一、红外热成像原理介绍

1、 红外线原理

自然界中的一切物体，只要其温度高于绝对零度（-273℃）的物体都能辐射电磁波，红外线辐射式自然界存在的一种最为广泛的电磁波辐射，它是基于任何物体在常规环境下都会产生的自身的分子和原子无规则运动，并不停地辐射出热红外能量，分子和原子的运动越剧烈，辐射能量越大，反之，辐射能量越小。

2、红外热成像原理

自然界中的一切物体，只要其温度高于绝对零度（-273℃），就会不断地发射辐射能。

热成像系统的就是通过能够透过红外辐射的红外光学系统将景物的红外辐射聚焦到能够将红外辐射能转换为便于测量的物理量的器件 — 红外探测器上，红外探测器再将强弱不等的辐射信号转换成相应的电信号，然后经过放大和视频处理，形成可供人眼观察的视频图像。红外热成像系统将物体发射的红外辐射转变为人眼可见的热图像，从而使人眼的视觉范围扩展到不可见的红外区，其基本原理方框图如图：

红外探测器输出的图像通常称为“热图像”，由于不同物体甚至同一物体不同部位辐射能力和它们对红外线的反射强弱不同。利用物体与背景环境的辐射差异以及景物本身各部分辐射的差异，热图像能够呈现景物各部分的辐射起伏，从而能显示出景物的特征。

3、红外热像仪基本相关技术参数及名词解释

（1）红外热像仪是将不可见的红外辐射变为可见的热图像的一种仪器。可以通过热图像，观察到被测物体表面温度或热量的差别。

（2）红外热像仪分类：按照工作温度分为制冷型和非制冷型；按照功能分为测温型和非测温型。

（3）红外探测器。探测器是红外热像仪的心脏，它可以将红外辐射转变为电信号。

（4）探测器的分辨率。分辨率是衡量热像仪探测器优劣的一个重要参数，表示了探测器焦平面上有多少个单位探测元。目前市场主流分辨率为160×120，384×288等，此外还有320×240，640×480等。分辨率越高，成像效果也就越清晰。

（5）探测器尺寸。探测器尺寸指探测器上单个探测元的大小，一般的规格有25μm，35μm等。探测元越小，则成像的质量越好。

（6）焦距。透镜中心到其焦点的距离。焦距的单位通常用mm(毫米)来表示，一个镜头的焦距一般都标在镜头的前面，如f=50mm（这就是我们通常所说的“标准镜头”），28-70mm（我们最常用的镜头）、70-210mm（长焦镜头）等。焦距越大，可清晰成像的距离就越远。

（7）视场角（FOV）。视场角是由镜头系统主平面与光轴交点看景物或看成像面的线长度时所张的角度，通俗的说，镜头有一个确定的视野，镜头对这个视野的高度和宽度的张角称为视场角。

（8）噪声等效温差（NETD）。热像仪对测度图案进行观察，当系统的基准电子滤波器输出的信号电压峰值和噪声电压的均方根之比为1时，黑体目标和黑体背景的温差称为噪声等效温差。NETD越小，表示成像画面质量越好。

二、红外热像仪应用于安防监控领域

1、 红外热像仪是安防监控视频的升级

红外成像行业脱胎于安防视频行业，其产品的基本功能都是对人体、物体等进行实时探测、监控，但由于红外成像相比于可见光成像，具有全天候、穿透力强、能反映温度信息等特点。因此，红外成像有其独特优势：

红外成像与视频安防行业的比较

成像原理

监控标

应用环境

主要组成部分

应用行业

红外成像

可见光成像

图像

白天或有照明

光学镜头、电子感光元件、硬盘录像机

居民区、公共场合监控

视频安防

红外线成像

图像和温度

全天候，包括黑夜与风沙、大雾天气

红外镜头、红外焦平面探测器、存储器

工业、电力、边防监控等

可见光视频安防使用的光学成像的原理是，光电敏感元件（CCD、CMOS）对各种颜色的光线呈现出不同的感光特性，实现拍照或拍摄；红外成像的原理是，不同温度的物体向外界辐射出不同波长的红外线，被红外线敏感元件（如红外焦平面探测器）检测到，经过后续电路（如图像处理电路），最终还原出图像。

两种监控设备对同一场景的拍摄效果如下面的两张图所示：

1、红外热像仪在安防监控行业的需求：

随着安防监控行业的发展以及社会对安防需求的日益提高，夜晚可见光器材由于观测距离短，而如果采用人工照明的手段，增加观测距离，则容易暴露目标，其已经不能满足人们对夜晚监控的需求。在安防领域，红外热像仪是一个非常有效的设备，可以远距离探测和发现目标，弥补红外摄像机的不足。

在国外，红外热像仪已广泛应用于安全防范系统中，成为安全监控系统中的明星。而在国内，现阶段发展也非常迅速。由于红外热像仪具有隐蔽式探测功能，因为没有光的需要，所以省去了您制造可见光的费用，入侵者甚至无法知道他们正在被监视。而且具有穿透烟、雾、雨水、烟云等恶劣情况持续工作，可视距离达数公里，非常适合边境巡逻、暴力防御、夜间侦察、工业安防、设备安防、码头港口安防、商业安防等领域。

2、红外热成像技术优势

（1）红外热成像技术是一种被动式的非接触的检测与识别，隐蔽性好;

（2）红外热成像技术不受电磁干扰，能远距离精确跟踪热目标，精确制导;

（3）红外热成像技术能真正做到24H全天候监控;

（4）红外热成像技术控测能力强，作用距离远;

（5）红外热成像技术可采用多种显示方式，把人类的感官由五种增加到六种;

（6）红外热成像技术能直观地显示物体表面的温度场，不受强光影响，应用

广泛。

3、红外热像与其他安防监控技术的比较

性能特点

可见光监控

红外技术监控

工作方式

主动式、需要有日光或照明设施

被动式、可以在全黑的环境下进行监控

探测距离

探测距离有限

可以进行远距离探测、跟踪目标，目标定位

电磁干扰

电磁干扰影响较大

不受电磁干扰

隐蔽性能

受性能影响，容易暴露目标；

隐蔽性好、不易暴露目标，防止被犯罪分子破坏或发现；

控测能力

控测能力弱，作用距离近；

控测能力强，作用距离远；

温度显示

不能显示目标物体的温度，受强光影响较大；

能直观地显示物体表面的温度场（衍生出多种功能特性），不受强光影响；

红外热像仪与微光夜视仪比较：

比较内容

微光夜视仪

 红外热像仪

工作原理

对微弱的光信号进行放大

根据物体表面温差成像

没有任何光亮的条件下

不能使用

照样使用

光线变化较大的条件下

不能稳定观察

照样稳定使用

应用特点

可用于识别目标

主要用于发现目标

透烟雾功能

不能透过

可透过烟雾观察目标

其它作用

观察目标表面的特征

可发现隐藏的痕迹