一、彈道導(dǎo)彈防御
美國的彈道導(dǎo)彈防御(B?劃是當(dāng)前國際上廣泛關(guān)注的一個(gè)熱點(diǎn)問題,BMD計(jì)劃針對敵方導(dǎo)彈在發(fā)射助推段、大氣層外彈道飛行段和再入大氣層段這三個(gè)階段的不同特點(diǎn),采取不同的方法,建立多層次的、全程的攔截體系。
在這種攔截體系中,紅外焦平面列陣成像技術(shù)扮演著一種核心的角色,主要表現(xiàn)在以下3個(gè)方面。 ?
二、常規(guī)導(dǎo)彈武器:
采用紅外成像制導(dǎo)可使導(dǎo)彈獲得更遠(yuǎn)的全向探測距離和識別,對抗紅外誘餌等人工干擾的能力,大大提高導(dǎo)彈威力,而且也使其成為對付隱形飛機(jī)等的“殺手锏”,也是熱成像技術(shù)在軍事應(yīng)用中的重中之重。
三、軍用紅外熱成像儀
紅外熱成像儀是應(yīng)用最廣泛的紅外裝置,而在熱成像技術(shù)的發(fā)展初期,只能研制出基于單元器件的熱像儀,場頻較低,只限于小范圍應(yīng)用。
SADAⅡ已廣泛用于各種機(jī)載,艦載和車載的熱像儀和搜索跟蹤系統(tǒng)中,如Bradley戰(zhàn)車,Abrams M1坦克,Comanche裝甲,而美國的超級戰(zhàn)機(jī)F-22,V-22和F-18都使用了凝視型的焦平面熱成像儀。
四、空間紅外熱成像
目前,紅外熱成像的空間應(yīng)用主要有3方面:環(huán)球表面監(jiān)測,行星和空間探索以及軍事事件的監(jiān)視。自1960年第一顆氣象衛(wèi)星上天,到美國最為先進(jìn)的空間紅外望遠(yuǎn)鏡Spitzer發(fā)射,紅外熱成像技術(shù)在空間的應(yīng)用也是發(fā)揮的淋漓盡致。
一、電力行業(yè)的應(yīng)用
雖然目前電力行業(yè)是我國民用紅外熱像儀應(yīng)用最多的行業(yè),作為最成熟、最有效的電力在線檢測手段,紅外熱像儀可以大大提高供電設(shè)備運(yùn)行可靠性。因此,隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,其他省份的電力行業(yè)也將更多地應(yīng)用紅外熱像儀。
二、建筑行業(yè)的應(yīng)用
據(jù)相關(guān)部門對紅外熱像儀在建筑行業(yè)的應(yīng)用情況調(diào)查,目前我國的建筑企業(yè)數(shù)量雖然很多,但是每家一臺紅外熱像儀都為達(dá)到。
如果將每家建筑企業(yè)都配備一臺紅外熱像儀的話,不僅促進(jìn)紅外熱像儀市場需求大增,還會(huì)大大提高建筑企業(yè)的工作效率,降低成本。
三、醫(yī)學(xué)行業(yè)的應(yīng)用
人體其實(shí)就是一個(gè)天然的紅外輻射源。當(dāng)人體產(chǎn)生疾病的時(shí)候,人體的熱平衡就會(huì)受到破壞,因此測定人體溫度的變化是臨床醫(yī)學(xué)診斷疾病的一項(xiàng)重要指標(biāo)。
熱像儀則可以準(zhǔn)確地顯示和記錄人體的溫度分布,以便進(jìn)一步地進(jìn)行病理分析?,F(xiàn)如今,醫(yī)用熱像儀已成為診斷淺表腫瘤、血管疾病和皮膚病癥等的有效工具,在醫(yī)療學(xué)科研究中,熱像儀在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用已成為一個(gè)專門的研究課題。
四、石化行業(yè)的應(yīng)用
我們知道,石油化工生產(chǎn)中的許多重要設(shè)備都是在高溫高壓狀況下工作的,潛伏著一定的危險(xiǎn),因而對生產(chǎn)過程的在線監(jiān)測是非常重要的。
實(shí)用熱像儀能檢測產(chǎn)品傳送和管道、耐火及絕熱材料、各種反應(yīng)爐的腐蝕、破裂、減薄、堵塞以及泄漏等有關(guān)信息,可快速而準(zhǔn)確地得到設(shè)備和材料表面二維溫度分布。
五、機(jī)場安檢中的應(yīng)用
機(jī)場是比較典型的場所,哥本哈根機(jī)場每天有108架飛機(jī)要停留,每個(gè)人在進(jìn)入的CRSA前需要進(jìn)行徹底的安全檢查。面臨的問題之一是CRSA接近跑道,飛機(jī)從棧橋到起飛區(qū)域或者剛剛著陸的飛機(jī)將乘客送到一個(gè)棧橋上并從“非安全區(qū)域”進(jìn)入CRSA。另外,從飛機(jī)場內(nèi)但從CRSA外的其他區(qū)域的汽車和人員可能進(jìn)入該區(qū)。
在白天用可見光相機(jī)很容易監(jiān)視和跟蹤目標(biāo),但在夜間,可見光相機(jī)存在一定的局限性,機(jī)場環(huán)境復(fù)雜,夜晚對于可見光成像效果有較大的干擾。影響觸發(fā)報(bào)警時(shí)有可能因?yàn)閳D像效果不佳而無法看到引起報(bào)警的事件。解決該問題的辦法就是采用紅外熱成像攝像機(jī)。
六、港口河道中的應(yīng)用
內(nèi)河航道應(yīng)用中,很多時(shí)候需要檢測來往船只的數(shù)量,傳統(tǒng)做法是通過AIS或VTS,但是AIS不是像我們想象的那么準(zhǔn)確的,AIS要依賴船舶本身打開設(shè)備,否則是接收不到信息,VTS則是主動(dòng)去探測的,很多小船,還有船舶交叉時(shí)也測不準(zhǔn)。
七、在邊防領(lǐng)域的應(yīng)用
眾所周知,邊界防衛(wèi)是一件非常困難的事情。我國邊境線甚長,海洋也遼闊,由于野外環(huán)境的惡劣,許多系統(tǒng)都不可能很好地?fù)?dān)當(dāng)起防范作用,特別在下雨、下雪、大霧、大風(fēng)的日子,邊界巡邏也是很苦的任務(wù)。
除了以上方面,近年來,紅外成像技術(shù)在安防應(yīng)用領(lǐng)域也越來越處于重要的地位
紅外熱成像技術(shù)在安防領(lǐng)域中的應(yīng)用一:夜間及惡劣氣候條件下目標(biāo)的監(jiān)控
夜晚,由于眾所周知的原因,可見光器材已經(jīng)不能正常工作,如果采用人工照明的手段,則容易暴露目標(biāo)。若采用微光夜視設(shè)備,它同樣也工作在可見光波段,依然需要外界光照明。而紅外熱成像儀是被動(dòng)接受目標(biāo)自身的紅外熱輻射,無論白天黑夜均可以正常工作,并且也不會(huì)暴露自己。
同樣在雨、霧等惡劣的氣候條件下,由于可見光的波長短,克服障礙的能力差,因而觀測效果差,但紅外線的波長較長,特別是工作在8~14um的熱成像儀,穿透雨、霧的能力較高,因此仍可以正常觀測目標(biāo)。因此在夜間以及惡劣氣候條件,采用紅外熱成像監(jiān)控設(shè)備可以對各種目標(biāo)如人員、車輛等進(jìn)行監(jiān)控。
紅外熱成像技術(shù)在安防領(lǐng)域中的應(yīng)用二:防火監(jiān)控
由于紅外熱成像儀是反映物體表面溫度而成像的設(shè)備,因此除了夜間可以作為現(xiàn)場監(jiān)控使用外,還可以作為有效防火報(bào)警設(shè)備,在大面積的森林中,火災(zāi)往往是由不明顯的隱火引發(fā)的。
紅外熱成像技術(shù)在安防領(lǐng)域中的應(yīng)用三:偽裝及隱蔽目標(biāo)的識別
普通的偽裝是以防可見光觀測為主。一般犯罪分子作案通常隱蔽在草叢及樹林中,由于野外環(huán)境的惡劣及人的視覺錯(cuò)覺,容易產(chǎn)生錯(cuò)誤判斷。紅外熱成像裝置是被動(dòng)接受目標(biāo)自身的熱輻射,人體和車輛的溫度及紅外輻射一般都遠(yuǎn)大于草木的溫度及紅外輻射,因此不易偽裝,也不容易產(chǎn)生錯(cuò)誤判斷。
隨著光電信息、微電子、網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)字視頻、多媒體技術(shù)及傳感技術(shù)的發(fā)展,安防監(jiān)控技術(shù)已由傳統(tǒng)的模擬走向高度集成的數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化。
隨著市場的需求的增加,現(xiàn)代高新技術(shù)幾乎在安防監(jiān)控系統(tǒng)中都有應(yīng)用或即將應(yīng)用?,F(xiàn)代傳感技術(shù)中發(fā)展迅速的紅外熱成像技術(shù)在安全防范系統(tǒng)中也開始得到了應(yīng)用。
熱成像儀家族的重要成員——紅外熱成像夜視儀
紅外熱成像夜視儀是紅外熱成像儀的一個(gè)分支,傳統(tǒng)的紅外熱成像儀更多的為手持型,而非望遠(yuǎn)鏡型,主要在傳統(tǒng)工程檢測上使用。
一、像素
首先要確定購買紅外熱像儀的像素級別,大多紅外熱像儀的級別和像素有關(guān)。民用紅外熱像儀中相對高端的產(chǎn)品像素為640*480=307,200,此高端紅外熱像儀拍攝的紅外圖片清晰細(xì)膩,在12米處測量的最小尺寸是0.5*0.5cm;中端紅外熱像儀的像素為320*240=76,800,在12米處測量的最小尺寸是1*1cm;低端紅外熱像儀的像素為160*120=19,200,在12米處測量的最小尺寸是2*2cm??梢娤袼卦礁咚芘臄z目標(biāo)的最小尺寸越小.
二、測溫范圍和被測物
根據(jù)被測物體的溫度范圍確定測溫范圍,來選擇合適溫度段的紅外熱像儀。目前市場上的紅外熱像儀大多會(huì)分成幾個(gè)溫度檔,比如-40-120℃0-500℃,并不是溫度檔跨度越大越好,溫度檔的跨度小測溫相對會(huì)更準(zhǔn)確些。另外一般紅外熱像儀需要測量500℃以上的物體時(shí),則需要配備相應(yīng)的高溫鏡頭。
三、溫度分辨率
溫度分辨率體現(xiàn)了一臺紅外熱像儀的溫度敏感性,溫度分辨率越小紅外熱像儀對溫度的變化感知越明顯,選擇時(shí)盡量選擇此參數(shù)值小的產(chǎn)品。紅外熱像儀測試被測物的主要目的是通過溫度差異找出溫度故障點(diǎn),測量單個(gè)點(diǎn)的溫度值并沒有太大意義,主要是通過溫度差異來找相對的熱點(diǎn),起到預(yù)維護(hù)的作用。
四、空間分辨率
簡單來說,空間分辨率數(shù)值越小則空間分辨率越高,測溫越準(zhǔn)確,空間分辨率數(shù)值越小時(shí),被測最小目標(biāo)可以覆蓋紅外熱像儀的像素,測試的溫度即被測目標(biāo)的真實(shí)溫度。
五、溫度穩(wěn)定性
紅外熱像儀的核心部件為紅外探測器,目前主要有兩種探測器,即氧化釩晶體和多晶硅探測器。氧化釩探測器主要的優(yōu)勢是測溫視域
六、紅外與可見光圖像的組合功能
如果紅外圖像和可見光圖像組合顯示就減少了大量工作,可根據(jù)可見光圖片來判斷紅外圖片中熱點(diǎn)的未知,同時(shí)報(bào)告自動(dòng)生成也會(huì)大大減少操作時(shí)間。
目前我國紅外產(chǎn)業(yè)存在的主要問題有:
一、技術(shù)創(chuàng)新能力和科研成果轉(zhuǎn)化能力弱,缺乏資金支持
紅外探測器是紅外技術(shù)的核心部件,目前我國對探測器的研制尚處于初級階段,探測器的發(fā)展還趕不上系統(tǒng)產(chǎn)品的發(fā)展需求,尤其是高端應(yīng)用的紅外探測器仍依賴進(jìn)口。
二、缺少規(guī)范化的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系
目前,在紅外光學(xué)鏡頭加工、紅外成像器整機(jī)測試等專業(yè)領(lǐng)域沒有統(tǒng)一的國家規(guī)范與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),標(biāo)準(zhǔn)體系的不完善導(dǎo)致了相關(guān)領(lǐng)域低水平的重復(fù)研究、重復(fù)設(shè)計(jì)比較普遍,新產(chǎn)品推廣速度較慢。
三、產(chǎn)業(yè)規(guī)模小,產(chǎn)品成本高
我國對紅外技術(shù)方面的研究主要集中在部分科研院所和高等院校。這些研究單位主要進(jìn)行探測器陣列及其工藝的研究,無法形成規(guī)模量產(chǎn);而眾多的經(jīng)營紅外產(chǎn)品的公司大部分只停留在制作一些外圍設(shè)備和開發(fā)一些軟件的業(yè)務(wù)上,研發(fā)實(shí)力弱,品牌影響力小。弱小的產(chǎn)業(yè)規(guī)模不僅直接導(dǎo)致了紅外產(chǎn)品成本較高,增加了產(chǎn)品推廣的難度,同時(shí)又制約了對紅外技術(shù)相關(guān)基礎(chǔ)研究的投入,形成惡性循環(huán)。
四、市場牽引不足,應(yīng)用領(lǐng)域有待進(jìn)一步開拓
紅外技術(shù)產(chǎn)業(yè)的相關(guān)產(chǎn)品并不能完全適應(yīng)市場的需要,潛在的市場需求尚待開發(fā)。紅外技術(shù)應(yīng)用最多的是軍事、電力、消防等行業(yè),只有將紅外技術(shù)自身的特點(diǎn)結(jié)合應(yīng)用行業(yè)的具體需求,才能在更為廣闊的領(lǐng)域開發(fā)新的符合市場需求的產(chǎn)品,才能更好地服務(wù)于國民經(jīng)濟(jì)。
五、光學(xué)材料及相關(guān)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)薄弱
隨著國內(nèi)紅外系統(tǒng)的逐步推廣和應(yīng)用,紅外光學(xué)材料也發(fā)展很快,國內(nèi)紅外材料生產(chǎn)單位也逐漸增多,但其光學(xué)參數(shù)大多采用國外數(shù)據(jù),沒有一套完整準(zhǔn)確的測量儀器和標(biāo)準(zhǔn),性能偏差情況有待應(yīng)用考證。
同時(shí),我們應(yīng)清醒的認(rèn)識到,紅外熱成像技術(shù)已經(jīng)走上了一條充滿挑戰(zhàn)的發(fā)展道路,要想發(fā)展,必須解決更多的問題,以提高靈敏度,增加識別距離,降低成本,為未來的應(yīng)用提供新的優(yōu)勢。
綜合目前紅外技術(shù)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程在國際和國內(nèi)發(fā)展的現(xiàn)狀和趨勢,國家應(yīng)從宏觀上對該行業(yè)加以支持和引導(dǎo),使之步入良性的發(fā)展軌道,建立起政府、行業(yè)協(xié)會(huì)和企業(yè)間有效的協(xié)調(diào)機(jī)制,形成可以拉動(dòng)國民經(jīng)濟(jì)增長的一個(gè)新的高技術(shù)領(lǐng)域。