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热成像摄像机的发展及在银行机房、加钞间的应用
2016/5/24 9:00:00      来源:《中国安防》    作者:魏家万
 近年来,随着视频监控应用的普及,其应用中的一些问题也比较凸显,比如在恶劣天气或照度较低的条件下,很难滤除干扰得到有用的视频图像,这使得整个安全防范系统在夜间或恶劣天气等条件下的防范能力大打折扣。基于此背景,红外热成像监控系统应运而生,极大地拓展了安防监控的应用领域,使监控技术的发展又向前迈进了一大步。本文将对红外热成像摄像机的发展与具体应用做简单的介绍。


  一、热成像摄像机的发展

  在自然界中一切温度高于绝对零度(-273.16摄氏度)的物体都不断地辐射着红外线,这种现象称为热辐射。红外线是一种人眼不可见的光波,无论白天黑夜,物体都会辐射红外线。热成像摄像机(又叫热像仪)就是利用红外探测器、光学成像物镜接收被测目标的红外辐射信号,经过红外光学系统红外探测器的光敏源上利用电子扫描电路对被测物的红外热像进行扫描转换成电信号,经放大处理、转换或标准视频信号通过电视屏或监测器显示红外热图像。利用这种原理制成的仪器为热成像摄像机。它通过探测微小的温度差别,将温度差异转换成实时的视频图像,显示在监视器上。与其他需要少量光线产生影像的夜视系统不同,其完全不需要任何光,这使它成为人们在全黑环境、黑暗的夜晚监控的有效工具。

  热成像摄像机具备非接触、隐蔽性好、全天候监控、作用远距离、能显示物体温度场以及不受强光影响等优点,其不仅弥补了传统视频监控系统的不足,而且提升了安防系统的自动识别、自动报警等相关自动化程度,除此以外,对温度的高度敏感也使热成像技术与生物识别联系起来,具有非常重要的作用,市场应用前景也很广阔。目前热成像摄像机主要应用于一些重要区域的设备及周界的监控,比如重要的仓库、银行、楼宇以及关键性建筑、港口、边境等场合,还可以应用在森林防火以及电力(比如变压器和线路)、油田(特别是输入管道)、矿场的关键点和设备监控。整体来说,热成像摄像机市场大环境还处于培育期和成长期,一般用户对热成像的认知度不高,热成像的主要市场都集中在军事和专业领域。国外品牌由于其技术成熟稳定,在高端市场具有一定的占有率,当然其价格也是居高不下。国内几家大的热成像厂商经过十几年的发展其技术趋于成熟,近几年来分别在军事和电力检测领域等具有较高的市场占有率。

  二、热成像摄像机的发展挑战

  相比于可见光摄像机,热成像摄像机在生产工艺及技术上差异很大,远没有可见光摄像机技术成熟。可见光摄像机发展到今天,从图像传感器到ISP以及后端处理的DSP等工艺成熟、稳定,可见光摄像机的制造厂商可以从上游的图像传感器和DSP厂商得到支持,开发出自己所需要的产品。而对于热成像摄像机的发展,厂家需从核心技术、生产工艺、流程三大方面下功夫,才能得到优秀的热成像摄像机。

  首先,热成像核心部件探测器工艺复杂,成品率不高,且涉及军事用途,其核心技术长期被西方几个少数的厂商所垄断,价格也居高不下。随着国内自主研发的材料和封装技术及工艺的突破,国内已逐步掌握核心技术,并推出完全自主知识产权的探测器,但可批量化,最终成本的全面下降,这还需要一段路要走。

  其次,有了探测器并不意味着顺理成章的就能做出热成像产品,这就体现各个做热成像厂商的综合技术实力了。热成像涉及多学科多领域,从探测器输出信号的A/D转换、非均匀性校正、过热像元与瞎像元去除、图像增强等信号处理,成像系统如何产生尽可能接近视觉系统感知或易于利用的图像,一直是系统工程学、人机环境学以及图像处理与机器视觉研究的主要内容之一,产品开发难度较高。

  第三,同样产品生产调校流程也不简单,从产品开发到生产调校其技术相对比较封闭,没有相关的标准和经验,各家厂商都会结合自己所掌握的技术进行深入研究,最终形成自己的一套调校生产工艺和产品。

  三、红外热成像摄像机在银行及加钞间的应用

  随着现代高新技术的发展,人们一直在不断寻求更好地早期发现自燃的方法,如火焰烟雾探测、光特性探测、温度探测等,红外热成像测温监测作为一种先进的高科技监测手段,它通过对非接触探测到的红外热能加以量化,能准确测量被摄物体表面温度,通过对被摄场景的热能分布和温度分析,实现对环境或物体的异常诊断。由于具有用温度来成像的优势,红外热成像摄像机这几年不断在金融系统机房及加钞间的安全监测预警中得到应用,实现了银行安全防范和消防防范完全融合。

  1.应用功能优势

  目前,每个银行网点技防基本上都做了动力环境监控,布设了众多传感器、智能UPS、 温湿度检测仪等等,但我们还是经常能听闻机房安全事故(如火灾、断电故障)的发生,探其原因无外乎几个方面:一是在建设机房过程中没有按照国家标准进行,导致各种设备安装间距过密,设备运行过程中热量不能很好散发,造成局部升温,进而引起线路短路,严重时造成火灾;二是日常维护不到位,疏于日常巡查维护;三是监测设备失灵。针对这些问题,景阳将多年研发的可见光摄像机视频处理技术与热成像技术相融合,研发了红外热成像测温监控系统,利用红外热成像技术原理,通过接收物体发射的红外线,将被测目标物体表面的红外辐射转变成视频信号(红外监控头接收被探测目标自身辐射的红外热能,即中、长波红外能量,并将其转换成反应目标特征的实时物体表面的热图像),结合图像监控、测温预警等功能实现监测物体表面温度变化及其他异常事件的目的,有效减少自燃起火所带来的损失。系统结合了当前监控领域最新的应用技术,可实现监测数据的远距离无线网络传输与控制。

  (1)自动识别+人工判定

  机房及加钞间属于密闭空间,由于长时间闭塞房内温度容易升温,尽管有精密空调自动降温,但由于设备本身长时间工作温度会急剧升高,相对于周围环境而言,其可形成高温区。应用中,通过热成像摄像机实时采集热图,可以从两个方面捕获出发热的设备局部:一是从测温角度来看,发热部位应位于全屏最高温处;二是从图像灰度形态来看,发热部位应为图像中的高亮小像素部分。因此,通过先进的测温算法,底层嵌入式处理平台实时回传最高温坐标位置,辅以图像处理算法,最终将可以锁定发热部位每帧的实时位置。

  通过设置温度阀值,当发现超温目标时通过外接声光报警器发出报警,通过实光学高清摄像机人工确认目标信息,判定是否实时启用消防设施及实时关闭电源开关,也可通过集成消防设备,智能触发消防设备运行,灵活开启关闭,节约能源。

  (2)防火预警功能

  应用红外热成像摄像机等设备,系统可实现的防火预警功能:一是手动或自动开启红外热成像等设备,对指定区域进行监控,温度分布自动识别,可设定报警温度数值,发现超温火情自动报警;二是遇有超温报警自动存储红外数字图像,在统一的管理系统下进行后续分析比较;三是单点超温自动报警,如报警最高温度为80度,则在监测到某一点的温度超过80度时触发报警;四是超温报警温升设置后,如设置值为30度就能实现在最高温度点超过划定区域检测到的平均温度30度时自动报警。

  (3)温度信息追踪显示功能

  系统应用具有图像最高温度点自动追踪并实时显示,提供可移动测温点用于对图像上任意位置进行温度测量和对比显示。

  (4)前端多方式报警功能

  可根据实际需要,选择声、光、电方式报警,以最快的速度、最有效的方法实现火情防护和控制。

  2.产品的关键技术

  (1)先进的探测器技术

  应用于机房及加钞间的摄像机其探测器采用国际最新一代非制冷红外焦平面探测器F_VOx(铁电氧化钒混合工艺),其高热灵敏度达50mK,温差分辨能力更强,同等条件下可探测、识别更细微的温差变化。探测器像元规格为420×315,相比于同档次探测器具有热图像画面更加清晰、细致等优势。

  (2)独有测温算法

  产品基于红外热成像微测热辐计特性设计的专有测温校正算法,通过相关参数的自动修正,实现全天候实时精确温度测量。实时测温,响应时间在30毫秒以内,常规测量精度超过国家标准(±2℃或±2%取大者),针对人体测温精度为≤0.3℃。

  (3)高效能测温功能实现

  产品内置先进的测温运算处理机制,实时热成像前端测温和测温数值视频OSD叠加,通过常规监控视频网络实时在线获取流畅的视频热图像和关键测温值,测温精度高,响应速度快。同时可在热图像上设置测温点和测温区域(最大支持8个测温区域),自动检测和显示温度:点测温(鼠标测温)、区域测温、全屏测温(区域和全屏默认为最高温位置和温度值,可根据需要订制最低温位置和温度值),自动追踪区域最高温和全屏最高温。

  (4)测温报警联动

  可设置多种测温报警条件:超温预警、超温报警、温度变化趋势报警、温差报警(最高温与平均温差值报警)。设备可自主实现离线测温报警功能,支持测温报警联动输出,支持第三方平台获取测温报警信息(如ONVIF扩展协议)。

  (5)特有图像处理技术

  产品具有多种伪彩图像模式和图像增强DVE功能,图像平滑无噪声,适应性强。可根据不同场景温差特点,提供多种特有的图像调整算法模式,如室内、室外、天地、海天、线性以及根据用户场景进行调节的自定义模式,易识别伪装及隐蔽的目标。

  (6)温度自适应调焦镜头

  镜头采用高透过率全锗光学被动消热差技术设计,在-40℃~60℃的超宽温度范围内工作无需调焦,防水密封设计,专利结构前置调焦,可适应不同地区、不同室内外环境应用(定焦镜头适用)。

  结语

  早期诊断银行机房及加钞间设备的隐患十分重要,红外热成像摄像机的应用,对于银行及加钞间的设备运行状态的动态把握以及促进主动运维水平的提高,为银行信息系统安全稳定运行提供保障发挥了重要的作用。近年来,热成像摄像机有了快速的发展,伴随着探测器技术的发展,未来热成像摄像机将会向两个方向拓展应用领域,一是更多探测器像元(高分辨率),满足高端需求,如工业检测、智能车载等;二是低分辨率像元则会逐步进入民用市场,演变成跟我们生活息息相关的民生产品,如智能穿戴、家用安防等。

编辑:侯雨婷
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