红外热成像技术及其在水务视频监控上的应用

1红外热成像技术的组成及工作原理红外热成像技术是一种被动红外夜视技术，其原理是基于自然界中一切温度高于绝对零度（－273℃）的物体，每时每刻都辐射出红外线，同时这种红外线辐射都载有物体的特征信息，这就为利用红外技术判别各种被测目标的温度高低和热分布场提供了客观的基础。利用这一特性，通过光电红外探测器将物体发热部位辐射的功率信号转换成电信号后，成像装置就可以一一对应地模拟出物体表面温度的空间分布，最后经系统处理，形成热图像视频信号，传至显示屏幕上，就得到与物体表面热分布相对应的热像图，即红外热图像。红外热成像仪分为制冷型和非制冷型两大类。制冷型的灵敏度高，结构复杂，价格非常昂贵，一般多用于军事。而非制冷型，灵敏度低于制冷型，但其性能基本可以完全满足民用需求，且价格相对制冷型来说便宜了很多。新一代非致冷焦平面红外热成像系统原理方框图如图1所示。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。图1非致冷焦平面红外热成像系统原理方框图系统的工作原理由光学系统接收被测目标的红外辐射经光谱滤波将红外辐射能量分布图形反映到焦平面上的红外探测器阵列的各光敏元上，探测器将红外辐射能转换成电信号，由探测器偏置与前置放大的输入电路输出所需的放大信号，并注入到读出电路，以便进行多路传输。高密度、多功能的CMOS多路传输器的读出电路能够执行稠密的线阵和面阵红外焦平面阵列的信号积分、传输、处理和扫描输出，并进行A／D转换，以送入微机作视频图像处理。由于被测目标物体各部分的红外辐射的热像分布信号非常弱，缺少可见光图像那种层次和立体感,因而需进行一些图像亮度与对比度的控制、实际校正与伪彩色描绘等处理。经过处理的信号送入到视频信号形成部分进行D／A转换并形成标准的视频信号，最后通过电视屏或监视器显示被测目标的红外热像图。2热成像技术在北京水务视频监视系统的设计与实现随着信息技术的发展，北京水务已经广泛使用可见光视频系统来实现水利设施及其周边区域的监视，在水务管理中发挥了一定的积极作用，保障了供水安全、水环境安全及迎汛安全。随着北京水务精细化管理的不断推进以及国家对反恐能力提升的要求，视频监视不能仅仅局限在白天的监控功能，在夜间光线不足或雨、雾等恶劣气候条件下也必须发挥作用，以保障夜间、汛期雨雾天气对水利设施及其周边的实时监控，提高水务安全监管能力。于是，热成像仪应用到水务视频监视系统就成为可能，下面就以怀柔水库库区的视频监视为例，介绍热成像技术在北京水务视频系统的设计和实现。2．1热成像仪建设必要性怀柔水库是北京重要水源之一，水库水域、游人及其周边环境的安全一直以来都是管理单位的重点工作内容。为提高工作人员日常巡查效率，及时了解水库水域及其周边情况，水库瞭望塔安装有可见光摄像机，用于白天监视水库周边水环境保护和山林防火等。随着北京国际影响力的提高和北京水资源紧张形势的日益严峻，对水源安全保障能力要求也日益提高，已建的可见光视频已经不能满足24h全天候视频监控和录像的要求，因此非常有必要建设热成像仪来实现夜间或雨、雾等恶劣天气视红外热成像技术及其在水务视频监控上的应用ApplicationofInfraredThermalImagingTechnologyinVideoMonitoringontheWater李晓梅（北京市水利自动化研究所，北京100036）耿晓光（北京市京密引水管理处，北京101400）摘要介绍了红外热成像技术的发展、组成及工作原理，分析了红外热成像技术的优缺点，以怀柔水库热成像仪的应用为例论述了热成像仪建设的必要性、系统结构、系统功能、系统特点及应用效果。随着各行各业对安保工作要求的日益提高，民用领域对红外热成像仪的应用需求将日渐增强。未来，红外热像仪将逐渐向小型化、低成本、智能化方向发展，其在各个领域智能视频监控中将具有很高的发展潜力。关键词：红外热成像技术，热成像仪，可见光摄像机，视频监控系统，应用AbstractThispaperintroducesthedevelopment,thecompositionandworkingprincipleofinfraredthermalimagingtechnology,andanalyzedtheadvantagesanddisadvantagesofinfraredthermalimagingtechnology．Applicationofthermalimagertohuairoureservoirasanexample,thispaperdiscussestheconstructionnecessityofthermalimagingsystem,systemstructure,syste