热释电红外传感器研究背景意义及现状

热释电红外传感器研究背景意义及现状

1研究背景 (1)

2 国内外现状 (2)

3 研究目的及意义 (3)

1研究背景

人体目标是环境中最重要和最活跃的元素，对场景中的人体目标进行检测、识别和跟踪一直以来都是关注的热点。目前，它已成为计算机视觉领域中的一个重要研究方向，在智能监控、高级人机接口、机器人视觉等方面有着广泛的应用前景。用于人体识别的特征必须具有差异性，在一定时间内具有不变性，并且容易得到量化的测量。可见光视频人体检测在图像图形处理、智能监控、视频编码等领域有着重要的地位。但由于受可见光成像所需条件的限制，使得相关研究应用范围受到一定的限制。与可见光成像相比，红外热成像因其具有强大的“穿透”能力，可以透过黑暗和烟雾，看到在可见光波段无法看见的感兴趣的目标。目前，红外图像在交通、夜视、安全监控、医学、天文、工业监控等领域都取得了较好的效果。但由于红外成像设备价格昂贵，检测和识别算法复杂度高，运算量大，而在某些场合一些简单的设备就完全能满足需要。

热释电红外（Pyroelectric Infrared Detector, PIR）传感器早在1938年就受到关注，有人就提出利用热释电效应探测红外辐射，但并未受到重视。直到六十年代，随着激光、红外技术的迅速发展，才又推动了对热释电效应的研究和对热释电晶体的应用开发。近年来，伴随着集成电路技术的飞速发展，以及对该传感器特性的深入研究，相关的专用集成电路处理技术也迅速发展起来。另一方面，随着经济的发展与科技的进步，人们对社会公共安全、家居环境安全提出了更高的要求。而政府开展的“平安城市”建设，给安防产业带来了巨大的商机，同时也对各种安防产品提出了更高的技术挑战。“平安城市”的核心系统包括电子巡查系统，电视监控系统，入侵报警系统等。PIR探测器作为入侵报警系统中最常见的监控产品之一，由于其具有功耗小、隐蔽性好、成本低廉、对光照条件无要求等优点，而被广泛应用到安防系统、智能家居、企业安全等领域。

但是目前PIR探测器存在许多不足，从而导致其应用领域局限在对安防性能要求不高的场合，或是作为其它高端监控产品的前端感应器件。其主要原因在于：

PIR探测器误报率较高，而深层次的原因是由于现有的PIR探测器系统不能有效地对入侵对象进行识别。

2 国内外现状

在国内，20世纪80年代一种新型高灵敏度探测元件——热释电红外传感器发展起来了。这种热释电红外传感器能以非接触形式探测出人体辐射的红外热量变化，并将其转换成电压信号输出。将这个电压信号加以调理之后便可驱动各种控制电路，如用于电源的开关控制、防盗防火报警、自动探测等。热释电红外传感器不仅适用于防盗报警场所，亦适用于对人体伤害极为严重的高压电及X射线、 射线等场所的自动报警等。

对热释电红外传感器的研究已达20几年，但大多无法兼顾探测器探测的灵敏度和准确性，在宠物、热气流等干扰下，信号识别的准确率有所下降，误报率较高。这使得热释电红外探测器在智能住宅小区的安防应用中遇到了瓶颈。探测器之所以产生如此之高的误报，主要原因是因为缺乏对PIR传感器输出的红外信号进行充分有效的分析，对信号中所含有的特征信息没有进行有效的数据挖掘。仅仅采用脉冲计数/定时、设定信号幅度阈值触发等简单方法，导致探测器的报警准确率不高，不利于产品在实际应用中的推广。

在国外，很多国家都很重视这方面的研究开发，随着计算技术和微电子技术的快速发展，出现了智能化算法与先进的微处理技术结合进行实时信号处理判别的探测器。2006年韩国釜山国立大学研发了基于热释电红外传感器（PIR）阵列的室内位置检测系统。ADEMCO International、德国西门子安防、加拿大PARADOX SUCURITY SYSTEMS LTD等公司推出的智能PIR入侵探测器。这些智能化的PIR入侵探测器除了在物理结构上采用了独具匠心且非常有效的设计来防止误报、漏报外，更多的采用了先进的数字化信号处理技术与智能化算法相结合的方法，有效监测其所监测范围内的人体移动情况，具备良好的抗干扰误报特性，且各方面性能稳定可靠，在防误报漏报方面已经取得了很大进展。美国SUREN公司最近又推出一款高性能探测器，分别在透镜，电路，信号处理方面做了改进，使其性能得到极大提高，并已经申请两项专利。这些国外产品无疑会对国内防盗探测领域造成极大的冲击。因此，进行探测器的智能化的研究，跟踪

国际先进探测器技术的发展，具有重要的意义。但都没有进行人体识别方面的研究。

3 研究目的及意义

热释电红外探测器的主要元器件是热释电红外传感器,它是利用热释电效应来检测受光面的温度升高值，得知光的辐射强度，工作在红外波段内。它能检测波长在8-14μm的红外线并将热能转换成电信号输出。根据黑体辐射理论，温度高于绝对零度（-273.15℃）的物体均能产生电磁波辐射，不同物质辐射的能量和方式有所不同。人体是个天然辐射体，而且具有高达0.98的辐射率，几乎接近黑体辐射。根据维恩位移定律，黑体电磁辐射峰值波长与自身温度之间成反比，即，λmax=2898/T，T为黑体的绝对温度（单位开尔文），λmax的单位为μm。人体各部分热辐射波长峰值在8-12μm之间，最大峰值波长约为9.5μm，而辐射功率大约为100W/m2。热释电探测器将热红外的光能转换成电信号输出，提供足够高的输出信号允许一个度量或控制电路界面。热释电探测器是一个晶体装置，用来测量光谱范围内的辐射能。热释电晶体传感器受热辐射时，表面发生电荷变化。这种传感器在常温下工作稳定可靠，使用简单，时间响应能到微秒数量级，已得到普遍使用。