紅外熱成像技術(shù)及在智能視頻監控中的應用

七十年代，中國有關(guān)單位已經(jīng)開(kāi)始對紅外熱成像技術(shù)進(jìn)行研究。八十年代末，中國已經(jīng)研制成功了實(shí)時(shí)紅外成像樣機，其靈敏度、溫度分辨率都達到很高的水平。進(jìn)入九十年代，中國在紅外成像設備上使用低噪聲寬頻帶前置放大器，微型致冷器等關(guān)鍵技術(shù)方面有了發(fā)展，并且從實(shí)驗走向應用。如用于部隊的便攜式野戰熱像儀，反坦克飛彈、防空雷達以及坦克、軍艦火炮等。

近幾年來(lái)，中國的紅外成像技術(shù)得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展，與西方的差距正在逐步縮小，有些設備的先進(jìn)性也可同西方同步。如目前己能生產(chǎn)面積小于30μm2的1000×1000像素的探測器陣列，由于采用了基于銻化銦的新器件，目前己達到了分辨率小干0.01℃的溫差，使對目標的識別達到更高的水平。

紅外熱成像儀，可以分為致冷型和非致冷型兩大類(lèi)。紅外電視產(chǎn)品和非致冷焦平面熱成像儀是非致冷型產(chǎn)品，其他為致冷型紅外熱成像儀。

前一代的熱像儀主要由帶有掃描裝置的光學(xué)儀器和電子放大線(xiàn)路、顯示器等部件組成，已經(jīng)成功裝備部隊，并己用于夜間的地面觀(guān)察、空中偵查、水面保險等方面。

目前，新的熱成像儀主要采用非致冷焦平面陣列技術(shù)，集成數萬(wàn)個(gè)乃至數十萬(wàn)個(gè)信號放大器，將芯片置于光學(xué)系統的焦平面上，無(wú)須光機掃描系統而取得目標的全景圖像，從而大大提高了靈敏度和熱分辨率，并進(jìn)一步地提高目標的探測距離和識別能力。

三、最新的紅外熱成像系統的組成及工作原理

紅外熱成像技術(shù)是一種被動(dòng)紅外夜視技術(shù)，其原理是基于自然界中一切溫度高于絕對零度（-273℃）的物體，每時(shí)每刻都輻射出紅外線(xiàn)，同時(shí)這種紅外線(xiàn)輻射都載有物體的特征信息，這就為利用紅外技術(shù)判別各種被測目標的溫度高低和熱分布場(chǎng)提供了客觀(guān)的基礎。利用這一特性，通過(guò)光電紅外探測器將物體發(fā)熱部位輻射的功率信號轉換成電信號后，成像裝置就可以一一對應地模擬出物體表面溫度的空間分布，最后經(jīng)系統處理，形成熱圖像視頻信號，傳至顯示屏幕上，就得到與物體表面熱分布相對應的熱像圖，即紅外熱圖像。

非致冷焦平面紅外熱成像系統由光學(xué)系統、光譜濾波、紅外探測器陣列、輸入電路、讀出電路、視頻圖像處理、視頻信號形成、時(shí)序脈沖同步控制電路、監視器等組成。

系統的工作原理是，由光學(xué)系統接受被測目標的紅外輻射經(jīng)光譜濾波將紅外輻射能量分布圖形反映到焦平面上的紅外探測器陣列的各光敏元上，探測器將紅外輻射能轉換成電信號，由探測器偏置與前置放大的輸入電路輸出所需的放大信號，并注入到讀出電路，以便進(jìn)行多路傳輸。高密度、多功能的CMOS多路傳輸器的讀出電路能夠執行稠密的線(xiàn)陣和面陣紅外焦平面陣列的信號積分、傳輸、處理和掃描輸出，并進(jìn)行A/D轉換，以送入微機作視頻圖像處理。由于被測目標物體各部分的紅外輻射的熱像分布信號非常弱，缺少可見(jiàn)光圖像那種層次和立體感，因而需進(jìn)行一些圖像亮度與對比度的控制、實(shí)際校正與偽彩色描繪等處理。經(jīng)過(guò)處理的信號送入到視頻信號形成部分進(jìn)行D/A轉換并形成標準的視頻信號，最后通過(guò)電視屏或監視器顯示被測目標的紅外熱像圖。

紅外焦平面陣列的工作性能除了與探測器性能如量子效率、光譜響應、噪聲譜、均勻性等有關(guān)外，還與探測器探測信號的輸出性能有關(guān)，如輸入電路中的電荷存儲、均勻性、線(xiàn)性度、噪聲譜、注入效率，讀出電路中的電荷轉移效率、電荷處理能力、串擾等。

焦平面陣列結構有四種類(lèi)型:單片式、準單片式、平面混合式和Z型混合式。單片式焦平面陣列是指在同一芯片上即含有探測器又含有信號處理電路的Si器件;準單片式焦平面陣列器件是將探測器和讀出線(xiàn)路分別制備，然后把它們裝在同一個(gè)襯底上，通過(guò)引線(xiàn)焊接將兩部分連在一起 ; 平面混合式采用銦柱將探測器陣列正面的每個(gè)探測器與多路傳輸器一對一地對準配接起來(lái) ; Z型混合式則將許多集成電路芯片一個(gè)一個(gè)地層疊起來(lái)以形成一個(gè)三維的電路層疊結構。平面混合和Z型混合方法的優(yōu)點(diǎn)是由于將多路傳輸器與探測器直接混合，因而具有很高的封裝密度，較快的工作效率，并使總的設計得以簡(jiǎn)化。由于信號處理是在焦平面陣列中進(jìn)行的，所以減少了器件的引線(xiàn)數目，光學(xué)孔徑和頻譜帶寬也得以減小。