红外热成像系统

 自然界几乎所有的物体都会发出红外线，红外线是自然界中存在最为广泛的辐射。大气、烟云等吸收可见光和近红外线，但是却无法吸收3-5微米和8-14微米的红外线光，红外热成像技术正是利用这一原理，我们利用红外线的这两个无法吸收的窗口，就可以再完全无光的夜晚或者烟云密布的不可见的环境下，仍然能够清晰的观察到前方的情况。随着市场需求的发展及需求，现代高新技术几乎在安防监控领域中都有应用或者即将应用，现代传感技术中发展迅速的红外热成像技术在安防监控系统中也开始得到了应用。

 热成像：一种被动的红外夜视技术

       热成像技术是一种被动红外夜视技术，普通的红外监控技术是主动红外夜视技术，热成像技术是利用自然界物体不同部位红外热辐射强度的不同来形成图像，它根据目标与背景或目标各部分之间的温差或热辐射差来发现目标。由于该技术不随周围光照条件的变化而变化，所以可以在白天黑夜，甚至大雾，下雨等恶劣环境下提供视频图像。但是它无法实现较远距离的监控，且监控画面只能判别是否有可疑人员进入，而无法看清楚人脸及外貌特征。

       普通红外摄像机是一种主动红外技术，是通过主动发射红外光，利用目标反射红外光来实现摄像监视的一种夜视技术，随着第三代红外阵列技术的应用，主动红外监控的效果已得到了很好的提升，产品的品质、寿命也更好，且制造工艺要求不高，成本低廉，其具有较广阔的应用前景。

红外热成像：完成普通监控达不到的效果

        监控场景不可能做到全天候有可见光，所以普通非红外摄像机很难做到全天候监控，而红外热成像摄像机是被动接受监控目标自身的红外热辐射，其可配合可见光摄像机使用，无论白天黑夜24小时均可以处于运行状态而正常工作;在雨、雾等恶劣的气候条件下，由于可见光的波长短，克服障碍的能力差，因而观测效果受损。而工作在8～14μm波长的长波红外热成像摄像机，其穿透雨、雾的能力较强，从而仍可以正常地观测目标普通监视摄像头是无法看到被掩盖下所隐藏的物体，如被埋藏的盗窃物品、尸体等。而红外热成像摄像机则可以检测识别出来，因为当某处的表面被弄乱时，该表面的热轮廓也会被破坏，如翻过的土壤热辐射和压实的土壤热辐射是不同的; 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;我国边境线甚长，海洋也辽阔，由于野外环境的恶劣，特别在下雨、下雪、大雾、大风的日子，许多系统都不可能很好地担当起防范作用，更不用说通过智能分析报警了。而采用人员巡逻，利用望远镜进行观察，往往由于可见光波长短，使观察效果不理想。利用红外热成像摄像机，可以探测到不同物体的红外热辐射，因而可以远距离地进行观察，尤其适用于风雨天气; 对于被遗弃的行李包裹等遗留物体，普通监控摄像头只能看到行李包裹的外部特征，很难观察到行李包裹内所装的物品，因而无法对其进行分析。而通过智能分析行李包裹的红外热图像的特征，即可推断出其内部物品的特征，从而就可对其进行适当地处置。如可检测分析识别出可燃物与爆炸物等。 热成像摄像机和可见光摄像机不一样，不能长时间开机，最好白天不开机晚上开机，且白天开机的话注意避免正对着太阳或很高温度的物体，以免灼伤探测器。目前大部分厂家的做法是将热成像摄像机和可见光摄像机搭配使用，白天采用可见光采集图像，夜间采用被动红外热成像。

红外热成像仪：监控应用涉及面广泛

       采用红外热成像技术，探测目标物体的红外辐射，并通过光电转换、信号处理等手段，将目标物体的温度分布图像转换成视频图像的设备，我们称为红外热成像仪。红外热成像仪可分为致冷型和非致冷型两大类。致冷型的热灵敏度高,结构复杂,一般用于军事用途,而非致冷型灵敏度虽低于致冷型，但其性能已可以满足多数军事用途和几乎所有的民用领域。由于不需要配备制冷装置，因此非制冷红外热成像仪可靠性及性价比较致冷型的高。

       1、夜间及恶劣气候条件下目标的监控

       夜晚，由于众所周知的原因，可见光器材已经不能正常工作，如果采用人工照明的手段，则容易暴露目标。若采用微光夜视设备，它同样也工作在可见光波段，依然需要外界光照明。而红外热成像仪是被动接受目标自身的红外热辐射，无论白天黑夜均可以正常工作，并且也不会暴露自己。同样在雨、雾等恶劣的气候条件下，由于可见光的波长短，克服障碍的能力差，因而观测效果差，但红外线的波长较长，特别是工作在8～14um的热成像仪，穿透雨、雾的能力较高，因此仍可以正常观测目标。因此在夜间以及恶劣气候条件，采用红外热成像监控设备可以对各种目标，如人员、车辆等进行监控。

       2、防火监控

       由于红外热成像仪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，还可以作为有效防火报警设备，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，用现有的普通方法，很难发现这种隐性火灾苗头。而应用红外热成像仪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，透过烟雾发现着火点，做到早知道早预防，早扑灭。

       3、伪装及隐蔽目标的识别

      普通的伪装是以防可见光观测为主。一般犯罪分子作案通常隐蔽在草丛及树林中，由于野外环境的恶劣及人的视觉错觉，容易产生错误判断。红外热成像装置是被动接受目标自身的热辐射，人体和车辆的温度及红外辐射一般都远大于草木的温度及红外辐射，因此不易伪装，也不容易产生错误判断。

        4、智能交通

        红外热成像监控摄像机广泛应用于智能交通领域，随着前端设备市场的快速成熟，推动了智能交通应用的发展。热成像监控摄像机不受低照度、太阳强光的干扰，能够自动排除阴影和恶劣气候带来的影响，这是传统监控摄像机无法比拟的优势。无论白天还是夜晚，热成像提供了清晰的视频图像，它不受阳光影响，几乎不受外界环境控制。因此，热成像检测车辆和行人在路口的通行情况十分准确，满足了7*24小时实时监控需求

     监控工程中的镜头选用及安装要点

       镜头(Lens)是摄像机的眼睛，其性能的优劣直接关系到摄像机成像画面是否清晰。因而若要实现摄像机的效能最大化，除了摄像机自身摄像组件与电路设计优良外，还需为其选配一款适当的镜头。镜头是由一组或多组光学玻璃镜片所组成，其透过机械的结构以光学原理形成物像。不同的镜片组合，成像距离也各有长短。为满足用户对不同视觉距离与角度范围的需求，厂商相应产出不同类型的监控摄像机镜头。然而由于镜头应用环境各异及对其认知的缺失，部分工程商不仅在镜头选择上费尽周折，在其安装施工过程中也遭遇不少棘手的难题。本文即以笔者经验，就镜头在监控系统工程上的应用心得与业界同仁探讨与分享。

监控摄像机镜头应用类型

       因镜头的重要性，在进行监控工程设计规划前，只有先摸清镜头的类型及其应用方式，并了解其搭配应用的特性，才能发挥镜头最佳成像。以目前国内分类方式来说，镜头大致可以分为如下十种类型。

· 固定光圈镜头：定焦且固定光圈，主要用于环境光线固定的场所;

· 手动光圈镜头：定焦但光圈可调，主要用于环境光线固定但明暗不定的场所;

· 自动光圈镜头(DC-drive)：固定焦距，使用DC电压驱动用于环境光线变化性的固定范围场所;

· 自动光圈镜头(Video-drive)：固定焦距，使用视频信号驱动用于环境光线变化性的固定范围场所;

· 手动光圈变焦镜头：主要用于室内环境光线程度不定且范围大小不一的场所;

· 自动光圈变焦镜头：主要用于室外环境光线程度不定且范围大小不一的场所;

· 板机镜头(on-Board)：以搭配红外线摄像机为主，室内外均适用;

· 鱼眼全景镜头：主要用于室内环境光线程度不定且范围大小特定的场所;

· 电动变焦镜头：可遥控焦距景深及光圈，主要用于室内外环境光线程度不定而且景深范围大小可依要求调整的场所;

· 针孔镜头(Pin-Hole): 主要用于隐匿监控及环境光线不定且范围特定的场所。

       由以上镜头分类可看出，各类镜头的区别主要在其用途及应用环境需求上。因此在实际应用上，如何完美地搭配镜头，对工程商来说也是一大考验。

镜头的目标摄像推算方式

       镜头取像成像的公式及推算方式很多，下面介绍说明其中一种相对简易的方式。当然方式公式都不尽相同，以下仅供参考。

焦距的计算

1. 公式计算法：视界大小和焦距的计算。视界大小是指被摄像物体的大小，视界的大小则是以镜头至被摄像物体距离，镜头焦距及所要看到的成像大小确定的。

2. 镜头的焦距视界大小及镜头到被摄像物体的距离的计算如下。

基本公式：f=wL/W 另一反推`f=hL/H;

其中f：镜头焦距(mm);

小写w：影像的宽度(被摄像体在摄像机CCD上成像的宽度mm);

大写W：被摄像体的实体宽度;

L：被摄像体到摄像机镜头的距离;

小写h：影像高度(被摄像体在摄像机CCD上成像高度);

视界高度(可看到的摄取场景);

H：被摄物体的高度;

CCD规格尺寸：单位mm 规格

 一体化摄像机如何长远立足于安防行业

        严格来说，快速球型摄像机、半球型摄像机与一般的一体机不是一个概念，但所用摄像机技术是一样的，因而一般也会将其归为一体化范畴。现在通常所说的一体化摄像机应专指镜头内建、可自动聚焦的一体化摄像机。本文重点介绍一体化摄像机高清化发展趋势及其市场现状。

一体化监控迎来高清时代

         在安防市场迅猛发展的今天，一体化摄像机以其独特的优势向前稳步发展。相对于普通摄像机，一体化摄像机体积精巧，设计简洁美观，适合于高档次的应用场合，可与精美的装潢相得益彰。而其内在性能更具明显特点，首先是自动聚焦功能，使得图像非常清晰，实现快速准确的实时监控。尤其在高速公路监控中，由于车辆速度较快，容易出现监控图像模糊、拖尾等现象，高品质的一体化摄像机可对车辆图像进行自动聚焦，并能达到很好的定焦效果，为道路监控和交通管理提供理想的监控图像。

       除此之外，一体化摄像机监控范围更广，特别适用于各类大范围监控场所。对于高温、雨雪等恶劣的室外环境，通过良好的防爆、防水等功能的配置，能够解决用户室外监控的后顾之忧。另外，对于特殊环境的需求，一体化摄像机同样有着出色表现，有专门用于生化环境的防腐蚀一体化摄像机、有可用于海底的防水一体化摄像机，还有为应对室外高温天气而研制的，具有散热功能的一体化摄像机等。可以乐观地预计，随着一体化摄像机功能优势的全面发挥，将会给各类安防应用带来更积极的监控体验。

       面对视频监控高清化、网络化和智能化的发展趋势，一体化摄像机同样需要在这条道路上长远发展。在高清被广泛谈及的安防领域，一体化摄像机的高清时代也已来临，只有积极迎合这种趋势，不断满足行业用户的高清监控需求，才能在安防这条道路上越走越宽，开辟出属于自己的一片天地。IP摄像机在诸多领域的应用，为一体化摄像机的IP化道路指明了方向，无人实时监控的模式会全面涉及各个行业，届时IP一体化摄像机的独特优势将会发挥得淋漓尽致。不仅如此，如隐私区域遮蔽、图像翻滚、移动侦测等智能功能的嵌入，使其实用性更强，应用领域更广。

       高清时代，诸如智能交通、数字城市、平安校园等领域对视频监控摄像机高清晰图像质量的要求越来越严格。以智能交通为例，部署于重要道路、十字路口、出入口等地的视频监控摄像机需要清晰记录下车辆的信息，在一定的车速下，快门时间过长，会造成图像模糊不清，难以有效识别车牌信息，快门时间过短，则会造成曝光不足，图像亮度不够，同样缺少有用的车牌信息，给实时交通监控带来了很大困扰。而高清一体化摄像机则可通过光学变焦，使图像更清晰。光学变焦是依靠光学镜头结构来实现变焦，光学变焦倍数越大，能拍摄的景物就越远。一体化摄像机变焦倍数已有从22倍、26倍、27倍到30倍、36倍，甚至更高，这对于在大范围内捕捉高清晰度图像有着重要意义。

       谈到高清，就不得不提到分辨率，一体化摄像机的分辨率由上面谈到的核心技术CCD的像素数量决定，在目前的行业应用中，多以480线和520线为主，有些一体化摄像机的分辨率达到了540线或者更高，足见一体化摄像机向着高清晰度发展的强劲态势。面对高清浪潮，安防厂商不仅要在高清晰度方面有所作为，还要考虑到低照度，提高CCD的灵敏度，实现夜间监控的高清化。

       在IP化方面，与常规型摄像机一样，一体化摄像机也逐渐涉及IP功能。通过嵌入一体化摄像机内部的IP模块，来实现网络连接和图像上传，以实现远程监控。另一方面，随着民用安防市场的兴起，用户越来越看中一体化摄像机的实用性，促使安防厂商不断研发具有更多智能功能的一体化摄像机。如通过对智能分析模块的特定设置，可对飞机场、火车站等人群密集地的可疑人员、遗弃物进行自动侦别、锁定、跟踪及报警。

一体化摄像机如何在业内长远立足

       在高清一体化摄像机逐渐步入市场的同时，一体化摄像机只有积极迎合这种发展趋势，不断满足行业用户的高清监控需求，才能在安防这条道路上立足长远。

       摄像机在诸多领域的应用，为一体化摄像机的发展道路指明了方向，无人实时监控的模式会全面涉及各个行业，届时一体化摄像机的独特优势将会发挥得淋漓尽致。不仅如此，如隐私区域遮蔽、图像翻滚、移动侦测等智能功能的嵌入，使其实用性更强，应用领域更广。

       除此之外，一体化摄像机监控范围更广，特别适用于各类大范围监控场所。对于高温、雨雪等恶劣的室外环境，通过良好的防爆、防水等功能的配置，能够解决用户室外监控的后顾之忧。另外，对于特殊环境的需求，一体化摄像机同样有着出色表现，有专门用于生化环境的防腐蚀一体化摄像机、有可用于海底的防水一体化摄像机，还有为应对室外高温天气而研制的，具有散热功能的一体化摄像机等。可以乐观地预计，随着一体化摄像机功能优势的全面发挥，将会给各类安防应用带来更积极的监控体验。

       在安防市场迅猛发展的今天，一体化摄像机以其独特的优势向前稳步发展。相对于普通摄像机，一体化摄像机体积精巧，设计简洁美观，适合于高档次的应用场合，可与精美的装潢相得益彰。而其内在性能更具明显特点，首先是自动聚焦功能，使得图像非常清晰，实现快速准确的实时监控。尤其在高速公路监控中，由于车辆速度较快，容易出现监控图像模糊、拖尾等现象，高品质的一体化摄像机可对车辆图像进行自动聚焦，并能达到很好的定焦效果，为道路监控和交通管理提供理想的监控图像。

红外监控与红外热成像之差别
 

       由于视频监控领域产品线划分复杂，且根据不同产品应用领域、特性等又进行了细致归类，导致很多出初学者十分困扰。尽管对于大多数人对监控还十分陌生，随着人们自我保护意识增强，"证据"的作用也体现得淋漓尽致，因此监控自然而然的就被大家所接受。
在监控应用中，存在一种容易混淆的概念：夜视监控中红外成像与热成像，下面将讲述两者的不同。
　　寻找"热"源-热成像与红外监控区别
　　不喜欢用过于咬文嚼字的方式介绍红外监控与红外热成像之间的概念。简单地说，红外热成像技术可以生成图像，必须要寻找热源，在没有任何温度差的情况下，热成像与红外成像效果几乎相同。
　　热红外依靠检测物体热辐射的红外线特定波段信号，特别适用于目标侦测，在几乎零光线的环境下，热成像能够探测出百米甚至千米以外的移动物体，相比较红外夜视，其探测距离更远、定位更准确。

　　红外热成像捕捉的图像

　　红外监控受距离影响
　　相比较红外热成像，红外夜视监控受距离限制。当然，不排除热红外受大雾和雨天天气影响。首先在相同环境下，前者探测距离不过百米，但若要抓拍清楚，恐怕还需要更近的距离。不同夜视监控摄像机采用了不同的捕捉图像的技术，红外LED灯、ICR自动切换，若红外灯数量过多，摄像机内部工作温度过高，图像质量大打折扣。
夜视监控成像效果区别大
　　两款不同的监控摄像机，在成像效果上有很大的区别。不同的技术所诠释图像的意义也不同。红外夜视监控图像以黑白为主，虽然无法辨别衣帽颜色，但部分细节仍可以通过高分辨率图形看清楚，热成像则只有人体轮廓，根据温度不同，呈现的颜色不同，温度越高则为红色，温度越低，则偏向蓝色。

　　红外温度感应追踪：只需余温即可判断是否有人经过

　　主动与被动红外对号入座
　　从使用方面角度出发，热成像属于被动红外夜视技术，依靠目标物体发出的信号进行判断。普通的红外监控摄像机则依靠主动红外技术，主动发射红外光，利用目标反射红外光来实现摄像监视的一种夜视技术。
　　夜视红外监控捕捉效果
　　由于二者所应用的技术有本质区别，加之热成像对温度较为敏感，因此在森林防火、地质探测，以及行李违禁物品检测时，都善于使用热成像监控。由于热成像摄像机比较脆弱，因此避免白天使用及高温灼热发生。主动与被动红外技术的结合，成为未来监控的主要趋势。
　　热成像技术可以弥补红外监控无法完成的工作，完成普通监控摄像机达不到的效果。即便两者都属于红外监控范畴，其本质技术、应用领域及成像效果也有很大的区别。