低照度攝像與熱成像技術(shù)

1、低照度攝像與熱成像技術(shù)！攝像機的一個重要參數(shù)是最低照度，人們關(guān)注最低照度是因為人們對夜晚黑暗等環(huán)境下的監(jiān)控需求，安防是不分白晝的，因此夜晚成像技術(shù)是非常有用并有廣泛需求和前景的技術(shù)。照度為一亮度單位，顧名思義，是指攝像機在攝取影像時，對周圍環(huán)境照明亮度的需求，1LUX大約等于1燭光在1米距離的照度，我們在攝像機參數(shù)規(guī)格中常見的最低照度，表示該攝像機只需在所標示的LUX數(shù)值下，即能獲取清晰的影像畫面，此數(shù)值越小越好，說明CCD的靈敏度越高。同樣條件下，黑白攝像機所需的照度遠比尚須處理色彩濃度的彩色攝像機要低10倍。行業(yè)內(nèi)人士強調(diào)，照度能低到多少，不僅要看鏡頭的光圈大?。‵值），更要看是在什麼條件

2、限制下才能出現(xiàn)所標示的LUX值，以光圈大?。‵值）而言，光圈愈大則其所代表的F值愈小，所需的照度愈低。另外電子靈敏度，單一畫面累積幀數(shù)，紅外線是ON還是OFF等均對最低照度有影響。低照度攝像機低照度攝像主要技術(shù)：日夜轉(zhuǎn)換型、低速快門和超感度攝像機。日夜轉(zhuǎn)換型：攝像是利用黑白影像對紅外線感度較高的特點，在一定的光源條件，利用線路切換的方式將影像由彩色轉(zhuǎn)為黑白，以便于搭配紅外線。而白天彩色/晚上黑白的攝像機因受限于CCD 感度,本身并無法改變,只是利用線路切換及搭配紅外光的方式將功能提升,不能算是低照度攝像機。低速快門：又稱為（畫面）累積型攝像機：其原理是利用電腦記憶體的技術(shù)，利用該技術(shù)，可以實現(xiàn)

3、0.0008星光級的情況下應(yīng)用。此技術(shù)的原理可以看出，他還是離不開“光源”，必須要求環(huán)境必須有光的存在，即使它很微弱，因此如果在完全黑暗的條件下，它無效。并且，圖象的成像是以犧牲圖象的連續(xù)性為代價的（注意其原理是延長曝光時間使CCD充分感光，有一個光的積累過程）。此類型低照度攝像機適用于較靜態(tài)場所的監(jiān)視。超感度攝像機：超感度攝像機（EXVIEW/HAD），又稱24 小時攝像機，其彩色照度可達0.05LUX，黑白則可達0.003-0.001LUX（亦可搭配紅外線以達0LUX）不僅能清晰的辯識影像，更是實時連續(xù)的畫面。此類型攝像機主要是采用SONY 元件廠所推出的EXVIEW/HAD/CCD（超感

4、CCD），其運用專利技術(shù)將CCD 每一畫素的開口率提高，進而達到更低照度的要求，由于該CCD 的制造成本仍高，相對的成品制造商要研發(fā)此類攝像機的技術(shù)門檻也較高。EXVIEW HAD CCD+畫面累積技術(shù)，并且基本消除了拖影現(xiàn)象。主動紅外技術(shù)利用CCD攝像機（黑白模式），可以感應(yīng)紅外光譜原理，給CCD攝像機配置紅外照明光源（紅外燈），利用物體反射紅外光源的紅外光達到成像的目的，缺點使紅外照明距離短，靈敏度不高、并且容易紅暴。熱成像技術(shù)紅外線輻射是自然界存在的一種最為廣泛的電磁波輻射，它在電磁波連續(xù)頻譜中的位置是處于無線電波與可見光之間的區(qū)域。這種紅外線輻射是基于任何物體在常規(guī)環(huán)境下都會產(chǎn)生自身的

5、分子和原子無規(guī)則的運動，并不停地輻射出熱紅外能量。分子和原子的運動愈劇烈，輻射的能量愈大 ; 反之，輻射的能量愈小。熱成像技術(shù)原理：通過非接觸探測，將物體輻射產(chǎn)生的紅外能量（熱量）轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)過處理形成熱輻射圖象。凡是溫度高于絕對溫度零度（零下270攝氏度）的物體均向外輻射紅外能量，溫度越高，紅外輻射越強。因此，熱成像技術(shù)不同與低照度技術(shù)，即使在絕對黑暗（沒有可見光）的環(huán)境下也可以成像；也不同語主動紅外技術(shù)，它不需要額外的紅外設(shè)備。熱成像技術(shù)VS LowLightTM低照技術(shù)LowLightTM低照技術(shù)采用高感光CCD（如Exview HAD CCD等）、DSS數(shù)字快慢門調(diào)節(jié)來提高攝像機的

6、低照性能。曝光時間的增長使CCD更充沛感光，從而增強圖像亮度及清晰度。LowLightTM低照技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)點在于設(shè)備簡單（僅攝像機即可）、價格大眾化（技術(shù)已普及），缺點則在于圖像亮度以犧牲圖像連續(xù)性為代價，而最終LowLightTM低照技術(shù)仍需依靠照明光源并局限于可見光光譜內(nèi)。當環(huán)境呈黑暗、煙霧或遮擋時，低照技術(shù)顯然無所適從。熱成像技術(shù)由于依靠紅外輻射成像不依賴可見光，無論環(huán)境光照強或弱、能見度（遮擋）高或低均不影響有效成像。因此，熱成像技術(shù)完全解決了必須依靠“可見光”的技術(shù)瓶頸，將視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用擴展至更大范圍。熱成像技術(shù)V.S 主紅外技術(shù)不少用戶對主紅外技術(shù)與熱成像技術(shù)的理解常出現(xiàn)混淆。

7、事實上，兩者技術(shù)雖然都借由紅外光譜成像，但是其成像原理卻大不相同。主紅外技術(shù)利用CCD攝像機（黑白模式下）可感應(yīng)近紅外光譜（0.75-1.0m）的原理，在CCD攝像機附近架設(shè)輔助紅外照明設(shè)備（如紅外燈等），利用物體反射紅外源的紅外光達到成像目的。 紅外熱成像技術(shù)是感應(yīng)中、遠紅外光譜（3.08.0m、8.014.0m），利用（非制冷）氧化礬微測輻射熱儀感應(yīng)物體所輻射散發(fā)的紅外能量來成像。主動紅外技術(shù)至今未得到廣泛應(yīng)用，問題在于紅外輔助照明設(shè)備的技術(shù)弊端重重。照明范圍小、靈敏度低、耗能大；體積笨重、使用壽命短，最致命的弱點是紅外輔助照明設(shè)備所散發(fā)的紅外光線極易被探測到，從而自我暴露。熱成像技術(shù)由于

8、感應(yīng)來自物體輻射散發(fā)的紅外能量，完全拋棄問題重重的紅外輔助照明設(shè)備，從根本上杜絕以上弊病及弱點。一體化熱成像定位系統(tǒng)的光學參數(shù)及意義微測輻射熱儀微測輻射熱儀是一體化熱成像定位系統(tǒng)的攝像機組件，通常有制冷與非制冷兩種類型。以非制冷型為佳，因為非制冷型微測輻射熱儀無需液氮和斯特林制冷，可長期無維護連續(xù)工作，壽命長且工作時無聲音，啟動時間短。無論室內(nèi)、戶外使用，儀器不受陽光、氣候和其它高溫物體的影響。熱靈敏度可簡單定義為儀器或使觀察者能從背景中精確分辨出目標輻射的最小溫度。熱靈敏度值越小，代表熱靈敏度越高。視場它是光學系統(tǒng)視場角的簡稱，表示能夠在光學系統(tǒng)像平面視場光闌內(nèi)成像的空間范圍。當物體位于以光

9、軸為軸線，頂角為視場角的圓錐內(nèi)的任一點（在一定距離內(nèi)）時能被光學系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)，即成像于光學系統(tǒng)像平面的視場光闌內(nèi)，也即物體能在熱成像攝像機中成像的物空間的最大張角叫做視場，一般是ao×o的矩陣視場。類似CCD攝像機有效像素的概念。視場越大，圖像清晰度越高。像素尺寸像素尺寸指ao×o矩陣視場內(nèi)每個像素的大小。一般，像素尺寸越小，熱靈敏度越高。 光譜響應(yīng)這是指熱成像攝像機對紅外光譜的響應(yīng)范圍，通常有中紅外光譜及遠紅外光譜兩種響應(yīng)范圍。以遠紅外光譜（8.0-14.0m）為佳，因為中紅外光譜（3.0-8.0m）的波長較短，較容易穿透有些物質(zhì)，使其最終無法正常成像。 

10、現(xiàn)場溫度范圍現(xiàn)場溫度范圍是指熱成像攝像機能感應(yīng)成像的最高溫度，物體一旦超過該溫度，攝像機將無法給出邊緣圖像。這類似普通CCD攝像機的受光過飽和現(xiàn)象。溫度范圍越高，熱成像攝像機的圖像動態(tài)范圍越廣。另外，為方便讀者識別以上參數(shù)指標，現(xiàn)以FLIR一體化熱成像定位系統(tǒng)的規(guī)格參數(shù)為范例： ·非制冷氧化礬微測輻射熱儀（uncooled，Vanadium Oxide Microbolometer）；·熱靈敏度（sensitivity）：<40mkF1.0；·視場(array format)：320×240；·像素尺寸（pixel size）：

11、38m；·光譜響應(yīng)（spectrum response）：7.5-13.5m，遠紅外感應(yīng)（LWIR）；·現(xiàn)場溫度范圍（scene temp range）：至150，最高可達560（可選）；·圖像顯示模式（display format）：White Hot、Black Hot、Sepia、Rainbow。紅外熱成像技術(shù)的優(yōu)缺點    1、紅外熱成像技術(shù)的優(yōu)點  紅外熱成像技術(shù)是一種被動式的非接觸的檢測與識別，隱蔽性好：     由于紅外熱成像技術(shù)是一種對目標的被動式的非接觸的檢測與識別，因而隱蔽性

12、好，不容易被發(fā)現(xiàn)，從而使紅外熱成像儀的操作者更安全、更有效。    紅外熱成像技術(shù)不受電磁干擾，能遠距離精確跟蹤熱目標，精確制導    由于紅外熱成像技術(shù)利用的是熱紅外線，因而不受電磁干擾。采用先進熱成像技術(shù)的紅外搜索與跟蹤系統(tǒng)，能遠距離精確跟蹤熱目標，并可同時跟蹤多個目標，使武器發(fā)揮最佳效能。紅外熱成像技術(shù)可精確制導，使制導武器具有較高的智能性和發(fā)射后不用管的能力，并可尋找最重要的目標予以摧毀，從而大幅度提高了彈藥的命中精度，使其作戰(zhàn)威力成幾十倍地提高。     紅外熱成像技術(shù)能真正做到24h全天候監(jiān)控

13、    紅外輻射是自然界中存在最為廣泛的輻射，而大氣、煙云等可吸收可見光和近紅外線，但是對35m和814m的紅外線卻是透明的，這兩個波段被稱為紅外線的“大氣窗口”。 因此，利用這兩個窗口，可以在完全無光的夜晚，或是在雨、雪等煙云密布的惡劣環(huán)境，能夠清晰地觀察到所需監(jiān)控的目標。正是由于這個特點，紅外熱成像技術(shù)能真正做到24h全天候監(jiān)控。     紅外熱成像技術(shù)的探測能力強，作用距離遠    利用紅外熱成像技術(shù)進行探測的能力強， 可在敵方防衛(wèi)武器射程之外實施觀察，其作用距離遠。目前手持式及裝于輕武器上的熱成像

14、儀可讓使用者看清800m以上的人體 ，且瞄準射擊的作用距離為23km； 在艦艇上觀察水面可達10km ； 在1.5km高的直升機上可發(fā)現(xiàn)地面單兵的活動； 在20km高的偵察機上可發(fā)現(xiàn)地面的人群和行駛的車輛，并可分析海水溫度的變化而探測到水下潛艇等。    紅外熱成像技術(shù)可采用多種顯示方式，把人類的感官由五種增加到六種    只有當物體的溫度高達1000 以上時，才能夠發(fā)出可見光被人眼看見。而所有溫度在絕對零度（-273 ）以上的物體，都會不停地發(fā)出熱紅外線。如一個正常的人所發(fā)出的熱紅外線能量大約為100 W。這些都是人眼看不見的，但物

15、體的熱輻射能量的大小，直接和物體表面的溫度相關(guān)。熱輻射的這個特點使人們可以利用紅外熱成像技術(shù)對物體進行無接觸溫度測量和熱狀態(tài)分析，并可采用多種顯示方式顯示出來。如對視頻信號進行假彩色處理，便可由不同顏色顯示不同溫度的熱圖像；若對視頻信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換處理，即可用數(shù)字顯示物體各點的溫度值等，從而看清人眼原來看不見的東西。所以可以說，紅外熱成像技術(shù)把人類的感官由五種增加到六種。    紅外熱成像技術(shù)能直觀地顯示物體表面的溫度場，不受強光影響，應(yīng)用廣泛   紅外熱成像儀則可以同時測量物體表面各點溫度的高低，直觀地顯示物體表面的溫度場，并以圖像

16、形式顯示出來。    由于紅外熱成像儀是探測目標物體的紅外熱輻射能量的大小，從而不像微光像增強儀那樣處于強光環(huán)境中時會出現(xiàn)光暈或關(guān)閉，因此不受強光影響。    紅外熱成像技術(shù)除主要應(yīng)用軍事方面外，還可廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、消防、考古、交通、地質(zhì)、公安偵察等民用領(lǐng)域。并且，還可將這種技術(shù)大量地應(yīng)用到安防監(jiān)控領(lǐng)域中，以方便實現(xiàn)智能安防監(jiān)控。    2、紅外熱成像技術(shù)的缺點    圖像對比度低，分辨細節(jié)能力較差    由于紅外熱成像儀靠溫差成像，

17、而一般目標溫差都不大，因此紅外熱圖像對比度低，使分辨細節(jié)能力變差。    不能透過透明的障礙物看清目標，如窗戶玻璃。    由于紅外熱成像儀靠溫差成像，而像窗戶玻璃這種透明的障礙物，使紅外熱成像儀探測不到其后物體的溫差，因而不能透過透明的障礙物看清目標。    成本高、價格貴    目前紅外熱成像儀的成本仍是限制它廣泛使用的最大因素，但肖特基勢壘非致冷紅外焦平面陣列的出現(xiàn)，提供了一種以低成本獲得高分辨力、高可靠性器件的有效手段。隨著科技的發(fā)展，關(guān)鍵技術(shù)的突破，并提高加工效率，今后的成本會大為降低的。熱成像攝像機和低照度、紅外攝像機主要性能對比表指標熱成像攝像機低照度、紅外攝像機技術(shù)水平很高低照度較高，紅外很低工作照度0LUX（全黑）至少是星光或配紅外燈工作頻段8.014.0m0.75-1.0m探測器類型非制冷氧化礬微測輻射材料CCD鏡頭焦距一般是定焦多數(shù)是變焦拍攝距離最遠可達幾十公里最遠不到300米拍攝靈敏度感應(yīng)溫度變化，很高感應(yīng)光線變化，白天較高，夜晚較低透霧性可以透霧拍攝不可透霧拍攝拍攝范圍全視場紅外燈照射到或有微光的地方