前言

在現(xiàn)實世界里，熱成像儀的用途非常廣泛，特別是在軍事上，利用熱成像儀可以在夜間發(fā)現(xiàn)散發(fā)熱量的坦克發(fā)動機、士兵。

在工業(yè)上，可以利用熱像儀快速探測出加工件的溫度，從而掌握必須的信息。由于電動機、晶體管等電子器件發(fā)生故障時往往伴隨著溫度的異常升高，利用熱成像儀也可以快速診斷故障。在流行性感冒、肺炎等疾病流行時，可以利用熱成像儀快速判斷是否有發(fā)熱現(xiàn)象。由于癌細胞的溫度較高，也可用其判斷診斷乳腺癌等疾病。邊防部門也可用其判斷交通工具中是否有偷渡客。

紅外熱成像的軍事應用

隨著熱成像技術的發(fā)展，使它在國民經(jīng)濟、生產建設、科學研究以及國防軍事等眾多方面有著廣泛的應用，其在軍事上應用也已涉及到紅外警戒、跟蹤、瞄準以及制導的各個方面。

一彈道導彈防御

美國的彈道導彈防御（B劃是當前國際上廣泛關注的一個熱點問題，BMD計劃針對敵方導彈在發(fā)射助推段、大氣層外彈道飛行段和再入大氣層段這三個階段的不同特點，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扮演著一種核心的角色，主要表現(xiàn)在以下3個方面。

1、全球性監(jiān)視。在敵方導彈發(fā)射的初始階段，就探測到其位置和數(shù)量，主要依靠部署在空間的預警衛(wèi)星進行。

2、跟蹤和鑒別。在敵方導彈發(fā)射的初始階段和彈道飛行階段，鑒別真、假目標并跟蹤其軌跡。

3、識別和制導。在己方發(fā)射的攔截導彈上，以紅外成像方式實現(xiàn)目標識別和精確的導，命中摧毀敵彈。

二常規(guī)導彈武器：

采用紅外成像制導可使導彈獲得更遠的全向探測距離和識別，對抗紅外誘餌等人工干擾的能力，大大提高導彈威力，而且也使其成為對付隱形飛機等的“殺手锏”，也是熱成像技術在軍事應用中的重中之重。

1、典型的紅外熱成像制導導彈

隨著紅外成像技術的快速發(fā)展，世界各國相繼研制了多種紅外成像制導導彈。如美國的毒刺改進型 (Stinger Post和Stinger RMP)，斯拉姆AGM284E遠程攻擊型導彈，蘇聯(lián)的SAM213和法國的西北風改進型, 美國幼畜AGM265D /F空地、空艦導彈，法國MICA導彈（紅外型），英國ASRAAM導彈，德國 IRIS-T導彈，美國AIM-9x導彈，其中，美國的AIM-9x近距空空導彈是美國重點發(fā)展的最新型空空導彈。

應用凝視紅外焦平面陣列成像技術的典型代表有德、英、法合研的遠程崔格特導彈、美國的標槍便攜式反坦克導彈以及戰(zhàn)區(qū)高空防空導彈THADD等。

2、先進反裝甲導彈系統(tǒng)：

在紅外焦平面技術發(fā)展初期，最先成功應用的領域是反裝甲導彈系統(tǒng)的熱瞄準器和精確制導尋的器，美國和歐洲的一些主要先進反裝甲導彈計劃，現(xiàn)已處于裝備、服役階段，主要有美國“標槍”Javelin導彈系統(tǒng)，歐洲第三代遠程反坦克導彈（TriGAT-L，又名ATGW-3），美國“獄火”導彈（Hellfire）。

三軍用紅外熱成像儀

紅外熱成像儀是應用最廣泛的紅外裝置，而在熱成像技術的發(fā)展初期，只能研制出基于單元器件的熱像儀，場頻較低，只限于小范圍應用。

直到20世紀70年代中長波碲鎘汞(MCT)材料與光導型多元線列器件工藝成熟之后，熱像儀才開始大量生產并裝備軍隊，發(fā)展很快，種類繁多。

第一代軍用紅外熱成像儀大都采用MCT的60、120和180元線列“通用組件”制造的前視紅外系統(tǒng)，即FLIR，它占紅外軍事應用的50％以上，而到90年代，性能更高的第二代熱成像儀SADA應運而生，即美國陸軍標準先進杜瓦組件，SADAⅠ為240×2長波MCT TDI掃描焦平面，SADAⅡ為 480×6（以及480×4）長波MCT TDI掃描焦平面，使用SADAⅡ的第二代熱成像儀比使用180元通用組件的第一代熱成像儀的探測距離提高了一倍，且如果是凝視型焦平面熱像儀具有更多的優(yōu)點，小巧、堅固、可靠、省電、靈敏度更高，640×480元InSb凝視焦平面熱成像儀探測距離是通用組件的4倍。

SADAⅡ已廣泛用于各種機載，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，到美國最為先進的空間紅外望遠鏡Spitzer發(fā)射，紅外熱成像技術在空間的應用也是發(fā)揮的淋漓盡致。

紅外熱成像的民事應用

所謂民用領域，就是指的電力、建筑、醫(yī)學和石化等幾個領域。國際上，紅外熱像儀在這些領域應用的十分廣泛。但是，紅外熱像儀在我國這些民用領域的應用尚處于起步階段，整個發(fā)展空間還是比較大的。

一電力行業(yè)的應用

雖然目前電力行業(yè)是我國民用紅外熱像儀應用最多的行業(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備運行可靠性。因此，隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，其他省份的電力行業(yè)也將更多地應用紅外熱像儀。

二建筑行業(yè)的應用

據(jù)相關部門對紅外熱像儀在建筑行業(yè)的應用情況調查，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，不僅促進紅外熱像儀市場需求大增，還會大大提高建筑企業(yè)的工作效率，降低成本。

三醫(yī)學行業(yè)的應用

人體其實就是一個天然的紅外輻射源。當人體產生疾病的時候，人體的熱平衡就會受到破壞，因此測定人體溫度的變化是臨床醫(yī)學診斷疾病的一項重要指標。

熱像儀則可以準確地顯示和記錄人體的溫度分布，以便進一步地進行病理分析。現(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)療學科研究中，熱像儀在醫(yī)學中的應用已成為一個專門的研究課題。

四石化行業(yè)的應用

我們知道，石油化工生產中的許多重要設備都是在高溫高壓狀況下工作的，潛伏著一定的危險，因而對生產過程的在線監(jiān)測是非常重要的。

實用熱像儀能檢測產品傳送和管道、耐火及絕熱材料、各種反應爐的腐蝕、破裂、減薄、堵塞以及泄漏等有關信息，可快速而準確地得到設備和材料表面二維溫度分布。

五機場安檢中的應用

機場是比較典型的場所，哥本哈根機場每天有108架飛機要停留，每個人在進入的CRSA前需要進行徹底的安全檢查。面臨的問題之一是CRSA接近跑道，飛機從棧橋到起飛區(qū)域或者剛剛著陸的飛機將乘客送到一個棧橋上并從“非安全區(qū)域”進入CRSA。另外，從飛機場內但從CRSA外的其他區(qū)域的汽車和人員可能進入該區(qū)。

在白天用可見光相機很容易監(jiān)視和跟蹤目標，但在夜間，可見光相機存在一定的局限性，機場環(huán)境復雜，夜晚對于可見光成像效果有較大的干擾。影響觸發(fā)報警時有可能因為圖像效果不佳而無法看到引起報警的事件。解決該問題的辦法就是采用紅外熱成像攝像機。

六港口河道中的應用

內河航道應用中，很多時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確的，AIS要依賴船舶本身打開設備，否則是接收不到信息，VTS則是主動去探測的，很多小船，還有船舶交叉時也測不準。

所以即使是一些重大活動下，進行強制要求，也只能測70%的船舶，平時可能只有50%。因此用戶特別希望能夠通過視頻實現(xiàn)船舶流量統(tǒng)計。

但普通可見光要在水面上實現(xiàn)區(qū)域入侵功能難度很大，特別是受到波浪、天氣等因素的影響，而熱成像為實現(xiàn)這類應用提供了可能，能夠借助熱成像對溫度的感知，確定船只的位置、速度、數(shù)量等等信息。

另外在主要航道兩側一般都會設一些浮標，船舶正常航行是不能偏離航道，越過浮標的。因此該區(qū)域同樣可以用熱成像實現(xiàn)入侵檢測，作為VTS系統(tǒng)的補充。

七在邊防領域的應用

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)都不可能很好地擔當起防范作用，特別在下雨、下雪、大霧、大風的日子，邊界巡邏也是很苦的任務。

如果采用人員巡邏，利用望遠鏡進行觀察，往往由于可見光波長短，因而觀查效果甚差，造成漏查、誤查和失查的現(xiàn)象。紅外熱成像儀可以探測到波長較短的紅外線，因而可以遠距離進行觀察，特別適用于風雨天氣。

廣東惠州警方在某一邊境地區(qū)放置了五套紅外熱成像儀，在試用過程中，成功地破獲了多起非法入境者案件，效率大大高于原來用人工巡查。

除了以上方面，近年來，紅外成像技術在安防應用領域也越來越處于重要的地位

紅外熱成像技術在安防領域中的應用一：夜間及惡劣氣候條件下目標的監(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。若采用微光夜視設備，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接受目標自身的紅外熱輻射，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。因此在夜間以及惡劣氣候條件，采用紅外熱成像監(jiān)控設備可以對各種目標如人員、車輛等進行監(jiān)控。

紅外熱成像技術在安防領域中的應用二：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警設備，在大面積的森林中，火災往往是由不明顯的隱火引發(fā)的。

這是毀滅性火災的根源，用現(xiàn)有的普通方法，很難發(fā)現(xiàn)這種隱性火災苗頭。而應用紅外熱成像儀可以快速有效地發(fā)現(xiàn)這些隱火，并且可以準確判定火災的地點和范圍，透過煙霧發(fā)現(xiàn)著火點，做到早知道早預防，早撲滅。

紅外熱成像技術在安防領域中的應用三：偽裝及隱蔽目標的識別

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覺，容易產生錯誤判斷。

紅外熱成像裝置是被動接受目標自身的熱輻射，人體和車輛的溫度及紅外輻射一般都遠大于草木的溫度及紅外輻射，因此不易偽裝，也不容易產生錯誤判斷。

隨著光電信息、微電子、網(wǎng)絡通信、數(shù)字視頻、多媒體技術及傳感技術的發(fā)展，安防監(jiān)控技術已由傳統(tǒng)的模擬走向高度集成的數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡化。

隨著市場的需求的增加，現(xiàn)代高新技術幾乎在安防監(jiān)控系統(tǒng)中都有應用或即將應用。現(xiàn)代傳感技術中發(fā)展迅速的紅外熱成像技術在安全防范系統(tǒng)中也開始得到了應用。

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分支，傳統(tǒng)的紅外熱成像儀更多的為手持型，而非望遠鏡型，主要在傳統(tǒng)工程檢測上使用。

在上世紀末，隨著紅外熱成像儀技術的發(fā)展，由于紅外熱成像儀技術相對于傳統(tǒng)夜視儀的技術優(yōu)勢，美國軍方逐漸開始配備紅外熱成成像夜視儀。

紅外熱成像夜視儀，另一個名稱為熱成像望遠鏡，其實其在白天依然能很好使用，但是由于主要在夜晚使用才能發(fā)揮其效力，所以就叫紅外熱成像夜視儀。

紅外熱成像夜視儀在近10年得到常駐的發(fā)展，美國知名的軍工企業(yè)RNO可以說功不可沒。RNO與美國軍方的合作，另外一方面也推動了紅外熱成像夜視儀在民用方面的發(fā)展。

紅外熱成像夜視儀在生產上對技術要求很高，所以目前在全球能夠生產紅外熱成像夜視儀的廠家很少很少。

選擇紅外熱成像儀的六大要素

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。民用紅外熱像儀中相對高端的產品像素為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。可見像素越高所能拍攝目標的最小尺寸越小.

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分成幾個溫度檔，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更準確些。另外一般紅外熱像儀需要測量500℃以上的物體時，則需要配備相應的高溫鏡頭。

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，選擇時盡量選擇此參數(shù)值小的產品。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，測量單個點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，起到預維護的作用。

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，測溫越準確，空間分辨率數(shù)值越小時，被測最小目標可以覆蓋紅外熱像儀的像素，測試的溫度即被測目標的真實溫度。

如果空間分辨率數(shù)值越大則空間分辨率越低，被測的最小目標不能完全覆蓋紅外熱像儀的像素，測試目標就會受到其環(huán)境輻射的影響，測試溫度是被測目標及其周圍溫度的平均溫度，數(shù)值不夠準確。

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

MFOV(MeasurementFieldofView)為1，溫度測量是精確到1個像素點。

AmorphousSilicon(多晶體硅)傳感器，MFOV為9，即每點的溫度是基于3×3=9個像素點平均而獲得。氧化釩探測器的溫度穩(wěn)定性好、壽命長，溫度漂移小。

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的未知，同時報告自動生成也會大大減少操作時間。

我國目前紅外熱成像儀產業(yè)發(fā)展狀況及存在的主要問題

我國國產紅外熱像儀的產品性能已經(jīng)基本接近進口產品，但由于品牌影響力等原因，價格只是進口產品的一半。紅外熱像儀的核心部件主要靠進口，核心技術受制于人。國內企業(yè)的競爭力主要體現(xiàn)在總體技術、光學系統(tǒng)、后續(xù)電路、圖像處理軟件等方面。當然、人才、管理、市場也是競爭力的一部分。

近幾年來，中國的紅外產品市場發(fā)展很快，但由于核心器件（如非致冷探測器）依靠進口，價格、質量和維護等因素嚴重地制約了國內紅外產業(yè)的發(fā)展和市場的廣泛推廣。遠不能適應國內日益增長的市場需求，無法在國際市場中建立競爭優(yōu)勢。

在紅外技術產業(yè)中，與紅外熱成像技術和紅外探測技術相關的產品占主導地位，而其它紅外技術類的產品在整個產業(yè)格局中所占比重過小或發(fā)展緩慢，加之大家各自為戰(zhàn)，缺少頂層規(guī)劃和行業(yè)約束，容易導致惡性競爭。

目前我國紅外產業(yè)存在的主要問題有：

一、技術創(chuàng)新能力和科研成果轉化能力弱，缺乏資金支持

紅外探測器是紅外技術的核心部件，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)產品的發(fā)展需求，尤其是高端應用的紅外探測器仍依賴進口。

在紅外技術領域、科研和生產分家是我國長期存在的一個問題，科研單位往往有很強的科技力量,但不少產品只停留在樣品、展品或小批量生產的水平上,看廣告各種產品一應俱全,市場需求時卻無法快速提供產品，大部分科研成果不能迅速地轉化為生產力。

二、缺少規(guī)范化的行業(yè)標準體系

目前，在紅外光學鏡頭加工、紅外成像器整機測試等專業(yè)領域沒有統(tǒng)一的國家規(guī)范與行業(yè)標準，標準體系的不完善導致了相關領域低水平的重復研究、重復設計比較普遍，新產品推廣速度較慢。

國家規(guī)范和行業(yè)標準的確立可以促進產業(yè)統(tǒng)一、協(xié)調、高效率地發(fā)展，是紅外技術在科研、生產和使用三者之間的橋梁。紅外技術產業(yè)中的科技成果只有在納入相應標準后才能夠迅速得以推廣和應用。

三、產業(yè)規(guī)模小，產品成本高

我國對紅外技術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行探測器陣列及其工藝的研究，無法形成規(guī)模量產；而眾多的經(jīng)營紅外產品的公司大部分只停留在制作一些外圍設備和開發(fā)一些軟件的業(yè)務上，研發(fā)實力弱，品牌影響力小。弱小的產業(yè)規(guī)模不僅直接導致了紅外產品成本較高，增加了產品推廣的難度，同時又制約了對紅外技術相關基礎研究的投入，形成惡性循環(huán)。

四、市場牽引不足，應用領域有待進一步開拓

紅外技術產業(yè)的相關產品并不能完全適應市場的需要，潛在的市場需求尚待開發(fā)。紅外技術應用最多的是軍事、電力、消防等行業(yè)，只有將紅外技術自身的特點結合應用行業(yè)的具體需求，才能在更為廣闊的領域開發(fā)新的符合市場需求的產品，才能更好地服務于國民經(jīng)濟。

如一美國公司的車載探測器，僅此一項應用市場定位準確的產品就達到量產數(shù)十萬臺的產業(yè)規(guī)模，拉動了光學、電子、結構等數(shù)個行業(yè)。而在我國類似規(guī)模的應用產品種類還不多，所形成的市場牽引還很不夠。

五、光學材料及相關數(shù)據(jù)基礎薄弱

隨著國內紅外系統(tǒng)的逐步推廣和應用，紅外光學材料也發(fā)展很快，國內紅外材料生產單位也逐漸增多，但其光學參數(shù)大多采用國外數(shù)據(jù)，沒有一套完整準確的測量儀器和標準，性能偏差情況有待應用考證。

一些材料具有較大偏差且欠穩(wěn)定；給應用帶來很多的不確定性。研制、生產工藝、測量等基礎薄弱對紅外系統(tǒng)產品的規(guī)模化發(fā)展有著一定的制約作用，是產業(yè)化發(fā)展過程中需要著力解決的問題。

紅外熱成像技術歷經(jīng)多年的發(fā)展，已從當初的主要軍事目的擴展到諸如工業(yè)監(jiān)控測溫、執(zhí)法緝毒、安全防犯、醫(yī)療衛(wèi)生、遙感、設備先期性故障診斷與維護、海上救援、天文探測、車輛、飛行器和艦船駕駛員用夜視增強觀察儀等廣闊的民用領域，紅外熱成像技術正走向輝煌。

同時，我們應清醒的認識到，紅外熱成像技術已經(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，為未來的應用提供新的優(yōu)勢。

綜合目前紅外技術產業(yè)化進程在國際和國內發(fā)展的現(xiàn)狀和趨勢，國家應從宏觀上對該行業(yè)加以支持和引導，使之步入良性的發(fā)展軌道，建立起政府、行業(yè)協(xié)會和企業(yè)間有效的協(xié)調機制，形成可以拉動國民經(jīng)濟增長的一個新的高技術領域。