在灾难面前,红外热成像到底能发挥怎样的作用?

伴随着夏季强降水天气的到来,多地陆续出现山体滑坡、泥石流、洪水肆掠等灾害,随着救灾进展和相关新闻的持续发布,越来越多的事实显现出许多科技在救灾中的应用。现在就红外热像仪在地质灾难中的作用和大家来分享,在灾难面前,红外热成像到底能发挥怎样的作用?

地质灾害防护报警主要有地灾通知报警、落石检测报警、滑坡和坍方检测报警、雪崩检测报警、水位检测报警等。

1.预警监测水坝、湖泊、堤坝的险情

红外热像仪可以对水库堤坝的情况实现全天候监控,监控渗漏点、监控开裂塌方、监控水流的大小,无论是白天或是夜间,无论阴雨有雾天还是晴天,热像仪可非常清楚的看到渗漏出来流淌的水,因为水温比环境温度低,同时水的辐射率与周围物体的辐射率有区别,因此即使是同一温度也能分辨出水来。

而可见光摄像机就不能在夜间看到堤坝的情况,更无法区分出水流来,即使是白天,可见光的效果没有红外热像仪的监控效果好。昆明北方红外特种光学技术公司,拥有远距离监控坝区情况的红外热像仪,可以解决目前坝区监控预报的一些问题。

2.热像仪可全天候远距离(5—10公里)监控山体滑坡情况。

3.公路是通往灾区的生命线,用远距离红外热像仪可以全天候监控几十公里范围内的公路是否畅通、是否被山体滑坡把路堵塞,是否出车祸等,一旦发现问题尽快通知采取行动。

4.远距离探测和搜索被困人员,热像仪在数公里范围内,能非常容易发现被困人员、掉到深沟悬崖中的出事车辆。

5.远距离全天候监控河道中河水流量,以确认上游的水情。

6.红外热像仪可以监测水管漏水、电力输电线、变电站中的电力设备。

7.红外热像仪可检测帐篷的密封性,漏雨点。

8.检测食品、药品。特别是针对地震救灾物资的存储情况(发霉,变质等监测)

9.热像仪可准确检查受灾群众身体受伤部位。

10.夜间可以监控受灾区的安全。

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红外热像仪的工作原理

红外热像仪第六代焦平面技术,军用级氧化钒晶体探测器用于民用产品,具有红外和可见光图像功能,可靠性和稳定性高,温度漂移小,适合于较远距离测量,使用寿命长,是传统探测器的二倍,超强的功能模式,拥有高像素320×240,3.5英寸显示器可以180°旋转,性价比极高,具有激光瞄准功能,该热像仪设计轻便,五个按键可以单手操作。主要应用于高低压检测、机械和电力设备预防性检查、建筑节能检测、锅炉、反应器和管道检测、汽车和电子产品研发、环保和消防等

工作原理

红外热像仪是一门使用光电设备来检测和测量辐射并在辐射与表面温度之间建立相互联系的科学。辐射是指红外热像仪的光路图辐射能(电磁波)在没有直接传导媒体的情况下移动时发生的热量移动。现代红外热像仪的工作原理是使用光电设备来检测和测量辐射,并在辐射与表面温度之间建立相互联系。所有高于零度(-273℃)的物体都会发出红外辐射。红外热像仪利用红外探测器和光学成像物镜接受被测目标的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元件上,从而获得红外热像图,这种热像图与物体表面的热分布场相对应。通俗地讲红外热像仪就是将物体发出的不可见红外能量转变为可见的热图像。热图像的上面的不同颜色代表被测物体的不同温度。通过查看热图像,可以观察到被测目标的整体温度分布状况,研究目标的发热情况,从而进行下一步工作的判断。

人类一直都能够检测到红外辐射。人体皮肤内的神经末梢能够对低达±0.009°C (0.005°F) 的温差作出反应。虽然人体神经末梢极其敏感,但其构造不适用于无损热分析。例如,尽管人类可以凭借动物的热感知能力在黑暗中发现温血猎物,但仍可能需要使用更佳的热检测工具。由于人类在检测热能方面存在物理结构的限制,因此开发了对热能非常敏感的机械和电子设备。这些设备是在众多应用中检查热能的标准工具。

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医用红外热像仪技术的应用现状

红外热像仪应用于临床诊断涉及多领域、多学科。随着红外热像技术的不断发展,当代红外热像仪已成功用于神经学、血管功能障碍、风湿性疾病、组织移植、是乳腺癌、皮肤科、眼科及外科等。

早期探查:当机体发生功能改变或病变时,病灶组织的代谢会出现变化,当器质性组织形态变化尚未体现时,常规的影像学仪器无法检测出病变;随着病灶组织代谢率的改变,其发射的红外热能也会相应改变。根据这一原理,专业医师通过分析热图,可判断人体病灶的部位、疾病的性质和病变程度,为临床诊断提供依据。这样便可在某些疾病发生初期及时发现可疑病变,指导临床医生进一步检查或跟踪监测,以赢得确诊时间,实现疾病的早期发现、早期治疗。

红外热像仪引入医学领域,最早始于乳腺癌检查。因为肿瘤的生长、转移与血管生成息息相关。采用热像仪探测乳房皮肤表面轮廓的温度以估计乳腺肿瘤的大小、深度等参数,并与核磁共振成像结果对比。结果认为,热像仪的出错率低,且是非侵入性、无电离、可用于乳腺癌诊断的潜在医学影像技术,有助于乳腺癌的定位诊断。红外热像仪因其对人体无接触、无辐射、无损伤,适合于健康体检,所以红外热像乳腺检查在世界各地尤其是欧美地区广泛开展,但是否可纳入临床常规乳腺检查仍有待进一步的探讨。

诊断疾病:红外热像图的特征主要受解剖形态、组织结构、血液循环、神经调节、组织代谢5方面因素影响。通过分析红外热图的热场分布情况,推断其循环、代谢状态,结合临床判断病变性质、程度及累及的区域,从而对疾病做出诊断。红外热像图对老年人甲状腺疾病的体检及早期诊断具有重要价值。采用红外热像仪对糖尿病患者、非糖尿病患者进行检查,发现糖尿病患者平均体表温度均值低于正常人。体现了红外热像仪在诊断、预测2型糖尿病及其并发症方面的潜在能力。

评价疗效及预后:红外热像仪操作方便,可随时采集红外热像数据,及时发现体表温度的变化(包括温度变化范围、温度分布形状和温差大小),分析病情的变化趋势以指导临床。另外,红外热图可将图像存盘并随时提取调读,易于对病情动态监视。

科研手段:红外热像图可直观地将人体体表各部位温度的二维分布通过伪彩画面生动的展现出来,为科研探索提供了新的手段。

红外热像仪在工业检测场所的应用

印刷电路板是电子电路中的一个非常重要的元件,传统对印刷电路板检测的方法多为信号注入法、波形观察法等多为接触式检测,传统方案检测容易导致元件受损,传统检测方案费时费力,造成费用偏高。

针对以上问题可利用红外热像仪对印刷电路板进行检测,来对故障的电路进行热成像对比,从而判断故障部位,实现电路故障的快速检测。

常见的电路板故障一般为短路、断路或者接触不良。短路时电路板电流较正常情况下大,因此对应元件有温升,其红外热成像图较正常情况下有明显异常;断路或者接触不良时,通过元件的电流值几乎为零,此时,对应元件的温度较正常工作时低,也能够明显的显示在热成像图中。因此,可根据以上原理非常方便的判断出电路板的故障点。

热成像技术在民航领域中的应用

随着现代航空科学技术的不断发展,民用飞机的安全性越来越高。在装备综合环境监视系统以后,飞机能够为机组人员提供全面的地面与空中交通、飞行气象、复杂地貌等信息,使空中环境感知能力不断增强。然而ISS系统只是解决了飞机在空中飞行时的安全问题,但对于在大雾或雷雨等能见度较低以及天气恶劣的条件下进行着陆和位于跑道上的安全性问题,则无法提供有效的解决措施。现有的ISS系统具有两个缺陷:第一,飞机降落时飞行员无法对跑道情况有充分了解;第二,飞机在跑道上移动时不能对周围环境进行检测和识别,以致经常发生与其他飞机碰撞、对地勤人员造成伤害等事故。这一缺陷可以通过在飞机前下方增加红外辅助系统进行弥补。由于红外热成像技术能够对跑道及周边环境进行检测和识别,通过借助红外可视图像进行导航可以提高飞机的起降等级,从而提升飞机起降的安全性。

同时,机场的光源环境相对比较复杂,因此依靠可见光进行成像监控时图像容易受到夜晚灯光的干扰。触发报警时,有可能因为监控图像效果受到干扰而无法看到引起报警的事件,达不到原有的效果。解决该问题的有效办法就是采用红外热成像技术。由于属于被动成像,它不受机场环境如雨、雪、雾、霾以及夜晚灯光的影响,在白天黑夜均可正常使用。

目前我国有四千余架各型民航飞机,且《“中国制造2025”重点领域技术路线图》提出将大力发展国产民用大飞机(如C919机型等)。预计各类国产民用飞机未来的总数将超过数千架。如果每架飞机上均安装一套红外辅助系统,那么红外热成像技术将会在民航领域具有巨大的潜在市场。

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红外热像仪在食品产业中的应用

在食品产业中,对贯穿生产、运输、储存和销售过程中的易腐食品认真仔细地进行温控至关重要。熟食污染和储存不当接二连三地触发食品腐烂报警,这凸显了加强过程控制的必要性。因为食品加工过程中一般会涉及人为因素,食品加工商需要关键的操作自动化工具,这样有助于减少人为错误,同时压低成本。

红外热像仪就是这样一款理想工具。使用FLIR红外热像仪可以在多种食品加工应用中实现自动化非接触式温度测量。模拟视频输出显示在视频显示器上。数字温度数据,包括MPEG4视频输出,可通过以太网发送至计算机上,使其轻易将这些工具集成至自动化机器视觉系统中,而无需大量的自定义控制代码。

红外热像仪是首屈一指的质量保证(QA)工具。控制熟肉食产品的质量和安全是红外热成像技术卓越价值的真实体现。安装一台固定式红外热像仪可记录酥炸鸡柳从连续式传送带烤箱中出炉时的温度。

设备监测

除熟食检测外,红外热像仪还能监测传送带烤箱。红外热像仪甚至可以作为反馈回路的一部分帮助控制烤箱温度。

红外热像仪在传送带烤箱的另一个应用是监测整个传送带烤箱烘烤带的温度一致性。如果电烤箱内部的加热元件发生故障,或整个气体射流冲击烤箱受热不均,产品流一侧的温度可能会降低。

使用红外热像仪可迅速发现这个问题。诸如此类的质量监测使用传统的接触式温度传感器更不易检测出来。因此,红外热像仪有助于在众多产品报废前更正产品发生的变化,提升产品质量。

包装检测

软件可用于帮助红外热像仪定位图像中的目标物和图形。模式匹配可应用在冷冻食品生产中。热机器视觉可使用图形识别软件检测食品托盘隔间是否填装适当。

自动化测量

目前红外热像仪可使用的应用软件具备各种各样的功能,可支持自动化食品加工应用。该软件与集成于红外热像仪内的固件相辅相成,共同工作。这些套装中的成像工具与库使用独立的硬件和语言,方便食品加工工程师快速开展热检测和系统控制。

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无损检测的焦点:热成像

从电子产品到汽车到航天器的所有产品的制造商都需要在生产线上检查产品,组件和工具。简单的视觉检查通常是不够的。红外热成像是一种可为许多应用提供更高准确性的行之有效的替代方法。

红外热成像如何工作

红外热像仪使用热成像仪检测从物体发出的辐射。红外辐射的行为类似于可见光,可以用电子传感器检测到。热像仪将读数转换为温度,并显示温度分布的图像。这些图像称为热分析图,使操作员可以看到发热物体。

当前的红外热像仪达到每秒90帧或更高的帧速率。提供无快门红外摄像机,可即时输出图像。带机械快门的相机可提供更好的保护和更大的灵活性。普通镜头的范围从7.5mm到100mm,使制造商可以根据需要将相机安装在距生产线近或远的位置。

热成像无损检测应用

长期以来,热成像对设备经理寻找故障的电动机,开关和轴承,使其运转得比预期的要热。但是,这些设备还可以检测到较凉的斑点,例如在电容器出现问题的区域。无论环境光线如何,热成像仪都可以工作。

热成像技术可用于流水线上的各种应用,包括连接操作。无论是超声波,红外还是激光焊接,热分析图都可以指示焊接质量,以确保其完整性和密封性。

红外成像可用于检查可见光相机不足的应用中的产品。将粘合剂和紧固件涂在具有相似颜色的组件上时,可见光相机可能无法看到和测量精度。但是红外热像仪可以轻松检测正确的应用,同时确保材料在温度范围内。

红外热分析图对平板显示器制造商特别有用。通电时,热像仪可以分析显示屏活动板的加热响应。没有任何缺陷,所有像素均以均匀的方式预热。但是缺陷会导致像素达到变化的工作温度。

汽车制造商已使用红外摄像机来检测加热座椅的正常运行。使用接触温度传感器会减慢生产速度。它们还需要精确放置。但是红外摄像机可以快速提供加热元件组件的图像和温度读数。

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红外热像仪的原理和应用介绍

红外热像仪是一种利用红外热成像技术,通过对标的物的红外辐射探测,并加以信号处理、光电转换等手段,将标的物的温度分布的图像转换成可视图像的设备。

工作原理

通俗地讲热像仪就是将物体发出的不可见红外能量转变为可见的热图像。热图像的上面的不同颜色代表被测物体的不同温度。通过查看热图像,可以观察到被测目标的整体温度分布状况,研究目标的发热情况,从而进行下一步工作的判断。 现代热像仪的工作原理是使用光电设备来检测和测量辐射,并在辐射与表面温度之间建立相互联系。所有高于零度(-273℃)的物体都会发出红外辐射。热像仪利用红外探测器和光学成像物镜接受被测目标的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元件上,从而获得红外热像图,这种热像图与物体表面的热分布场相对应。

应用

(1)对于发电机、电动机的不平衡负载,轴承温度过高,碳刷、滑环和集流环发热,绕组短路或开路,冷却管路堵塞,过载过热等问题进行监测。

(2)可以对电气设备进行维修检查。而对于安全防盗,屋顶查漏,环保检查,节能检测,无损探伤,森林防火,医疗检查,质量控制等也比较有帮助。

(3)可以监控像火山爆发、山体滑坡等突发的自然环境变化。

(4)对于变压器的套管过热,过载,接头松动,冷却管堵塞不畅,接触不良,三相负载不平衡等进行监测。

(5)对于电气装置的接触不良,过载,接头松动或,过热,不平衡负荷等隐患进行监测。

红外热像仪的应用范围愈来愈广泛,在科研领域、医疗领域、电子等行业都将发挥出举足轻重的作用。

视频监控热成像技术在民用领域的应用

监控摄像机的热成像技术在军事领域得到广泛应用之后,随着技术的日趋成熟,在成本大幅度下降后,民用市场也得到了广泛的应用。在视频监控领域,对于热成像技术更是被业界一致认为将可广泛应用于森防、消防等行业市场,前景广阔。

国内热成像产品及应用现状

首先,从探测器来说,绝大多数厂商使用以FLIR为首的进口探测器,主要从欧洲或美国进口。但他们针对中国贸易时是以模组形态出口中国,并作出了种种限制。国内厂商拿来组装成自有品牌,在二次开发及制作工艺上受制于人。

其次,从产品功能来说,主要分为监控型以及测温预警型产品。监控型产品市场使用的比较普遍,主要基于厂商不需要深入二次开发,产品主要提供实时视频图像,开发程度低.成本相对来说较低。测温预警型产品涉及测温算法及校准工艺,开发程度高,成本较高。由于进口测温型产品,供应商不提供测温核心技术,需要国内厂商依据自身实力来进行研究,困难较大,成本居高。

最后,从产品结构形态来说,目前国内几个典型应用如上面提到的电力在线测温、森林防火、水利、海岛监控等等,其产品结构需求量最大的还是云台型产品,并且发明了国内特有的双光谱结构,利用可见光设备来弥补热成像细节不够的短板。目前绝大部分厂家所提供的双光谱设备都是以拼凑类为主,内部各个部件,如热成像摄像机、可见光摄像机、云台、交换机等都出自不同厂家,其本身集成度非常差,设计上有明显缺陷,导致虽是双光谱,实际上也只是单纯的拼合在一起,并不能形成良好的双通道联动,体验感普遍较差,行业应用也很窄。

随着热成像国产探测器的慢慢崛起,加上已有众多的大小厂商具备了生产热像产品镜头、机芯模组的能力。一些做监控产品的龙头厂商对热成像也高度重视,已经相继推出基于非晶硅和氧化钒的探测器,效果上面已经可以媲美国际领先企业,这些探测器一旦实现量产,将打破核心部件长期被国外厂家垄断的局面,使得热成像整机价格快速下探,加上其强大的研发团队,在产品整机结构上,首创推出单IP、单主控的双光谱云台、球机、筒机设备,真正实现了双通道的深度融合,并尝试将智能分析算法植入热成像摄像机,定能催生新的应用和需求。热成像光学镜头方面,几家国内供应商在镜头批量生产工艺、光学材料的研究方面也有很大进步,随着价格更低的光学材料进入实际应用,热成像产品广泛进入民用领域只是时间问题。热成像产品技术进一步逼近国际先进水平相继发力开始打造出真正适合监控行业的产品。不过,产业链上下游之间的默契配合,还需要一些时间来培养。

热成像在安防领域的现状

一是国内客户对热成像还是缺乏基本的认识,许多客户刚开始时将热成像的功能过分夸大,比如能够穿透浓雾,穿墙等。并且国内少有公司能真正做好这方面的知识普及和有效果的引导工作,导致用户对热成像的接受度不够。

二是网络高清监控正处在快速发展期。短短几年时间内,高清网络摄像机的价格从几千跌落到几百。可以说,高清网络产品还远没有满足现有市场的需求,其发展空间仍然很大。随着高清网络产品智能化的不断演进,其产品仍可基本满足客户对于视频监控不断提升的要求,因此热成像监控产品,在一段时间还会处于一个平稳发展阶段,当客户的需求不断被现有产品满足,进而产生更高级的需求时,热成像产品就有可能被更多的采用。三是目前热成像的一些主要优势并没有形成很明确的业务亮点,而仅仅解决了在光线不足情况下看得见的问题。但由于其本身价格较高

,导致用户的心里预期也高,仅凭这一点是完全不够的。在安防监控行业,监控最重要的目标还是“人”,以防人为最终目的,基于热成像的自动识别或者自动探测报警等智能功能,会是进入普通安防监控领域的敲门砖。最后,虽然近几年国产探测器、机芯等核心部件有了快速的发展,图像效果已不输国外厂家,但也存在很大的局限性,需要国内公司加大研发力度进行突破。这其中包含国产探测器芯片还没有真正意义上的量产,且成品率过低,导致成本还是居高不下,意向用户虽知道热成像设备的诸多优点,但迫于预算压力,还是会选择现有成熟且低廉的可见光方案。总的来说,热成像要打开国内市场,需要一记组合拳,一方面需努力提升产品核心竞争力,降低成本,另一方面,需要加强产品的附加值,并且能够真正解决客户的实际问题。

热成像发展趋势

对国内厂家来说,在各个环节都属于后来者,无论在核心技术,产品设计、稳定可靠性、及应用的理解上目前都落后于国外顶级厂家,在跟随巨人脚步的同时,更应思考如何打出差异化,才能在激烈的竞争中占有一席之地。目前来看,有几个方向可以突破,一个是双光谱双通道的高度融合、联动,目前市面上双光谱的设备,无论是海外,还是国内厂家,其双通道也只是普通的硬件堆叠,并没有真正完成应用上的功能实现,虽偶有实现联动,但总体体验感还是差强人意。另外,充分利用热成像的特殊优势,推出更小巧更适合安防监控及国内用户使用习惯的智能化设备,在人体智能探测、识别,周界等入侵防范类应用中有所突破,真正做到智能“防人”的目的。相信随着海康威视等传统视频监控巨头厂家的不断投入,发挥在可见光摄像机上图像分析,智能算法等的优势,充分将其融合到热成像相机上,定能产生不小的化学反应。

红外热像仪的工作原理及工业应用

红外热像仪的基本工作原理为:红外线透过特殊的光学镜头,被红外探测器所吸收,探测器将强弱不等的红外信号转化成电信号,再经过放大和视频处理,形成可供人眼观察的热图像显示到屏幕上。红外热像仪由两个基本部分组成:光学系统和探测器。

红外热像仪民用逐步升温如果你还认为热像仪是高端专业设备,是军用设备,离我们还很遥远。我们印象中的热像仪经常出现在某军侦查、航海作业等专业化行动中,而如今,热像仪的应用几乎就遍布我们身边。

近些年来,随着手持式红外热像仪的发展和普及,已从军用专业精密仪器逐渐转型成便携带、智能化、甚至自带Wi-Fi/云热像的民用普及产品。如果你在为水管哪里漏水、手机或电视屏幕哪有坏点、或是身体哪里有炎症等问题烦心时,可以惊喜地告诉你:手持热像仪,可一站式解决此类问题,还可上传云端进行保存、大数据管理。

同样,诸多行业也在因热像仪的普及而发生着改变:比如,如果消防员有一部手持热像仪,就可以准确判断着火点位置,还可准确发现被困人员所处位置;比如,地震发生时,如果无人机带有热像仪,就可以在第一时间冲过重重阻碍,探明灾区情况,即时发现被困人员,不会再现从前第一批救援人员只能“摸石探路”的情况,耽误最佳救援时间;再比如,小到普通商店或家庭、大到国家,安防系统运用热像仪,就能准确判断是否有不安全因素存在;还比如,生产加工产品过程中,许多用肉眼无法观察、普通仪器有精度限制的检测中,如果有热像仪,那一切问题便“一目了然”。

红外热像仪的应用目前已遍布我们生活的各个角落,从常见的医学成像到就在我们身边的光谱探测,从我们逐渐了解的食品检测到军事所用的雷达建模,从日常最熟悉的安全检查到即将到来的自动驾驶、智慧生活。

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