红外热成像技术研究

时间：2021-07-31 11:25:10 论文范文我要投稿

红外热成像技术研究

　　由于黑体辐射的存在，任何物体都依据温度的不同对外进行电磁波辐射。波长为2.0~1000微米的部分称为热红外线。热红外成像通过对热红外敏感CCD对物体进行成像，能反映出物体表面的温度场。下面是小编收集整理的红外热成像技术研究，希望对你有帮助

红外热成像技术研究

　　红外热成像技术研究篇1

　　摘要：该文在研究摄像机成像技术的基础上，结合物体发热会产生红外光的特性，研究了一种红外热成像摄像机的实现方式。

　　根据红外热成像摄像机的应用，可以分为两类：一类红外热成像测温仪器，第二类红外热成像安防监控摄像机。

　　关键词：摄像机红外线发热物体DSP模数转换

　　1背景

　　红外热成像测温仪与目前市场上应用的温度计的区别是温度计是点测温，只能得到点的温度，而红外热成像测温仪则是面阵测温，可以得到二维面阵中所有像素点的实时温度。

　　红外热成像仪器的应用主要应用于故障检测之类的应用，应用于电力行业进行高压线的故障检测，应用于建筑行业屋顶管道的检测，应用于能源行业气体泄漏点的监测，应用于自动化机械行业高速转动装置的故障检测；应用于医疗行业，用于人体病变部位检测。

　　2实现原理

　　红外热成像测温仪的架构如图1所示。

　　FPGA负责采集配置探测器并采集探测器的灰度值，并进行非均匀校正和细节增强等算法处理；FPGA把原始raw数据和处理后的数据通过数字接口传输给DSP，原始raw数据用于DSP的测温算法，把每个像素点的灰度数据转换成相应的温度数据，叠加在FPGA传输给DSP的处理后的YUV数据上面进行图像和温度的叠加显示。

　　红外热成像摄像机的架构如图2所示。

　　FPGA负责采集配置探测器并采集探测器的灰度值，并进行非均匀校正和细节增强等算法处理；FPGA把处理后的数据通过数字接口传输给视频芯片，输出视频信号。

　　3关键技术

　　3.1光学系统

　　项目的设计中，红外光学镜头共有3种。

　　我们可以根据产品的应用环境选择使用手调镜头、消热差镜头还是电动镜头。

　　然后根据成像距离选择镜头的焦距。

　　第一种手调镜头，焦距为11mm、15mm、28mm、40mm、75mm，这类镜头适合手持仪器使用。

　　第二类镜头，为消热差镜头，焦距为11mm、15mm、28mm、40mm、75mm、100mm和150mm。

　　这类镜头一旦成像距离调试好后，进行螺纹紧固，不再进行焦距调整。

　　成像效果不会受到镜片的发热而产生变化。

　　此类镜头适合安防实时监控。

　　第三类镜头为电动镜头，焦距为50mm、75mm、100mm和150mm，这类镜头适合远距离实时监测使用，客户在后端进行变焦成像。

　　3.2电学系统

　　电路系统的设计分为模拟部分和数字部分。

　　模拟部分为AD电路和DA电路。

　　AD电路把探测器的模拟视频信号转成数字信号给FPGA进行后续处理。

　　DA电路根据FPGA给出的数字量产生探测器相应的电压信号，控制探测器的电压以及探测器的上电顺序，以及控制TEC对探测器的温度进行控制的。

　　数字部分以FPGA为主芯片，外围有SRAM、FLASH、视频芯片辅助FPGA进行数字图像处理。

　　3.3结构和机械系统

　　根据电路板的尺寸设计合适的外部结构，该结构需要考虑探测器的散热问题，以及红外挡片的的尺寸以及安放位置。

　　3.4非均匀校正方式

　　非均匀校正方式分为挡片校正和无挡片校正。

　　挡片校正目前在市场上仍占据主体地位，它校正后的图像均匀性比较好，画面干净，噪声较少。

　　无挡片校正，是事先出厂前把各个温度段的数据校正好，然后存储起来。

　　应用时再根据各个温度段把事先校正好的数据读出来，把读出来的数据利用二次曲线拟合出新的校正参数，用新的参数参与校正，而且上一帧校正好的数据参与下次校正过程中的计算，如此不断的迭代，最终达到图像均匀的效果。

　　但是该方法的均匀性没有挡片的效果好。

　　4结语

　　随着红外热成像技术的成熟，以及DSP芯片的运算性能、图像智能分析识别算法的发展，红外热成像测温仪和红外热成像摄像机逐步走向智能化、业务化，使满足各行各业的特定业务需求。

　　因此红外热成像技术发展前景巨大，值得大家深入研究。

　　参考文献

　　[1]蔡毅，汤锦亚.对红外热成像技术发展的几点看法[J].红外技术,2000(2).

　　红外热成像技术研究篇2

　　摘要：随着社会的进步，科学技术的发展也越来越快，传统的无损检测技术渐渐已经不能满足时代的需求了，此时红外热成像无损检测技术被广泛的应用起来，红外热成像无损检测技术在现代各种新型企业和传统的工业中发挥着很大的作用。

　　关键词：红外热成像；无损检测技术；优缺点

　　从现在的新型科技企业来说，很多企业的设备在车间生产线上都安装和设置了无损检测程序，之前也有很多传统的无损检测技术出现，不过这些技术不管是在管理方面还是在实践上都存在一定的缺点，而红外热成像无损检测技术能较好的改善一些传统的无损检测技术不能达到的一些检测效果，如今它在很多领域也得到了应用，因为有它检测的便捷、准确性高等优点逐渐得到人们的认可。

　　1红外热成像无损检测技术的简介

　　红外热成像无损检测技术是利用红外热成像原理来工作的。

　　它是由热成像技术、红外标定技术、图象处理技术和图象压缩与恢复技术等多项高技术的集成。

　　举个例子，就石油化工企业生产程序来说，对这个生产线所需要的仪器设备进行检测，首先是启动设备，之后在设备工作的时候就会散发出热量，每个仪器所散发出的热量是不一样的，在设备工作的时候，可以利用红外热成像仪器检测被测仪器的热量，这些热量会发射出辐射，在自然界中一切物体都会有电磁波辐射，之后根据辐射就会在红外热成像仪器上成像，根据成像的不同可以判断被测仪器的工作状态。

　　2红外热成像无损检测技术的原理

　　相位法红外无损检测利用调制激励源在被测物体内部产生周期热波，由于物体内部缺陷产生的反射受到入射波的干扰而在物体表面形成一个可被红外热像仪记录的波形，用红外热像仪采集多幅热图像，经过图像序列信号重构，得到被测物体表面温度变化信号，提取被测物体表面各点温度变化的相位图和幅值图，据此判定缺陷的存在和特征。

　　图1给出了采用红外相位法技术进行无损检测的原理。

　　2.1红外无损检测系统的组成

　　如图2所示，一个典型的红外无损检测系统由以下几部分组成：热激励系统、红外热成像系统、红外图像采集、处理和分析系统。

　　2.2激励系统

　　主动式红外无损检测系统必须要有一个热激励系统，用以造成被测材料内部稳态或瞬态不均匀温度场，使被测材料内部缺陷显示出来。

　　光源激励系统主要包括三部分，一是函数信号发生器；二是功率放大器；三是卤素光源。

　　2.3红外图像采集系统

　　红外图像采集系统主要指红外热像仪，它负责把物体自身的红外辐射变成人眼可识别的可见图像，即把物体表面的温度分布转换成图像，以直观、形象的热图像显示出来。

　　由于热像仪所获得的是物体表面二维温度场信息，因此普遍应用于红外无损检测。

　　2.4分析处理软件系统

　　法国CEDIP软件处理系统包括ALTAIRLI处理软件和ALTAIR图像处理软件。

　　ALTAIRLI软件具有快速采集和处理信号功能，ALTAIR具有图像增强、数据分析等功能。

　　为实现对法国CEDIP公司ALTAIR红外无损检测系统采集的红外图像序列进行处理与开发，自行设计了后处理软件系统，功能框图如图3所示，通过读取CEDIPMWIRJADE550红外热像仪采集的图像序列，进行提取表面热波信号相位等信息，并可进行信号重构。

　　自行开发的红外图像序列处理软件，同样用于国产红外无损检测系统采集的红外图像序列的处理，用以实现缺陷的识别。

　　3红外热成像无损检测技术的优缺点

　　红外热成像无损检测技术是一门先进的科学技术，与其它传统的无损检测技术相比，它在很多方面都有优点，但是什么东西都有两面性，红外热成像无损检测技术也有一些不如意的地方，下面就这两方面来简单的探讨一下。

　　3.1红外热成像无损检测技术的优点

　　目前红外热成像的应用还算不上是广泛，这是因为红外热成像仪器还没有普及到一般的中小企业的工业生产程序中，还有就是可能一些工厂的生产线上还没有设置检测这项程序，不过除了这些方面之外，在其它一些大型的工厂企业中，红外热成像无损检测技术还是因为其优点慢慢的得到了很好的应用。

　　其优点而言主要有以下几点：

　　第一，红外热成像无损检测技术的安全性高。

　　红外热成像无损检测技术是利用红外热成像的原理根据热量的散发检测红外程度，这种方法与其它技术相比更为安全可靠，检测的时候也不需要经过工作人员接触性的工作，就像在石油化工企业对一些设备进行无损检测时，利用其他传统的方法，需要工作人员对设备的操作流程十分的清楚，此外，石油化工的一些设备都是高风险性的，如果在处理的时候，工作人员一不小心弄错了一步，那么就可能会产生很严重的后果，与此相反，红外热成像无损检测只需要启动设备，之后根据工作时的热量差直接判断设备的正常与否。

　　第二，红外热成像无损检测技术的灵敏度高。

　　因为这项技术不是经过人为的检测，与之前一些需要人为操作的检测方法相比，红外热成像无损检测技术完全是由机器操控，通过仪器内部零件的控制，分析设备工作时的散热量检测设备，这样会避免很多差错。

　　第三，红外热成像无损检测技术的诊断效率高。

　　红外热成像检测技术完全是由红外热检测仪器内部自动检测自发进行的，由需检测的设备在工作中散发的热量经过红外热检测仪器，这个过程需要的时间只有几秒钟而已，这样大大的提高了诊断效率，传统的检测技术，不仅步骤复杂繁琐，如需要进行一次检测，除了要经过工作人员的准备之外，需要的检测仪器设备也比较多，当然时间相应的也就多了，而且，并不是每一次的检测都会成功，有时只要其中一个步骤出错了，可能这次的整个检测就前功尽弃了，所以红外热成像无损检测技术的诊断效率与其他一些传统的无损检测技术相比，诊断效率高多了。

　　3.2红外热成像无损检测技术的缺点

　　红外热成像无损检测技术就缺点方面而言主要有两点：

　　第一是这项技术只能检测仪器表面的热量，虽然红外热成像技术是通过检测热量差来检测仪器的好坏，但是很多仪器工作的时候，背部散发出的热量和仪器表面的温度是不一样的，如果单纯的通过检测仪器表面的温度来断定一个仪器工作状态的正常与否，这样造成的差错可能会对整个工作程序造成重大的伤害。

　　第二是红外热成像技术需要的设备是高科技的设备，而且这种设备的更新速度与其他的检测仪器来比相对来说也比较快，所以这种设备的价格也是非常昂贵的，如果就规模一般的工业投资来说，这样的投资对企业自身是不合算的。

　　4红外热成像无损检测技术的应用

　　现代石油化工企业已经逐渐进入到了一个高科技的生产模式中，很多时候石油生产都是自动化的流水工作流程，所以在进行石油生产之前对仪器设备进行检测过关是十分有必要的，而且在石化企业工作也是一项高风险的工作，面对易燃易爆的石油制品，仪器是不能出一点差错的，而红外热成像无损检测技术在石化工业生产中作出了贡献。

　　在石化工业生产时中，设备在运行工作时无时不刻伴着温度的变化而改变的，其中高温设备也不少，而红外热成像检测可以根据检测高温设备内衬的温度来检测设备，这样可以避免仪器在工作中出现故障而出现停工现象，石化工业设备在生产工作的'过程中，仪器工作状态不一样，其内衬温度也不一样，这样的检测方法不会出现较大的差错。

　　另外，管道保温层的检测在石化工业中也是很重要的一部分，因为石油主要的运输方式是管道运输，所以对管道保温层进行检测也是一道重要的工序，如果管道中的温度较低的话，在石油运输过程中可能就会出现石油凝固的现象，如果管道中的温度较高的话，就会出现石油爆燃的危险现象，这样对石化企业来说可能不是损失一部分成本那么简单，所以控制管道保温层的温度是保障石油安全的被运输，才能保障石化企业生产工作的正常进行。

　　红外热成像无损检测技术能正确的检测管道保温层的温度，使得企业生产程序正常进行。

　　当然了，还不止这些方面的应用，像对工业锅炉和高温管道耐火材料侵蚀和剥落情况的监测，对高温炉管以及其使用寿命的检测，预防烧穿事故的发生，对锅炉及加热炉炉壁和保温容器壁的监测，寻找热能泄露点的发生等等，红外热成像无损检测技术在这些方面都可以得到很好的发挥作用，预防企业恶性事故的发生，减少企业不必要的经济损失。

　　红外热成像无损检测技术在很多方面都能得到应用，就像其他的一些电力系统中的应用，它利用检测电力设备的一些裸露的导流体与接线之间的温度来判断电力系统中的电力设备是否完好，预防停电和火灾等恶性事故的发生。

　　此外在其他一些航空领域、还有建筑设备上都可以得到很好的运用，随着科学技术的发展和进步，可以将红外热成像无损检测技术发展的更好。

　　5结语

　　随着我国科学技术的进步和发展，近几年来，中国的红外成像技术得到突飞猛进的发展，与西方的差距正在逐步缩小，有些设备的先进性可与西方同步或领先，在国防很多方面都可以体现出来了。

　　红外热成像技术也是依赖在科技发展的基础上才得以发展的，不管是缺点还是优点都是它的特点，缺点可以在实践中慢慢的得到改善，优点可以在科技的进步中得到更大的发扬，甚至是可以得到更好的改进，而且这项技术在无损检测中有着巨大的潜力和优优势。

　　随着社会市场的发展，红外热成像仪行业发展前景也是非常广阔的新兴高科技产业，也是红外应用产品中市场份额最大的一块。

　　像红外摄像机、红外通讯、红外光谱仪、红外传感器等等这些技术已经得到市场广泛的应用，红外热成像技术在以后的发展中会更加成熟和成功。

　　参考文献：

　　[1]李丹嵩.红外热成像技术在化工设备检测中的应用及发展[J].上海化工，2010，6.

　　[2]刘晖，陈国华.红外热像检测技术在石化工业中的应用[J].石油化工设备，2010，(1).

　　[3]杨春，方浴宇，徐建庆.红外热成像技术在炼油化工装置设备诊断中的应用[J].石油化工设备技术，2008，(11).

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