熱紅外線圖像

熱紅外線圖像簡稱紅外圖像，又稱為熱像。是由熱紅外掃描器接收和記錄目標物發射的熱輻射能而形成的圖像。熱紅外圖像的解譯有助於區分岩石類型，圈定地質構造，探測地熱資源及地表溫度以及監測環境變化等。

基本介紹

• 中文名：熱紅外線圖像
• 外文名：thermal infrared imagery
• 科目：測繪科學
• 圖像特點：圖像解析度低
• 套用：人臉識別
• 成像技術特點：安全係數高、高效

簡介

熱紅外圖像是熱輻射成像，它是隨著紅外成像技術的出現而誕生的。紅外成像技術是一種熱輻射信息探測技術，它是根據物體的紅外輻射差異成像的，紅外熱成像系統能夠把物體表面的自然發射的紅外輻射分布轉變為可見圖像。由於不同物體或同一物體的不同部位通常具有不同的熱輻射特性，如溫差、發射率等，在進行熱紅外成像後，熱紅外圖像中的物體因為其熱輻射的差異而區別開來。熱紅外圖像的獲取不依賴於外部光線，具有全天侯特點。

紅外線

波長在可見光紅端與微波之間的電磁輻射。又稱紅外光。波長範圍約在7×10-7～1×10-3米之間。1800年，英國天文學家赫謝耳將溫度計放在日光光譜的紅端以外，觀察到有增溫現象，發現了紅外線。一切物體都在向外輻射紅外線，物體溫度越高，發射的紅外線波段越寬，且長波段的能量越豐富。在實驗室里，常用電燈、電弧作為紅外光源。紅外線產生的機理是原子的外層電子受到激發。紅外線不能引起人眼的視覺；有極強的熱效應；易於為物體吸收而轉為其內能；有較強的穿透霧的能力，不易被散射；也能產生化學效應；並能吸收磷光。紅外線可以用溫差電偶、熱敏電阻、特殊的光電管來探測，也可以根據磷光被熄滅的現象來檢測紅外線的波長。

利用紅外線可以隔著薄霧和煙霧拍攝景物，即使夜間也可以進行紅外攝影。用紅外線代替普通光線的攝影，物形的細節更加突出；在衛星上採用紅外線對地面攝影。夜間研究天體的近紅外輻射的吸收光譜，可以了解天體上的氣體成分。紅外線訊號只要中途沒有障礙，能被遠處的接收站接到，並轉變成電流脈動被記錄下來，類似無線電通訊。此外，可以用紅外線來烘烤金屬表面的油漆、烘烤食物。紅外遙感測量技術可用在地質勘探、氣象預報等。

熱紅外圖像的特點

熱紅外圖像是灰度圖像，沒有色彩或陰影，圖像解析度低，圖像缺乏層次感；由於景物熱平衡、傳輸距離和大氣衰減等原因，造成熱紅外圖像空間相關性強、對比度低、視覺效果模糊；外界環境的隨機干擾和紅外成像系統的不完善，給熱紅外圖像帶來多種多樣的噪聲，這些分布複雜的噪聲使得熱紅外圖像的信噪比高不利於後續環節如圖像融合、目標識別的處理。熱紅外圖像中普遍存在著目標邊緣輪廓模糊，背景對比度差等缺點，如果紅外感測器較遠，再加之受大氣惡劣條件的影響，此時獲得的熱紅外圖像信噪比和對比度將更低，圖像質量很差。

紅外熱成像儀的原理

紅外熱成像技術是一種非接觸式的可視化探測方法，具有探測範圍大、信息損耗小等優點。該技術可進行全天二十四小時不中斷作業，白天黑夜均不影響其探測效果，同時通過光電轉化、目標處理等方法將紅外信號轉換成可供人類視覺分辨的圖像，並且可以將每點的溫度值計算出來。紅外熱成像技術使人類可以直觀的識別物體表面溫度分部狀況，從而進一步分析物體內部存在的問題，為我們由表至里的探測提供了可能。

紅外熱成像儀是以對紅外線敏感的光敏元件為基礎，由紅外線探測器、光機掃描系統組成，接收物體因內部熱能量而向外輻射的紅外線，使用光學成像原理將這種能量以光學可視化的形式顯示出來。面陣焦平面陣列器件因其沒有光機掃描及探測器轉換過程，簡化了可視化的過程，而成為當前比較領先的熱成像手段。模擬信號經過解調器處理、放大後使用探測器或者在顯示屏上顯示所生成的熱紅外圖像或者溫度值，而且可以對獲取的溫度值進行進一步計算及統計。

對象的選擇是左右探測效果的重要因素，選取對象時需考慮其所處的環境情況，當對象溫度與其背景溫度相差不大時，探測會有很大難度。在這種狀況下，需要探測人員熟知熱輻射的特點，調節合適工作波段，讓探測對象在該波段下的熱輻射能量能顯著的顯示出來。除此之外，還需詳細了解目標的外形特徵、尺寸大小、正常溫度範圍等一些系類詳細信息，方便我們在探測時給出正確判斷。

紅外熱成像技術的特點

(1)安全係數高、高效。

熱成像技術採用非接觸式的紅外電磁波探測方式，同時具有被動式探測、識別功能，在保證探測效果的同時保障了探測系統的安全性。同時操作簡單，可以有效地觀察溫度分布狀況。

(2)跟蹤目標能力強，複數目標跟蹤效果好，探測距離遠，抗干擾能力強。

紅外探測技術是根據目標的紅外輻射進行目標跟蹤，並且不受目標周圍電磁物質干擾，這點在探測的實際套用中相當重要。同時採用了紅外搜尋技術，支持多目標跟蹤，對遠距離目標同樣有著很好的探測效果。

(3)全天24小時目標監控。

紅外熱成像技術是通過探測兩種不能被空氣及雲霧所吸收的紅外線來進行物體探測的。正是由於這個特點，無論被探測目標所處的環境有多惡劣即使是無光或者雨雪天氣，均可發揮其該有的探測效果，保證24小時監控，時刻獲取溫度信息。

(4)探測精度高，距離遠。

紅外熱成像技術對溫差極為敏感，對突然出現的微小變化反映速度快，在複雜的環境下也能保證較高的精度。即使目標距離遠，一樣有著良好的探測效果。這點可以由紅外技術在軍事防禦系統及武器的套用中看出，利用該成像技術，可以探測到處在各種距離下的目標，即使是攜帶型的手持式熱成像儀探測範圍也達到2500英尺以上。

(5) 測量範圍大，可直觀的顯示溫度場。

紅外熱成像儀能對一片區域內的溫度進行探測，同時繪製目標區域表面溫度場信息，為我們分析現場情況提供更多、更直觀的信息，在實際套用中探測範圍的增加，可以讓我們更迅速捕獲異常點溫度信息，並觀察其變化規律。

紅外熱成像技術的發展歷程與趨勢

熱成像技術的發展按照其每個時期的特點不用大致可概括為四個階段：第一階段紅外探測器是由單元件掃描成像升級到了探測效果更好的多元件掃描成像；第二階段是由多元件升級到了焦平面列陣，隨著硬體的升級完成了由單點探測到目標區域探測成像這一巨大的技術進步。第三階段為紅外探測器及集成化紅外焦平面列陣；第四階段即現今的階段，以實現高解析度的探測、大面陣及多波段對象探測為目的，製造出具有信號識別處理功能、帶有更強大的波段分析能力的探測器。

紅外線熱成像技術的套用範圍非常廣泛，無論是在科學研究、民用探測等領域都可以看到它的身影。並且隨著技術的成熟、高性價比的熱成像儀的推出，會使得紅外成像技術會套用到人們生活的各個角落。在工業生產中，大量生產設備長期處於高溫、高壓、高強度的運轉中，如何對其進行監測，保證安全生產作業就顯得尤為重要，紅外成像儀就可以解決這一問題，使安檢人員可及時發現生產設備的異常並快速處理，降低生產中的安全事故發生率。另外，熱成像儀在醫藥衛生、安防、消防、地質等多個方面都有廣泛的套用，如探測建築物漏熱、飛彈發動機熱量檢查、材料製品的無損檢查、森林探火等，可見熱圖像對實際問題解決有著很大的幫助。

紅外高光譜遙感技術是通過採集紅外光的光譜數據，並對數據進行一系列後續處理達到探測的目標。具體包括前期的光譜提取、分類，並將處理後的結果與資料庫里的存儲樣本進行比對等，最終實現探測。目前該技術在煤、氣、石油的勘探等方面的套用取得了舉世矚目的成就，當然在技術革新方面還有著很大的上升空間。雖然很多民用領域己經使用紅外成像技術解決實際中的問題，可仍處於起步階段，還需要不斷進行理論創新與套用研究。