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紅外熱成像技術(shù)是通過(guò)運(yùn)用光電技術(shù)接收物體輻射的特殊紅外線信號(hào)，將該信號(hào)轉(zhuǎn)換成可供人眼可識(shí)別的圖像或視頻，并賦予圖像或視頻溫度值。紅外熱成像技術(shù)使人類(lèi)超越了視覺(jué)局限，由此人們可以“看到”物體表面的溫度分布狀況。紅外熱成像儀就是利用該技術(shù)生產(chǎn)的商用儀器，憑著實(shí)時(shí)視頻成像、操作簡(jiǎn)便、成本低等優(yōu)勢(shì)，遠(yuǎn)距離、非接觸、大面積、直觀快速檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)，在民航、電力、石化、森林防火、醫(yī)療等領(lǐng)域也有著廣泛的應(yīng)用。

1.1  紅外熱成像技術(shù)的原理

任何溫度高于絕對(duì)零度的物體，由于其內(nèi)部熱運(yùn)動(dòng)的存在，都會(huì)向外輻射包括紅外波段在內(nèi)的電磁波。紅外光譜波長(zhǎng)約在0.75~1000 μm之間，由于大氣對(duì)紅外輻射的選擇性吸收，在大氣中紅外輻射僅能在1~2.5 μm、3~5 μm和8~14 μm三個(gè)波段內(nèi)有效地傳輸。紅外熱成像技術(shù)就是通過(guò)吸收目標(biāo)物體輻射的紅外線電磁波，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，通過(guò)軟件算法，將肉眼不可見(jiàn)的紅外輻射轉(zhuǎn)換為可視圖像或視頻。

1.2  紅外熱成像儀的組成

紅外熱成像儀是集光學(xué)、半導(dǎo)體、光電子學(xué)、電子學(xué)、精密機(jī)械、顯示器等技術(shù)為一體的高新技術(shù)產(chǎn)品，能探測(cè)到肉眼看不到的紅外輻射圖像。紅外熱成像儀按探測(cè)器的工作溫度分為制冷型和非制冷型，制冷式熱成像儀是利用光子探測(cè)器接收紅外線輻射，材料內(nèi)部電子能量分布發(fā)生變化從而引起電信號(hào)的變化，其靈敏度高，但受到波長(zhǎng)的限制，且工作時(shí)需要低溫，這就使得此類(lèi)的設(shè)備體積大、便攜性差、成本高，阻礙了其應(yīng)用。非制冷式熱成像儀是利用光熱探測(cè)器接受紅外線輻射，材料的溫度發(fā)生變化從而產(chǎn)生電信號(hào)，電信號(hào)強(qiáng)度取決于接收到的紅外線輻射功率，與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，此類(lèi)設(shè)備體積小、便于攜帶，價(jià)格便宜，因此應(yīng)用廣泛。

1.3 紅外熱成像儀的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)

非制冷紅外焦平面探測(cè)器的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)包括陣列規(guī)模、像元中心距、噪聲等效溫差（Noise Equivalent Temperature Difference，NETD）等。探測(cè)器的陣列規(guī)模越大，圖像分辨率越高，圖像越清晰，目前焦平面探測(cè)器陣列規(guī)模可達(dá)到1920×1080 甚至更高。像元中心距與光學(xué)系統(tǒng)共同決定了成像系統(tǒng)的空間分辨

率。原則上來(lái)說(shuō)，當(dāng)像元尺寸大于紅外輻射波長(zhǎng)時(shí)，像元中心距越小，圖像的空間分辨率越高。噪聲等效溫差（NETD）也被稱(chēng)為探測(cè)器靈敏度，是非制冷紅外焦平面探測(cè)器最重要的性能指標(biāo)。它與傳感器設(shè)計(jì)及薄膜材料等因素有關(guān)。NETD 越小，探測(cè)器靈敏度越高。典型軍用探測(cè)器的NETD需小于50 mK。

紅外熱成像探測(cè)器是整個(gè)紅外成像系統(tǒng)的核心器件，按發(fā)展特點(diǎn)可分為四代，目前正在發(fā)展的以大面陣、高分辨率、多波段、智能靈巧型為主要特點(diǎn)的系統(tǒng)芯片，具有高性能數(shù)字信號(hào)處理功能，甚至具備單片多波段探測(cè)與識(shí)別能力。使用

廣泛的非制冷焦平面探測(cè)器也經(jīng)歷了技術(shù)探索期、技術(shù)成熟期等階段，來(lái)到了新技術(shù)探索期，目前國(guó)外研究機(jī)構(gòu)主要沿著超大面陣規(guī)模以及尺寸、重量、功耗、成本（Size Weight and Power-Cost，SWaP-C）兩個(gè)方向進(jìn)行著產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。我國(guó)的相關(guān)研究在以電子科技大學(xué)、北方廣微科技有限公司、浙江大立科技股份有限公司、艾睿光電及武漢高德紅外股份有限公司等為代表的研究機(jī)構(gòu)及企業(yè)的努力下也取得了很大突破，目前國(guó)產(chǎn)最先進(jìn)微型機(jī)芯模組產(chǎn)品與全球典型產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)相比較，國(guó)內(nèi)研究機(jī)構(gòu)在像元中心距和陣列規(guī)模方面緊跟國(guó)際水平，器件噪聲等效溫差（也被稱(chēng)為探測(cè)器靈敏度，是非制冷紅外焦平面探測(cè)器最重要的性能指標(biāo)）接近甚至超過(guò)某些國(guó)際研究機(jī)構(gòu)的同等像元尺寸產(chǎn)品。

2 紅外熱成像技術(shù)在安全檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀

近年來(lái)，紅外熱成像技術(shù)引起廣大科研工作者的關(guān)注，對(duì)其進(jìn)行了持續(xù)的研究。紅外熱成像儀有著諸多的優(yōu)點(diǎn)，隨著技術(shù)的發(fā)展與研究的深入，與安全科學(xué)中不同學(xué)科相結(jié)合，可進(jìn)行安全隱患排查及安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)，應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

2.1 建筑行業(yè)安全檢測(cè)應(yīng)用現(xiàn)狀

在建筑行業(yè)中常存在外墻由于年久失修或其它質(zhì)量問(wèn)題發(fā)生墜落傷人事故，建筑材料存在內(nèi)部缺陷從而發(fā)生安全事故。通過(guò)紅外熱像技術(shù)，可快速給出建筑物的紅外熱像譜圖或視頻，結(jié)合數(shù)據(jù)分析能直觀反映其受損或缺陷狀況，及時(shí)發(fā)

現(xiàn)問(wèn)題并消除隱患。紅外熱成像技術(shù)在建筑外墻檢測(cè)中的應(yīng)用，以外墻飾面施工質(zhì)量檢測(cè)為例，對(duì)技術(shù)的可靠性、靈敏度和檢測(cè)條件進(jìn)行了分析。在合理的條件下采用紅外熱成像技術(shù)可以可靠、準(zhǔn)確地對(duì)建筑外墻的質(zhì)量進(jìn)行

檢測(cè)，可為房屋建筑的驗(yàn)收或飾面質(zhì)量的普查提供可靠的依據(jù)。

2.2 電力行業(yè)安全檢測(cè)應(yīng)用現(xiàn)狀

電力行業(yè)是紅外熱成像技術(shù)最先應(yīng)用的行業(yè)之一，已被電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 644 和DL/T 596 等確定標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)工具，它在安全隱患發(fā)現(xiàn)和設(shè)備維護(hù)檢測(cè)等方面具有不可替代的作用。電力行業(yè)中，各種高低壓電器設(shè)備，由于機(jī)械振動(dòng)、灰塵的腐蝕、外力損傷等因素的作用，使設(shè)備出現(xiàn)接頭接觸不良、材料老化等，造成設(shè)備非正常發(fā)熱，帶來(lái)安全隱患和熱缺陷，紅外熱像儀作為成熟的電力在線監(jiān)測(cè)技術(shù)手段，可對(duì)負(fù)荷電氣設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)對(duì)紅外熱成像譜圖的分析，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常溫度點(diǎn)，快速定位隱患及缺陷點(diǎn)，防止電氣火災(zāi)事故發(fā)生。許多供電系統(tǒng)及企業(yè)利用紅外熱成像技術(shù)對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，預(yù)先發(fā)現(xiàn)事故隱患，從而使電力設(shè)備能持續(xù)可靠運(yùn)行。

2.3 石化行業(yè)安全檢測(cè)應(yīng)用現(xiàn)狀

石油化工領(lǐng)域的許多設(shè)備需要在高溫高壓環(huán)境下工作，容易產(chǎn)生安全隱患。根據(jù)安全生產(chǎn)要求，需要對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，提前發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)消除隱患。使用紅外熱成像技術(shù)能對(duì)管道、法蘭、閥門(mén)、油罐氣罐等石油化工行業(yè)常見(jiàn)設(shè)備的腐蝕、破裂、減薄、堵塞及泄漏等進(jìn)行檢測(cè)，得到設(shè)備和材料表面溫度分布，根據(jù)異常溫度點(diǎn)的分布，可快速定位隱患點(diǎn)，以此減少石油化工生產(chǎn)中的潛在危險(xiǎn)。

2.4 運(yùn)輸行業(yè)重點(diǎn)場(chǎng)所安全檢測(cè)應(yīng)用現(xiàn)狀

機(jī)場(chǎng)、海關(guān)是比較特殊的場(chǎng)所，在白天用普通攝像頭很容易監(jiān)視和跟蹤目標(biāo)，但在夜間，普通攝像頭存在一定的局限性，這是由于普通攝像頭是利用可見(jiàn)光成像，黑夜或光線不好時(shí)圖像效果不佳，可能導(dǎo)致一些警報(bào)被忽略或誤報(bào)，而采用紅外熱成像攝像頭可輕松解決該問(wèn)題。去年新冠肺炎疫情在全球流行和肆虐，傳統(tǒng)的體溫安全監(jiān)測(cè)模式已經(jīng)無(wú)法滿足機(jī)場(chǎng)、海關(guān)等出入境旅客的安全順暢通關(guān)，利用紅外熱成像技術(shù)的體溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可有效提高口岸出入境人員的體溫監(jiān)測(cè)能力。

2.5 森林防火安全檢測(cè)應(yīng)用現(xiàn)狀

在的森林防火中，不明顯的隱火也容易引起火災(zāi)，僅靠人工監(jiān)控是難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)的，等發(fā)現(xiàn)時(shí)已經(jīng)發(fā)展成了難以控制的局面。采用紅外熱成像技術(shù)可以通過(guò)設(shè)置目標(biāo)溫度上限來(lái)對(duì)監(jiān)測(cè)目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，根據(jù)不同場(chǎng)景的總體結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)，在這些易于產(chǎn)生火災(zāi)的關(guān)鍵位置設(shè)置熱成像監(jiān)控點(diǎn)，全天候、全方位監(jiān)控記錄主要場(chǎng)所的實(shí)時(shí)情況，如果目標(biāo)溫度達(dá)到設(shè)定上限就會(huì)發(fā)出報(bào)警信息，由此便可迅速確定起火點(diǎn)的位置和規(guī)模，將森林火災(zāi)消滅在萌芽階段，從而消除火災(zāi)隱患。

2.6 海事安全監(jiān)管應(yīng)用現(xiàn)狀

紅外熱成像技術(shù)在海事安全應(yīng)用高效實(shí)用，如在海上救援、潛水作業(yè)、執(zhí)法、港口安全巡邏、救助落水船員和執(zhí)行國(guó)土安全任務(wù)等，無(wú)論白天還是黑夜、天氣好壞與否，紅外熱像儀都可幫助海事公共安全船舶（如公安艇，消防艇、海港巡邏艦等）順利完成重要任務(wù)。