紅外熱成像技術研究

時間：2022-11-16 12:37:42 論文范文

紅外熱成像技術研究

　　由于黑體輻射的存在，任何物體都依據溫度的不同對外進行電磁波輻射。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研究，希望對你有幫助

紅外熱成像技術研究

　　紅外熱成像技術研究篇1

　　摘要：該文在研究攝像機成像技術的基礎上，結合物體發熱會產生紅外光的特性，研究了一種紅外熱成像攝像機的實現方式。

　　根據紅外熱成像攝像機的應用，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控攝像機。

　　關鍵詞：攝像機紅外線發熱物體DSP模數轉換

　　1背景

　　紅外熱成像測溫儀與目前市場上應用的溫度計的區別是溫度計是點測溫，只能得到點的溫度，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的實時溫度。

　　紅外熱成像儀器的應用主要應用于故障檢測之類的應用，應用于電力行業進行高壓線的故障檢測，應用于建筑行業屋頂管道的檢測，應用于能源行業氣體泄漏點的監測，應用于自動化機械行業高速轉動裝置的故障檢測；應用于醫療行業，用于人體病變部位檢測。

　　2實現原理

　　紅外熱成像測溫儀的架構如圖1所示。

　　FPGA負責采集配置探測器并采集探測器的灰度值，并進行非均勻校正和細節增強等算法處理；FPGA把原始raw數據和處理后的數據通過數字接口傳輸給DSP，原始raw數據用于DSP的測溫算法，把每個像素點的灰度數據轉換成相應的溫度數據，疊加在FPGA傳輸給DSP的處理后的YUV數據上面進行圖像和溫度的疊加顯示。

　　紅外熱成像攝像機的架構如圖2所示。

　　FPGA負責采集配置探測器并采集探測器的灰度值，并進行非均勻校正和細節增強等算法處理；FPGA把處理后的數據通過數字接口傳輸給視頻芯片，輸出視頻信號。

　　3關鍵技術

　　3.1光學系統

　　項目的設計中，紅外光學鏡頭共有3種。

　　我們可以根據產品的`應用環境選擇使用手調鏡頭、消熱差鏡頭還是電動鏡頭。

　　然后根據成像距離選擇鏡頭的焦距。

　　第一種手調鏡頭，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試好后，進行螺紋緊固，不再進行焦距調整。

　　成像效果不會受到鏡片的發熱而產生變化。

　　此類鏡頭適合安防實時監控。

　　第三類鏡頭為電動鏡頭，焦距為50mm、75mm、100mm和150mm，這類鏡頭適合遠距離實時監測使用，客戶在后端進行變焦成像。

　　3.2電學系統

　　電路系統的設計分為模擬部分和數字部分。

　　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成數字信號給FPGA進行后續處理。

　　DA電路根據FPGA給出的數字量產生探測器相應的電壓信號，控制探測器的電壓以及探測器的上電順序，以及控制TEC對探測器的溫度進行控制的。

　　數字部分以FPGA為主芯片，外圍有SRAM、FLASH、視頻芯片輔助FPGA進行數字圖像處理。

　　3.3結構和機械系統

　　根據電路板的尺寸設計合適的外部結構，該結構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據校正好，然后存儲起來。

　　應用時再根據各個溫度段把事先校正好的數據讀出來，把讀出來的數據利用二次曲線擬合出新的校正參數，用新的參數參與校正，而且上一幀校正好的數據參與下次校正過程中的計算，如此不斷的迭代，最終達到圖像均勻的效果。

　　但是該方法的均勻性沒有擋片的效果好。

　　4結語

　　隨著紅外熱成像技術的成熟，以及DSP芯片的運算性能、圖像智能分析識別算法的發展，紅外熱成像測溫儀和紅外熱成像攝像機逐步走向智能化、業務化，使滿足各行各業的特定業務需求。

　　因此紅外熱成像技術發展前景巨大，值得大家深入研究。

　　參考文獻

　　[1]蔡毅，湯錦亞.對紅外熱成像技術發展的幾點看法[J].紅外技術,2000(2).

　　紅外熱成像技術研究篇2

　　摘要：隨著社會的進步，科學技術的發展也越來越快，傳統的無損檢測技術漸漸已經不能滿足時代的需求了，此時紅外熱成像無損檢測技術被廣泛的應用起來，紅外熱成像無損檢測技術在現代各種新型企業和傳統的工業中發揮著很大的作用。

　　關鍵詞：紅外熱成像；無損檢測技術；優缺點

　　從現在的新型科技企業來說，很多企業的設備在車間生產線上都安裝和設置了無損檢測程序，之前也有很多傳統的無損檢測技術出現，不過這些技術不管是在管理方面還是在實踐上都存在一定的缺點，而紅外熱成像無損檢測技術能較好的改善一些傳統的無損檢測技術不能達到的一些檢測效果，如今它在很多領域也得到了應用，因為有它檢測的便捷、準確性高等優點逐漸得到人們的認可。

　　1紅外熱成像無損檢測技術的簡介

　　紅外熱成像無損檢測技術是利用紅外熱成像原理來工作的。

　　它是由熱成像技術、紅外標定技術、圖象處理技術和圖象壓縮與恢復技術等多項高技術的集成。

　　舉個例子，就石油化工企業生產程序來說，對這個生產線所需要的儀器設備進行檢測，首先是啟動設備，之后在設備工作的時候就會散發出熱量，每個儀器所散發出的熱量是不一樣的，在設備工作的時候，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，之后根據輻射就會在紅外熱成像儀器上成像，根據成像的不同可以判斷被測儀器的工作狀態。

　　2紅外熱成像無損檢測技術的原理

　　相位法紅外無損檢測利用調制激勵源在被測物體內部產生周期熱波，由于物體內部缺陷產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，經過圖像序列信號重構，得到被測物體表面溫度變化信號，提取被測物體表面各點溫度變化的相位圖和幅值圖，據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進行無損檢測的原理。

　　2.1紅外無損檢測系統的組成

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

　　2.2激勵系統

　　主動式紅外無損檢測系統必須要有一個熱激勵系統，用以造成被測材料內部穩態或瞬態不均勻溫度場，使被測材料內部缺陷顯示出來。

　　光源激勵系統主要包括三部分，一是函數信號發生器；二是功率放大器；三是鹵素光源。

　　2.3紅外圖像采集系統

　　紅外圖像采集系統主要指紅外熱像儀，它負責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，因此普遍應用于紅外無損檢測。

　　2.4分析處理軟件系統

　　法國CEDIP軟件處理系統包括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、數據分析等功能。

　　為實現對法國CEDIP公司ALTAIR紅外無損檢測系統采集的紅外圖像序列進行處理與開發，自行設計了后處理軟件系統，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，進行提取表面熱波信號相位等信息，并可進行信號重構。

　　自行開發的紅外圖像序列處理軟件，同樣用于國產紅外無損檢測系統采集的紅外圖像序列的處理，用以實現缺陷的識別。

　　3紅外熱成像無損檢測技術的優缺點

　　紅外熱成像無損檢測技術是一門先進的科學技術，與其它傳統的無損檢測技術相比，它在很多方面都有優點，但是什么東西都有兩面性，紅外熱成像無損檢測技術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的優點

　　目前紅外熱成像的應用還算不上是廣泛，這是因為紅外熱成像儀器還沒有普及到一般的中小企業的工業生產程序中，還有就是可能一些工廠的生產線上還沒有設置檢測這項程序，不過除了這些方面之外，在其它一些大型的工廠企業中，紅外熱成像無損檢測技術還是因為其優點慢慢的得到了很好的應用。

　　其優點而言主要有以下幾點：

　　第一，紅外熱成像無損檢測技術的安全性高。

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

　　第二，紅外熱成像無損檢測技術的靈敏度高。

　　因為這項技術不是經過人為的檢測，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完全是由機器操控，通過儀器內部零件的控制，分析設備工作時的散熱量檢測設備，這樣會避免很多差錯。

　　第三，紅外熱成像無損檢測技術的診斷效率高。

　　紅外熱成像檢測技術完全是由紅外熱檢測儀器內部自動檢測自發進行的，由需檢測的設備在工作中散發的熱量經過紅外熱檢測儀器，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，傳統的檢測技術，不僅步驟復雜繁瑣，如需要進行一次檢測，除了要經過工作人員的準備之外，需要的檢測儀器設備也比較多，當然時間相應的也就多了，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的診斷效率與其他一些傳統的無損檢測技術相比，診斷效率高多了。

　　3.2紅外熱成像無損檢測技術的缺點

　　紅外熱成像無損檢測技術就缺點方面而言主要有兩點：

　　第一是這項技術只能檢測儀器表面的熱量，雖然紅外熱成像技術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需要的設備是高科技的設備，而且這種設備的更新速度與其他的檢測儀器來比相對來說也比較快，所以這種設備的價格也是非常昂貴的'，如果就規模一般的工業投資來說，這樣的投資對企業自身是不合算的。

　　4紅外熱成像無損檢測技術的應用

　　現代石油化工企業已經逐漸進入到了一個高科技的生產模式中，很多時候石油生產都是自動化的流水工作流程，所以在進行石油生產之前對儀器設備進行檢測過關是十分有必要的，而且在石化企業工作也是一項高風險的工作，面對易燃易爆的石油制品，儀器是不能出一點差錯的，而紅外熱成像無損檢測技術在石化工業生產中作出了貢獻。

　　在石化工業生產時中，設備在運行工作時無時不刻伴著溫度的變化而改變的，其中高溫設備也不少，而紅外熱成像檢測可以根據檢測高溫設備內襯的溫度來檢測設備，這樣可以避免儀器在工作中出現故障而出現停工現象，石化工業設備在生產工作的過程中，儀器工作狀態不一樣，其內襯溫度也不一樣，這樣的檢測方法不會出現較大的差錯。

　　另外，管道保溫層的檢測在石化工業中也是很重要的一部分，因為石油主要的運輸方式是管道運輸，所以對管道保溫層進行檢測也是一道重要的工序，如果管道中的溫度較低的話，在石油運輸過程中可能就會出現石油凝固的現象，如果管道中的溫度較高的話，就會出現石油爆燃的危險現象，這樣對石化企業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輸，才能保障石化企業生產工作的正常進行。

　　紅外熱成像無損檢測技術能正確的檢測管道保溫層的溫度，使得企業生產程序正常進行。

　　當然了，還不止這些方面的應用，像對工業鍋爐和高溫管道耐火材料侵蝕和剝落情況的監測，對高溫爐管以及其使用壽命的檢測，預防燒穿事故的發生，對鍋爐及加熱爐爐壁和保溫容器壁的監測，尋找熱能泄露點的發生等等，紅外熱成像無損檢測技術在這些方面都可以得到很好的發揮作用，預防企業惡性事故的發生，減少企業不必要的經濟損失。

　　紅外熱成像無損檢測技術在很多方面都能得到應用，就像其他的一些電力系統中的應用，它利用檢測電力設備的一些裸露的導流體與接線之間的溫度來判斷電力系統中的電力設備是否完好，預防停電和火災等惡性事故的發生。

　　此外在其他一些航空領域、還有建筑設備上都可以得到很好的運用，隨著科學技術的發展和進步，可以將紅外熱成像無損檢測技術發展的更好。

　　5結語

　　隨著我國科學技術的進步和發展，近幾年來，中國的紅外成像技術得到突飛猛進的發展，與西方的差距正在逐步縮小，有些設備的先進性可與西方同步或領先，在國防很多方面都可以體現出來了。

　　紅外熱成像技術也是依賴在科技發展的基礎上才得以發展的，不管是缺點還是優點都是它的特點，缺點可以在實踐中慢慢的得到改善，優點可以在科技的進步中得到更大的發揚，甚至是可以得到更好的改進，而且這項技術在無損檢測中有著巨大的潛力和優優勢。

　　隨著社會市場的發展，紅外熱成像儀行業發展前景也是非常廣闊的新興高科技產業，也是紅外應用產品中市場份額最大的一塊。

　　像紅外攝像機、紅外通訊、紅外光譜儀、紅外傳感器等等這些技術已經得到市場廣泛的應用，紅外熱成像技術在以后的發展中會更加成熟和成功。

　　參考文獻：

　　[1]李丹嵩.紅外熱成像技術在化工設備檢測中的應用及發展[J].上海化工，2010，6.

　　[2]劉暉，陳國華.紅外熱像檢測技術在石化工業中的應用[J].石油化工設備，2010，(1).

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

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