紅外熱成像技術(shù)研究

　　由于黑體輻射的存在，任何物體都依據(jù)溫度的不同對外進(jìn)行電磁波輻射。波長為2.0~1000微米的部分稱為熱紅外線。熱紅外成像通過對熱紅外敏感CCD對物體進(jìn)行成像，能反映出物體表面的溫度場。下面是小編收集整理的紅外熱成像技術(shù)研究，希望對你有幫助

　　紅外熱成像技術(shù)研究 篇1

　　摘要：該文在研究攝像機(jī)成像技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合物體發(fā)熱會產(chǎn)生紅外光的特性，研究了一種紅外熱成像攝像機(jī)的實(shí)現(xiàn)方式。

　　根據(jù)紅外熱成像攝像機(jī)的應(yīng)用，可以分為兩類：一類紅外熱成像測溫儀器，第二類紅外熱成像安防監(jiān)控?cái)z像機(jī)。

　　關(guān)鍵詞：攝像機(jī)紅外線發(fā)熱物體DSP模數(shù)轉(zhuǎn)換

　　1背景

　　紅外熱成像測溫儀與目前市場上應(yīng)用的溫度計(jì)的區(qū)別是溫度計(jì)是點(diǎn)測溫，只能得到點(diǎn)的溫度，而紅外熱成像測溫儀則是面陣測溫，可以得到二維面陣中所有像素點(diǎn)的實(shí)時溫度。

　　紅外熱成像儀器的應(yīng)用主要應(yīng)用于故障檢測之類的應(yīng)用，應(yīng)用于電力行業(yè)進(jìn)行高壓線的故障檢測，應(yīng)用于建筑行業(yè)屋頂管道的檢測，應(yīng)用于能源行業(yè)氣體泄漏點(diǎn)的監(jiān)測，應(yīng)用于自動化機(jī)械行業(yè)高速轉(zhuǎn)動裝置的故障檢測；應(yīng)用于醫(yī)療行業(yè)，用于人體病變部位檢測。

　　2實(shí)現(xiàn)原理

　　紅外熱成像測溫儀的架構(gòu)如圖1所示。

　　FPGA負(fù)責(zé)采集配置探測器并采集探測器的灰度值，并進(jìn)行非均勻校正和細(xì)節(jié)增強(qiáng)等算法處理；FPGA把原始raw數(shù)據(jù)和處理后的數(shù)據(jù)通過數(shù)字接口傳輸給DSP，原始raw數(shù)據(jù)用于DSP的測溫算法，把每個像素點(diǎn)的灰度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的溫度數(shù)據(jù)，疊加在FPGA傳輸給DSP的處理后的YUV數(shù)據(jù)上面進(jìn)行圖像和溫度的疊加顯示。

　　紅外熱成像攝像機(jī)的架構(gòu)如圖2所示。

　　FPGA負(fù)責(zé)采集配置探測器并采集探測器的灰度值，并進(jìn)行非均勻校正和細(xì)節(jié)增強(qiáng)等算法處理；FPGA把處理后的數(shù)據(jù)通過數(shù)字接口傳輸給視頻芯片，輸出視頻信號。

　　3關(guān)鍵技術(shù)

　　3.1光學(xué)系統(tǒng)

　　項(xiàng)目的設(shè)計(jì)中，紅外光學(xué)鏡頭共有3種。

　　我們可以根據(jù)產(chǎn)品的應(yīng)用環(huán)境選擇使用手調(diào)鏡頭、消熱差鏡頭還是電動鏡頭。

　　然后根據(jù)成像距離選擇鏡頭的焦距。

　　第一種手調(diào)鏡頭，焦距為11mm、15mm、28mm、40mm、75mm，這類鏡頭適合手持儀器使用。

　　第二類鏡頭，為消熱差鏡頭，焦距為11mm、15mm、28mm、40mm、75mm、100mm和150mm。

　　這類鏡頭一旦成像距離調(diào)試好后，進(jìn)行螺紋緊固，不再進(jìn)行焦距調(diào)整。

　　成像效果不會受到鏡片的發(fā)熱而產(chǎn)生變化。

　　此類鏡頭適合安防實(shí)時監(jiān)控。

　　第三類鏡頭為電動鏡頭，焦距為50mm、75mm、100mm和150mm，這類鏡頭適合遠(yuǎn)距離實(shí)時監(jiān)測使用，客戶在后端進(jìn)行變焦成像。

　　3.2電學(xué)系統(tǒng)

　　電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分為模擬部分和數(shù)字部分。

　　模擬部分為AD電路和DA電路。

　　AD電路把探測器的模擬視頻信號轉(zhuǎn)成數(shù)字信號給FPGA進(jìn)行后續(xù)處理。

　　DA電路根據(jù)FPGA給出的數(shù)字量產(chǎn)生探測器相應(yīng)的電壓信號，控制探測器的電壓以及探測器的上電順序，以及控制TEC對探測器的溫度進(jìn)行控制的。

　　數(shù)字部分以FPGA為主芯片，外圍有SRAM、FLASH、視頻芯片輔助FPGA進(jìn)行數(shù)字圖像處理。

　　3.3結(jié)構(gòu)和機(jī)械系統(tǒng)

　　根據(jù)電路板的尺寸設(shè)計(jì)合適的外部結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)需要考慮探測器的散熱問題，以及紅外擋片的的尺寸以及安放位置。

　　3.4非均勻校正方式

　　非均勻校正方式分為擋片校正和無擋片校正。

　　擋片校正目前在市場上仍占據(jù)主體地位，它校正后的圖像均勻性比較好，畫面干凈，噪聲較少。

　　無擋片校正，是事先出廠前把各個溫度段的數(shù)據(jù)校正好，然后存儲起來。

　　應(yīng)用時再根據(jù)各個溫度段把事先校正好的數(shù)據(jù)讀出來，把讀出來的數(shù)據(jù)利用二次曲線擬合出新的校正參數(shù)，用新的參數(shù)參與校正，而且上一幀校正好的數(shù)據(jù)參與下次校正過程中的計(jì)算，如此不斷的迭代，最終達(dá)到圖像均勻的效果。

　　但是該方法的均勻性沒有擋片的效果好。

　　4結(jié)語

　　隨著紅外熱成像技術(shù)的成熟，以及DSP芯片的運(yùn)算性能、圖像智能分析識別算法的發(fā)展，紅外熱成像測溫儀和紅外熱成像攝像機(jī)逐步走向智能化、業(yè)務(wù)化，使?jié)M足各行各業(yè)的特定業(yè)務(wù)需求。

　　因此紅外熱成像技術(shù)發(fā)展前景巨大，值得大家深入研究。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]蔡毅，湯錦亞.對紅外熱成像技術(shù)發(fā)展的幾點(diǎn)看法[J].紅外技術(shù),2000(2).

　　紅外熱成像技術(shù)研究 篇2

　　摘要：隨著社會的進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展也越來越快，傳統(tǒng)的無損檢測技術(shù)漸漸已經(jīng)不能滿足時代的需求了，此時紅外熱成像無損檢測技術(shù)被廣泛的應(yīng)用起來，紅外熱成像無損檢測技術(shù)在現(xiàn)代各種新型企業(yè)和傳統(tǒng)的工業(yè)中發(fā)揮著很大的作用。

　　關(guān)鍵詞：紅外熱成像；無損檢測技術(shù)；優(yōu)缺點(diǎn)

　　從現(xiàn)在的新型科技企業(yè)來說，很多企業(yè)的設(shè)備在車間生產(chǎn)線上都安裝和設(shè)置了無損檢測程序，之前也有很多傳統(tǒng)的無損檢測技術(shù)出現(xiàn)，不過這些技術(shù)不管是在管理方面還是在實(shí)踐上都存在一定的缺點(diǎn)，而紅外熱成像無損檢測技術(shù)能較好的改善一些傳統(tǒng)的無損檢測技術(shù)不能達(dá)到的一些檢測效果，如今它在很多領(lǐng)域也得到了應(yīng)用，因?yàn)橛兴鼨z測的便捷、準(zhǔn)確性高等優(yōu)點(diǎn)逐漸得到人們的認(rèn)可。

　　1紅外熱成像無損檢測技術(shù)的簡介

　　紅外熱成像無損檢測技術(shù)是利用紅外熱成像原理來工作的。

　　它是由熱成像技術(shù)、紅外標(biāo)定技術(shù)、圖象處理技術(shù)和圖象壓縮與恢復(fù)技術(shù)等多項(xiàng)高技術(shù)的集成。

　　舉個例子，就石油化工企業(yè)生產(chǎn)程序來說，對這個生產(chǎn)線所需要的儀器設(shè)備進(jìn)行檢測，首先是啟動設(shè)備，之后在設(shè)備工作的時候就會散發(fā)出熱量，每個儀器所散發(fā)出的熱量是不一樣的，在設(shè)備工作的時候，可以利用紅外熱成像儀器檢測被測儀器的熱量，這些熱量會發(fā)射出輻射，在自然界中一切物體都會有電磁波輻射，之后根據(jù)輻射就會在紅外熱成像儀器上成像，根據(jù)成像的不同可以判斷被測儀器的工作狀態(tài)。

　　2紅外熱成像無損檢測技術(shù)的原理

　　相位法紅外無損檢測利用調(diào)制激勵源在被測物體內(nèi)部產(chǎn)生周期熱波，由于物體內(nèi)部缺陷產(chǎn)生的反射受到入射波的干擾而在物體表面形成一個可被紅外熱像儀記錄的波形，用紅外熱像儀采集多幅熱圖像，經(jīng)過圖像序列信號重構(gòu)，得到被測物體表面溫度變化信號，提取被測物體表面各點(diǎn)溫度變化的相位圖和幅值圖，據(jù)此判定缺陷的存在和特征。

　　圖1給出了采用紅外相位法技術(shù)進(jìn)行無損檢測的原理。

　　2.1紅外無損檢測系統(tǒng)的組成

　　如圖2所示，一個典型的紅外無損檢測系統(tǒng)由以下幾部分組成：熱激勵系統(tǒng)、紅外熱成像系統(tǒng)、紅外圖像采集、處理和分析系統(tǒng)。

　　2.2激勵系統(tǒng)

　　主動式紅外無損檢測系統(tǒng)必須要有一個熱激勵系統(tǒng)，用以造成被測材料內(nèi)部穩(wěn)態(tài)或瞬態(tài)不均勻溫度場，使被測材料內(nèi)部缺陷顯示出來。

　　光源激勵系統(tǒng)主要包括三部分，一是函數(shù)信號發(fā)生器；二是功率放大器；三是鹵素光源。

　　2.3紅外圖像采集系統(tǒng)

　　紅外圖像采集系統(tǒng)主要指紅外熱像儀，它負(fù)責(zé)把物體自身的紅外輻射變成人眼可識別的可見圖像，即把物體表面的溫度分布轉(zhuǎn)換成圖像，以直觀、形象的熱圖像顯示出來。

　　由于熱像儀所獲得的是物體表面二維溫度場信息，因此普遍應(yīng)用于紅外無損檢測。

　　2.4分析處理軟件系統(tǒng)

　　法國CEDIP軟件處理系統(tǒng)包括ALTAIRLI處理軟件和ALTAIR圖像處理軟件。

　　ALTAIRLI軟件具有快速采集和處理信號功能，ALTAIR具有圖像增強(qiáng)、數(shù)據(jù)分析等功能。

　　為實(shí)現(xiàn)對法國CEDIP公司ALTAIR紅外無損檢測系統(tǒng)采集的紅外圖像序列進(jìn)行處理與開發(fā)，自行設(shè)計(jì)了后處理軟件系統(tǒng)，功能框圖如圖3所示，通過讀取CEDIPMWIRJADE550紅外熱像儀采集的圖像序列，進(jìn)行提取表面熱波信號相位等信息，并可進(jìn)行信號重構(gòu)。

　　自行開發(fā)的紅外圖像序列處理軟件，同樣用于國產(chǎn)紅外無損檢測系統(tǒng)采集的紅外圖像序列的處理，用以實(shí)現(xiàn)缺陷的識別。

　　3紅外熱成像無損檢測技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

　　紅外熱成像無損檢測技術(shù)是一門先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，與其它傳統(tǒng)的無損檢測技術(shù)相比，它在很多方面都有優(yōu)點(diǎn)，但是什么東西都有兩面性，紅外熱成像無損檢測技術(shù)也有一些不如意的地方，下面就這兩方面來簡單的探討一下。

　　3.1紅外熱成像無損檢測技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

　　目前紅外熱成像的應(yīng)用還算不上是廣泛，這是因?yàn)榧t外熱成像儀器還沒有普及到一般的中小企業(yè)的工業(yè)生產(chǎn)程序中，還有就是可能一些工廠的生產(chǎn)線上還沒有設(shè)置檢測這項(xiàng)程序，不過除了這些方面之外，在其它一些大型的工廠企業(yè)中，紅外熱成像無損檢測技術(shù)還是因?yàn)槠鋬?yōu)點(diǎn)慢慢的得到了很好的應(yīng)用。

　　其優(yōu)點(diǎn)而言主要有以下幾點(diǎn)：

　　第一，紅外熱成像無損檢測技術(shù)的安全性高。

　　紅外熱成像無損檢測技術(shù)是利用紅外熱成像的原理根據(jù)熱量的散發(fā)檢測紅外程度，這種方法與其它技術(shù)相比更為安全可靠，檢測的時候也不需要經(jīng)過工作人員接觸性的工作，就像在石油化工企業(yè)對一些設(shè)備進(jìn)行無損檢測時，利用其他傳統(tǒng)的方法，需要工作人員對設(shè)備的操作流程十分的清楚，此外，石油化工的一些設(shè)備都是高風(fēng)險(xiǎn)性的，如果在處理的時候，工作人員一不小心弄錯了一步，那么就可能會產(chǎn)生很嚴(yán)重的后果，與此相反，紅外熱成像無損檢測只需要啟動設(shè)備，之后根據(jù)工作時的熱量差直接判斷設(shè)備的正常與否。

　　第二，紅外熱成像無損檢測技術(shù)的靈敏度高。

　　因?yàn)檫@項(xiàng)技術(shù)不是經(jīng)過人為的檢測，與之前一些需要人為操作的檢測方法相比，紅外熱成像無損檢測技術(shù)完全是由機(jī)器操控，通過儀器內(nèi)部零件的控制，分析設(shè)備工作時的散熱量檢測設(shè)備，這樣會避免很多差錯。

　　第三，紅外熱成像無損檢測技術(shù)的診斷效率高。

　　紅外熱成像檢測技術(shù)完全是由紅外熱檢測儀器內(nèi)部自動檢測自發(fā)進(jìn)行的，由需檢測的設(shè)備在工作中散發(fā)的熱量經(jīng)過紅外熱檢測儀器，這個過程需要的時間只有幾秒鐘而已，這樣大大的提高了診斷效率，傳統(tǒng)的檢測技術(shù)，不僅步驟復(fù)雜繁瑣，如需要進(jìn)行一次檢測，除了要經(jīng)過工作人員的準(zhǔn)備之外，需要的檢測儀器設(shè)備也比較多，當(dāng)然時間相應(yīng)的也就多了，而且，并不是每一次的檢測都會成功，有時只要其中一個步驟出錯了，可能這次的整個檢測就前功盡棄了，所以紅外熱成像無損檢測技術(shù)的診斷效率與其他一些傳統(tǒng)的無損檢測技術(shù)相比，診斷效率高多了。

　　3.2紅外熱成像無損檢測技術(shù)的缺點(diǎn)

　　紅外熱成像無損檢測技術(shù)就缺點(diǎn)方面而言主要有兩點(diǎn)：

　　第一是這項(xiàng)技術(shù)只能檢測儀器表面的熱量，雖然紅外熱成像技術(shù)是通過檢測熱量差來檢測儀器的好壞，但是很多儀器工作的時候，背部散發(fā)出的熱量和儀器表面的溫度是不一樣的，如果單純的通過檢測儀器表面的溫度來斷定一個儀器工作狀態(tài)的正常與否，這樣造成的差錯可能會對整個工作程序造成重大的傷害。

　　第二是紅外熱成像技術(shù)需要的設(shè)備是高科技的設(shè)備，而且這種設(shè)備的更新速度與其他的檢測儀器來比相對來說也比較快，所以這種設(shè)備的價(jià)格也是非常昂貴的，如果就規(guī)模一般的工業(yè)投資來說，這樣的投資對企業(yè)自身是不合算的。

　　4紅外熱成像無損檢測技術(shù)的應(yīng)用

　　現(xiàn)代石油化工企業(yè)已經(jīng)逐漸進(jìn)入到了一個高科技的生產(chǎn)模式中，很多時候石油生產(chǎn)都是自動化的流水工作流程，所以在進(jìn)行石油生產(chǎn)之前對儀器設(shè)備進(jìn)行檢測過關(guān)是十分有必要的，而且在石化企業(yè)工作也是一項(xiàng)高風(fēng)險(xiǎn)的工作，面對易燃易爆的石油制品，儀器是不能出一點(diǎn)差錯的，而紅外熱成像無損檢測技術(shù)在石化工業(yè)生產(chǎn)中作出了貢獻(xiàn)。

　　在石化工業(yè)生產(chǎn)時中，設(shè)備在運(yùn)行工作時無時不刻伴著溫度的變化而改變的，其中高溫設(shè)備也不少，而紅外熱成像檢測可以根據(jù)檢測高溫設(shè)備內(nèi)襯的溫度來檢測設(shè)備，這樣可以避免儀器在工作中出現(xiàn)故障而出現(xiàn)停工現(xiàn)象，石化工業(yè)設(shè)備在生產(chǎn)工作的'過程中，儀器工作狀態(tài)不一樣，其內(nèi)襯溫度也不一樣，這樣的檢測方法不會出現(xiàn)較大的差錯。

　　另外，管道保溫層的檢測在石化工業(yè)中也是很重要的一部分，因?yàn)槭�油主要的運(yùn)輸方式是管道運(yùn)輸，所以對管道保溫層進(jìn)行檢測也是一道重要的工序，如果管道中的溫度較低的話，在石油運(yùn)輸過程中可能就會出現(xiàn)石油凝固的現(xiàn)象，如果管道中的溫度較高的話，就會出現(xiàn)石油爆燃的危險(xiǎn)現(xiàn)象，這樣對石化企業(yè)來說可能不是損失一部分成本那么簡單，所以控制管道保溫層的溫度是保障石油安全的被運(yùn)輸，才能保障石化企業(yè)生產(chǎn)工作的正常進(jìn)行。

　　紅外熱成像無損檢測技術(shù)能正確的檢測管道保溫層的溫度，使得企業(yè)生產(chǎn)程序正常進(jìn)行。

　　當(dāng)然了，還不止這些方面的應(yīng)用，像對工業(yè)鍋爐和高溫管道耐火材料侵蝕和剝落情況的監(jiān)測，對高溫爐管以及其使用壽命的檢測，預(yù)防燒穿事故的發(fā)生，對鍋爐及加熱爐爐壁和保溫容器壁的監(jiān)測，尋找熱能泄露點(diǎn)的發(fā)生等等，紅外熱成像無損檢測技術(shù)在這些方面都可以得到很好的發(fā)揮作用，預(yù)防企業(yè)惡性事故的發(fā)生，減少企業(yè)不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

　　紅外熱成像無損檢測技術(shù)在很多方面都能得到應(yīng)用，就像其他的一些電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，它利用檢測電力設(shè)備的一些裸露的導(dǎo)流體與接線之間的溫度來判斷電力系統(tǒng)中的電力設(shè)備是否完好，預(yù)防停電和火災(zāi)等惡性事故的發(fā)生。

　　此外在其他一些航空領(lǐng)域、還有建筑設(shè)備上都可以得到很好的運(yùn)用，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，可以將紅外熱成像無損檢測技術(shù)發(fā)展的更好。

　　5結(jié)語

　　隨著我國科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，近幾年來，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(shè)備的先進(jìn)性可與西方同步或領(lǐng)先，在國防很多方面都可以體現(xiàn)出來了。

　　紅外熱成像技術(shù)也是依賴在科技發(fā)展的基礎(chǔ)上才得以發(fā)展的，不管是缺點(diǎn)還是優(yōu)點(diǎn)都是它的特點(diǎn)，缺點(diǎn)可以在實(shí)踐中慢慢的得到改善，優(yōu)點(diǎn)可以在科技的進(jìn)步中得到更大的發(fā)揚(yáng)，甚至是可以得到更好的改進(jìn)，而且這項(xiàng)技術(shù)在無損檢測中有著巨大的潛力和優(yōu)優(yōu)勢。

　　隨著社會市場的發(fā)展，紅外熱成像儀行業(yè)發(fā)展前景也是非常廣闊的新興高科技產(chǎn)業(yè)，也是紅外應(yīng)用產(chǎn)品中市場份額最大的一塊。

　　像紅外攝像機(jī)、紅外通訊、紅外光譜儀、紅外傳感器等等這些技術(shù)已經(jīng)得到市場廣泛的應(yīng)用，紅外熱成像技術(shù)在以后的發(fā)展中會更加成熟和成功。

　　參考文獻(xiàn)：

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　　[2]劉暉，陳國華.紅外熱像檢測技術(shù)在石化工業(yè)中的應(yīng)用[J].石油化工設(shè)備，2010，(1).

　　[3]楊春，方浴宇，徐建慶.紅外熱成像技術(shù)在煉油化工裝置設(shè)備診斷中的應(yīng)用[J].石油化工設(shè)備技術(shù)，2008，(11).