红外热成像安防监控类应用介绍

红外热成像安防监控类应用介绍第一部分：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

?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。

?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

?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。

?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。

?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，35

μm等。探测元越小，则成像的质量越好。

?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。

?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。

?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。

第二部分：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

和视频安防、RFID标签识别相似，红外成像行业也属于物联网应用。下图为

物联网三大分支：视频安防、RFID标签识别、红外热成像

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

像图像白天或有照明

件、硬盘录像机控

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

红外热成像监控装置可见光视频安防装置

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：

红外热成像效果图

可见光视频安防效果图

2.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。

3.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。

4.红外热像与其他安防监控技术的比较

可见光监控与红外监控技术比较

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

5.红外热像仪在安防监控领域的应用：

（1）、防火监控

由于红外热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。

（2）、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，这时如果采用可见光的观察方式，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。另外，一般人员也不了解避开红外监视的方法。因此红外热成像装置在识别伪装及隐蔽目标这方面的效果明显。

（3）、夜间以及恶劣气候条件下的道路监控

由于红外热成像系统在观察、识别目标方面有着众多的优点，在许多发达国家的高速公路、铁路夜间安全保卫巡逻、夜晚城市交通管制等领域中已经得到了广泛的应用。

（4）、重点部门、建筑、仓库的保安、防火监控

由于红外热成像设备是反映物体温度而成像的设备，因此在夜间可以作为重点部门、建筑、仓库、小区现场监控使用，并且由于该种设备是一种成像设备，因此工作可靠，可以大幅减少虚警率。

（5）、陆上和港口交通安全保障

在我国，随着城市交通的扩大，公路、铁路和水路的延伸，交通安全成为极大的问题，尤其在夜间或多雾、多雨的恶劣环境的安全行驶，便成为问题。如今装有红外热像仪的汽车或船舶，就可以避免在夜间或恶劣环境下的交通事故。

（6）、红外热成像在机场的应用

随着航空事业的不断发展，各地都在兴建、扩建机场，飞机出行已成为中国百姓商务旅行首选，飞机高效、快捷的运输手段在带来方便的同时也成为治安事件及恐怖袭击的重点区域。应此机场机场的安全防范建设历来是中国乃至世界关注的热点。且由于机场占地面积非常庞大，监控布置是非常艰巨的任务，面对非法入侵甚至恐怖袭击，确保所有乘客的安全对商业航空公司和都是非常重要的事情。当然不只是乘客，机场工作人员和价格昂贵的仪器设备都需要保护。红外热成像仪能在机场夜间监控起到非常大的作用，机场将变得更加安全。

第三部分：红外热像仪在安防监控领域应用

实际案例

1.机场安防监控应用案例

（1）慕尼黑机场：

背景

德国慕尼黑机场占地1,560公顷，地域广阔。根据客流量，慕尼黑机场是德国境内排在法兰克福国际机场之后第二繁忙的机场，2008年客流量为3450万，它还是欧洲第7大机场，在全球最繁忙机场排名中位列28。随着客流量的越来越大，对于机场的安全防卫工作也越来越严格，而由于慕尼黑机场的占地面积大，安防工作也有相当大的难度。

目前，机场不仅安排了安防人员，例如巡逻员，还安装了全套闭路电视网络。一共安装了1,000 多台摄像机监视机场的重要区域。不仅在机场内部安装了摄像机，外围区域发生的一切活动也在掌控之中。多数时候，白天使用闭路电视摄像机了解周围的情况不存在问题。但在夜晚或恶劣的天气条件下，情况就变得不一样了。闭路电视摄像机需要光亮才能生成图像。如果使用照明灯再采用微光放大技术，夜晚飞机起降时候的起飞灯会对此造成干扰，无法获得清晰的监控图像。因此慕尼黑机场在监控系统中加入了红外热像仪。

应用方案

热成像仪具有非常出色的范围性能，能够探测约1.6公里远处的人体大小的目标。慕尼黑机场需要热成像仪监测6公里长的直线区域，机场两侧各有一条。可将热成像仪与闭路电视摄像机一起安装在云台上。这样，就可以监控到任何想监控的地方，并且能在白天作用的摄像机和热成像仪之间实行无缝切换。白天，使用闭路电视摄像机，而在光线昏暗的天气条件下或漆黑的夜晚，切换使用热成像仪。生成的图像通过光缆传输到控制室，工作人员可以控制云台，查看每个屏幕或视频墙上的图像。如果检测到威胁，机场安保人员可以立即采取措施。

机场两侧6公里长的直线区域

热像仪与可见光摄像机一同安装在云台上

监测和控制室

图像对比

（2）都灵机场：

背景

意大利的都灵机场邻近军事设备，因此需要在方圆9公里的范围内侦查夜晚和浓雾情况下的入侵者。即使在有物体侵入时围栏会发出报警音，但是无法分辨出物体是什么并且在围栏的外侧也缺乏相应的预警系统来发现潜在威胁。因此都灵机场对他们的安全系统进行了升级。

应用方案

在方圆9公里的范围内的安全监控配置包括：26台标准的CCTV摄像头，与摄像头匹配的视频存储服务器，5台热像仪，21千米长的光纤，16台100MB的光收发路由器，4台1G的光收发路由器，24I/O口的交换机，18个UPS以及15个热控制台。

将热像仪集成到TCP/IP中使得真个网络变得完整，这使得工作站的工作人员不仅可以看到实时图像，而且可以通过箭头控制装置移动红外热像仪，选择红外光视频或可见光视频，自动对焦，变焦等一系列操作。热像仪可以进行自动图像处理，图像分析，运动物体侦查，历史数据记录，录像记录，报警的自动变位（转到线索方向）。使用者还可以通过点击沙加特机场屏幕地图的任何地方使热像仪观测到任何位置。

红外热像仪

控制软件

红外热图像

2.港口安防监控应用案例

加莱港口

背景：

坐落在全球最繁忙航线上的加莱港，是英国与欧洲大陆之间的海上要塞。防止非法穿越海峡，防范恐怖袭击确保港口、乘客、船舶及其所载货物的安全是最重要的任务之一。由于加莱港是欧洲大陆与英国之间的主要港口，许多人都试图通过加莱港非法进入英国。为了监控港口设施之内及周边每天的活动，加莱港安装了40多部闭路电视摄像机。这些摄像机为坐在安全管理中心控制室内的操作人员提供了极为重要的信息。然而，在夜间或者有雾、下雨或下雪的情况下，闭路电视摄像机无法提供清晰的图像。

应用案例：

热成像仪能够在400 米之外看到水中漂游人员的头和肩。于是加莱港口购买了两套热像仪。由于这两套热像仪是安装在立柱上的，因此能够轻易地俯瞰整个港口区域。依靠这种热像仪的优异距离性能，我们可以监察到不法分子试图非法穿越海峡时必经的海岸线。

加莱港口将热像仪安装在标准云台上，集成到现有的安全传感器网络中，并将热像仪完全并入TCP/IP 网络。这样，从任何内嵌的客户端工作站上都可以看到实时图像。同网络中的其它摄像机一样，热成像仪也可以方便地通过标准操纵杆来操控。

这两套热成像仪不仅是因为它们能够在夜间提供清晰的图像，而且在有雾或下雨的白天，当闭路电视摄像机呈现的效果欠佳时，它们也能全面提供港口设施的清晰图像。

安装方式：

监控中心

热图像

3. 海岸线安防监控应用案例

瑞典海岸线监控

背景：

海岸线监控意味着不仅仅再将监控范围局限于陆地边界。很多国家都有广阔的海岸线需要进行监控。拥有3，200多公里海岸线的瑞典就是其中一例。为监控瑞典海岸线的一部分，瑞典海军和海岸警备队开发配置了各种光电监控系统（EOSS）。EOSS坚固的外壳使其在极端恶劣的环境下能日夜工作。

应用方案：

红外热像仪先进内置图像处理功能使其能与其他系统集成，此外，热像仪拥有通用的电源系统和目前现存系统中普遍使用的视频接口。640 x 480像素的探测器能在现存的任何显示器上播放并且包含了复合视频信号。为了使观测距离更远，EOSS被安置在离海平面20米高的塔上。在所谓“锁定线索”的设置下，红外热像仪将与雷达系统一起工作。在雷达发现目标的情况下，热像仪将自动转到目标出现的方向以便使操作者能够看到雷达屏幕上的发光点物体并进一步对目标进行识别。在无光的情况下，热像仪可以天衣无缝的完成这些工作。

热像仪和监控中心的信号交流是基于数字网络系统的。两者的信号连接可以通过光纤，同轴电缆或者无线电，并且需要8M带宽进行实时视频流（MPEG2格

式）传输。EOSS所有功能（其中包括热像仪的功能），可以通过控制中心的PC用户界面或者操纵杆来控制。任何配置了与数字网络相连接的转换装置接口设备的控制中心都可以控制热像仪并通过其进行观测。

控制中心

监控区域说明

海岸线安装方式

4.公共安全安防监控应用案例

（1）G8 会议安全监控

背景：

八国集团（G8）作为一个国际性的论坛包括加拿大、法国、德国、意大利、日本、俄罗斯、英国和美国政府。欧洲委员会也会出席所有会议。与此同时，这些国家代表了全球一半以上的经济。G8会议是处理国际事件最重要的会议之一。应用方案：

在G8峰会召开前的一年半，西波美拉尼亚——梅克伦堡的内政部已经开始着手于安全准备工作。安全装置包括11台安装在云台上的日用摄像头，22台热像仪和8台手持热像仪。22台热像仪沿安全护栏安装，用来监控护栏前的区域以确定无人接近，无人攀爬护栏。热像仪每隔400米安装一台，对周围环境进行24小时连续监控。

红外热像仪易于和安防网络进行集成，其图像将显示在控制室的监视屏上。8台手持热像仪将在警察对护栏和其他监控区域进行巡逻时使用。和白天使用的摄像头相比，红外热像仪无论在白天或是夜间都成像清晰，能让使用者看到微小细节。红外热像仪可以在完全无光的情况下操作，可以在漆黑无光的夜晚呈像，同时也可以透过薄雾，雨点和浓烟进行观察。

G8 会议旗帜

会议安全监控室

会场周边安全监控地图

监控热图像

设备安装图

（2）ORLEN 精炼厂周边监控

背景：

Polski Koncern Naftowy ORLEN是一家波兰公司，更多人将其称之为PKN ORLEN。这是中欧最大的原油提炼商之一。奥伦公司专门从事将原油提炼为无铅汽油、柴油、燃料油和航空燃油，以及塑料和其他石油周边产品的生产工作。和其他石油提炼厂一样，波兰炼油厂十分重视安全问题。如何杜绝非法存取是一个不容易解决的大问题。不仅仅在厂区大门，整个厂区都需要进行严密的防卫。应用案例：

就像其他守卫严密的地方一样，炼油厂有各种保卫措施和设备分布在各处，以确保没有人我们毫不知情的情况下靠近设备。闭路电视摄像机，视频分析，围墙...这些配备的设施同时运作，以便厂区的任何地方都能防止入侵者进入。炼油厂不仅要在白天严防不速之客，在夜间也同样有安全监视的任务。

因此，红外热像仪安装在周边和一些禁区。热像仪由于是固定安装的，因而会忽略一些相同区域。在热像仪的比邻地方，装有一个圆顶闭路电视。如果警报响起，在天气条件允许的情况下，我们可以通过闭路电视监视器进一步了解详细的情况。否则我们只能进行步行巡逻检查情况。

红外热像仪能够与现有的视频分析完美地结合在一起，共同工作。热像仪的优势之一就在于，它不仅在晚上，也能在灯光条件不好、闭路电视难以提供任何对比的环境下，提供高对比度的图像。因此热像仪能与视频分析能完美的搭配在一起共同工作。

设备安装实景

热像图

系统网路图

（3）纳米比亚钻石开采现场安全监控

背景：

1936年，奥伦冶河北边发现了钻石，奥伦冶蒙德矿场随之建立。没有纳米比亚矿产能源部的特许，根本无法进入这座小镇。因为奥伦冶德蒙位于世界上最丰富的钻石矿区之一，钻石盗窃成为众所关注的事情。为了防止钻石失窃，Namdeb 公司安装了红外摄像头。

应用案例：

不用说，这个基岩山区是安防的警戒区域。在这片矿产区域，我们引进了一

些可移动的无线摄像机系统，它们被称为关“蜘蛛摄影机”。这些微笑的、可移动的闭路电视监视器安装在基岩上靠近工人的位置。此摄像系统能为我们提供高质量的视频画面，用于钻石盗窃中，执法和法院判罚的证据。

工人们知道，他们的行动都在监视中，所以他们会小心从事。有时，他们会隐藏在一个偏远的基岩区石后。一旦天黑，他们就会回去取钻石。为了避免夜间失窃，我们已经安装了红外热像仪。

最近，我们购买了16台热像仪，以俯瞰整个岩床区域。热像仪和其他设备都由太阳能供电。一个太阳能电板就能提供充足的运作电量。而电池可持续4天时间以做后备。整个系统安装在小型拖车上。这样，Namdeb可以将这个设备从一个矿区移到另一个矿区。一旦某个地区开采完毕，他们完全可以将设备移至下一个待开采区域。

安装在岩床上的蜘蛛摄像机在通过无线连接到安装有其他红外热像仪的操作台。从这个位置，所有的信号通过无线的方式发送到当地控制室。这种操控方法也使摄像机移动到新位置十分简易。光纤电缆连接着这些控制室与在奥伦冶蒙德的控制中心，以操控所有摄录的图像和摄像机。

现场实景安装

可移动式太阳能供电系统

热像图

控制中心

（4）Abertura 太阳能电站

背景：

西班牙主要的太阳能发电站位于Abertura太阳能工业园内。整个装配覆盖了超过200万平方公顷。明显的，这项超过2.25亿欧元的投资项目必须受到良好保护。而这种面积的设备存在着许多风险。光电面板非常昂贵，因此防盗是一个众所关注的问题。我们也拥有大型的铜线电缆网络，所以我们必须就其位置进行针对对铜线盗窃的防护措施。