頭的區別主要在其用途及應用環境需求上。因此在實際應用上，如何完美地搭配鏡頭，對工程商來說也是一大考驗。

鏡頭的目標攝像推算方式

       鏡頭取像成像的公式及推算方式很多，下面展現說明其中一種相對簡易的方式。當然方式公式都不盡相同，以下僅供參考。

焦距的計算

1. 公式計算法：視界大小和焦距的計算。視界大小是指被攝像物體的大小，視界的大小則是以鏡頭至被攝像物體距離，鏡頭焦距及所要看到的成像大小確定的。

2. 鏡頭的焦距視界大小及鏡頭到被攝像物體的距離的計算如下。

基本公式：f=wL/W 另一反推`f=hL/H;

其中f：鏡頭焦距(mm);

小寫w：影像的寬度(被攝像體在攝像機CCD上成像的寬度mm);

大寫W：被攝像體的實體寬度;

L：被攝像體到攝像機鏡頭的距離;

小寫h：影像高度(被攝像體在攝像機CCD上成像高度);

視界高度(可看到的攝取場景);

H：被攝物體的高度;

CCD規格尺寸：單位mm 規格

 一體化攝像機如何長遠立足於安防工業

        嚴格來說，快速球型攝像機、半球型攝像機與一般的一體機不是一個概念，但所用攝像機技藝是一樣的，因而一般也會將其歸為一體化範疇。現在通常所說的一體化攝像機應專指鏡頭內建、可自動聚焦的一體化攝像機。本文重點展現一體化攝像機高清化擴展趨勢及其市場現狀。

一體化監控迎來高清時代

         在安防市場迅猛擴展的今天，一體化攝像機以其獨特的優勢向前穩步擴展。相對於普通攝像機，一體化攝像機體積精巧，策劃簡潔美觀，適合於高檔次的應用場合，可與精美的裝潢相得益彰。而其內在性能更具明顯特點，首先是自動聚焦性能，使得圖像非常清晰，達成快速準確的實時監控。尤其在高速公路監控中，由於車輛速度較快，容易出現監控圖像模糊、拖尾等狀況，高品質的一體化攝像機可對車輛圖像進行自動聚焦，並能達到很好的定焦效果，為道路監控和交通管理供應理想的監控圖像。

       除此之外，一體化攝像機監控範圍更廣，特別適用於各類大範圍監控場所。對於高溫、雨雪等惡劣的室外環境，通過良好的防爆、防水等性能的配置，能夠解決用戶室外監控的後顧之憂。另外，對於特殊環境的需求，一體化攝像機同樣有着出色表現，有專門用於生化環境的防腐蝕一體化攝像機、有可用於海底的防水一體化攝像機，還有為應對室外高溫天氣而研製的，具有散熱性能的一體化攝像機等。可以樂觀地預計，隨着一體化攝像機性能優勢的全面發揮，將會給各類安防應用帶來更積極的監控體驗。

       面對視頻監控高清化、網絡化和智能化的擴展趨勢，一體化攝像機同樣需要在這條道路上長遠擴展。在高清被廣泛談及的安防範圍，一體化攝像機的高清時代也已來臨，只有積極迎合這種趨勢，不斷滿足工業用戶的高清監控需求，才能在安防這條道路上越走越寬，開辟出屬於自己的一片天地。IP攝像機在諸多範圍的應用，為一體化攝像機的IP化道路指明了方向，無人實時監控的模式會全面涉及各個工業，屆時IP一體化攝像機的獨特優勢將會發揮得淋漓盡致。不僅如此，如隱私區域遮蔽、圖像翻滾、移動偵測等智能性能的嵌入，使其實用性更強，應用範圍更廣。

       高清時代，諸如智能交通、數字城市、平安校園等範圍對視頻監控攝像機高清晰圖像品質的要求越來越嚴格。以智能交通為例，部署於重要道路、十字路口、出入口等地的視頻監控攝像機需要清晰記錄下車輛的信息，在一定的車速下，快門時間過長，會造成圖像模糊不清，難以有效識別車牌信息，快門時間過短，則會造成曝光不足，圖像亮度不夠，同樣缺少有用的車牌信息，給實時交通監控帶來了很大困擾。而高清一體化攝像機則可通過光學變焦，使圖像更清晰。光學變焦是依靠光學鏡頭結構來達成變焦，光學變焦倍數越大，能拍攝的景物就越遠。一體化攝像機變焦倍數已有從22倍、26倍、27倍到30倍、36倍，甚至更高，這對於在大範圍內捕捉高清晰度圖像有着重要意義。

       談到高清，就不得不提到分辨率，一體化攝像機的分辨率由上面談到的核心技藝CCD的像素數量決定，在目前的工業應用中，多以480線和520線為主，有些一體化攝像機的分辨率達到了540線或者更高，足見一體化攝像機向着高清晰度擴展的強勁態勢。面對高清浪潮，安防廠商不僅要在高清晰度方面有所作為，還要考慮到低照度，提高CCD的靈敏度，達成夜間監控的高清化。

       在IP化方面，與常規型攝像機一樣，一體化攝像機也逐漸涉及IP性能。通過嵌入一體化攝像機內部的IP模塊，來達成網絡連接和圖像上傳，以達成遠程監控。另一方面，隨着民用安防市場的興起，用戶越來越看中一體化攝像機的實用性，促使安防廠商不斷研制具有另外智能性能的一體化攝像機。如通過對智能分析模塊的特定設置，可對飛機場、火車站等人群密集地的可疑人員、遺棄物進行自動偵別、鎖定、跟蹤及報警。

一體化攝像機如何在業內長遠立足

       在高清一體化攝像機逐漸步入市場的同時，一體化攝像機只有積極迎合這種擴展趨勢，不斷滿足工業用戶的高清監控需求，才能在安防這條道路上立足長遠。

       攝像機在諸多範圍的應用，為一體化攝像機的擴展道路指明了方向，無人實時監控的模式會全面涉及各個工業，屆時一體化攝像機的獨特優勢將會發揮得淋漓盡致。不僅如此，如隱私區域遮蔽、圖像翻滾、移動偵測等智能性能的嵌入，使其實用性更強，應用範圍更廣。

       除此之外，一體化攝像機監控範圍更廣，特別適用於各類大範圍監控場所。對於高溫、雨雪等惡劣的室外環境，通過良好的防爆、防水等性能的配置，能夠解決用戶室外監控的後顧之憂。另外，對於特殊環境的需求，一體化攝像機同樣有着出色表現，有專門用於生化環境的防腐蝕一體化攝像機、有可用於海底的防水一體化攝像機，還有為應對室外高溫天氣而研製的，具有散熱性能的一體化攝像機等。可以樂觀地預計，隨着一體化攝像機性能優勢的全面發揮，將會給各類安防應用帶來更積極的監控體驗。

       在安防市場迅猛擴展的今天，一體化攝像機以其獨特的優勢向前穩步擴展。相對於普通攝像機，一體化攝像機體積精巧，策劃簡潔美觀，適合於高檔次的應用場合，可與精美的裝潢相得益彰。而其內在性能更具明顯特點，首先是自動聚焦性能，使得圖像非常清晰，達成快速準確的實時監控。尤其在高速公路監控中，由於車輛速度較快，容易出現監控圖像模糊、拖尾等狀況，高品質的一體化攝像機可對車輛圖像進行自動聚焦，並能達到很好的定焦效果，為道路監控和交通管理供應理想的監控圖像。

紅外監控與紅外熱成像之差別
 

       由於視頻監控範圍商品線劃分復雜，且根據不同商品應用範圍、特性等又進行了細致歸類，導致很多出初學者十分困擾。盡管對於大多數人對監控還十分陌生，隨着人們自我保護意識增強，"證據"的作用也體現得淋漓盡致，因此監控自然而然的就被大家所接受。
在監控應用中，存在一種容易混淆的概念：夜視監控中紅外成像與熱成像，下面將講述兩者的不同。
　　尋找"熱"源-熱成像與紅外監控區別
　　不喜歡用過於咬文嚼字的方式展現紅外監控與紅外熱成像之間的概念。簡單地說，紅外熱成像技藝可以生成圖像，必須要尋找熱源，在沒有任何溫度差的情況下，熱成像與紅外成像效果幾乎相同。
　　熱紅外依靠檢測物體熱輻射的紅外線特定波段信號，特別適用於目標偵測，在幾乎零光線的環境下，熱成像能夠探測出百米甚至千米以外的移動物體，相比較紅外夜視，其探測距離更遠、定位更準確。

　　紅外熱成像捕捉的圖像

　　紅外監控受距離影響
　　相比較紅外熱成像，紅外夜視監控受距離限製。當然，不排除熱紅外受大霧和雨天天氣影響。首先在相同環境下，前者探測距離不過百米，但若要抓拍清楚，恐怕還需要更近的距離。不同夜視監控攝像機采用了不同的捕捉圖像的技藝，紅外LED燈、ICR自動切換，若紅外燈數量過多，攝像機內部工作溫度過高，圖像品質大打折扣。
夜視監控成像效果區別大
　　兩款不同的監控攝像機，在成像效果上有很大的區別。不同的技藝所诠釋圖像的意義也不同。紅外夜視監控圖像以黑白為主，雖然無法辨別衣帽顏色，但部分細節仍可以通過高分辨率圖形看清楚，熱成像則只有人體輪廓，根據溫度不同，呈現的顏色不同，溫度越高則為紅色，溫度越低，則偏向藍色。

　　紅外溫度感應追蹤：只需余溫即可判斷是否有人經過

　　主動與被動紅外對號入座
　　從使用方面角度出發，熱成像屬於被動紅外夜視技藝，依靠目標物體發出的信號進行判斷。普通的紅外監控攝像機則依靠主動紅外技藝，主動發射紅外光，利用目標反射紅外光來達成攝像監視的一種夜視技藝。
　　夜視紅外監控捕捉效果
　　由於二者所應用的技藝有本質區別，加之熱成像對溫度較為敏感，因此在森林防火、地質探測，以及行李違禁物品檢測時，都善於使用熱成像監控。由於熱成像攝像機比較脆弱，因此避免白天使用及高溫灼熱發生。主動與被動紅外技藝的結合，成為未來監控的主要趨勢。
　　熱成像技藝可以彌補紅外監控無法完成的工作，完成普通監控攝像機達不到的效果。即便兩者都屬於紅外監控範疇，其本質技藝、應用範圍及成像效果也有很大的區別。