红外线与红外成像技术的发展应用综述

陈古璐 李莞林 徐影 王斟鑫

摘 要：由于红外线近距离通讯不受干扰、成本低、实时监测等特点，红外线与红外成像技术得到了越来越广泛的应用。红外线及红外成像技术国内外发展状况：国外研究较早，拥有许多不外传的关键性技术;国内虽起步较晚，但随着热像仪在我国各行业的普及，对红外成像技术各方面的研究也呈现逐年上升的趋势，红外产品与应用市场日趋成熟，正逐渐普及。 本文综述了红外成像技术的发展和应用，并对其发展和应用提出了新展望。经过分析，目前红外热像技术还存在不能检测仪器内部缺陷问题，本文也提出了针对问题解决的方案。预测未来红外成像技术将会朝着高检测力、智能化的方向继续发展。

关键词：红外线;红外成像技术;红外热像仪

红外线是一种电磁波，具有与无线电波和可见光一样的本质。红外热成像技术利用红外热像仪将物体表面的温度分布转换成人眼可见的图像，并以不同颜色显示物体表面温度分布。红外热像仪广泛应用于地质、医疗、公安、交通、农业等领域。如森林火灾探测、建筑热漏搜索、海上救援、火源搜索、矿石断裂鉴定、导弹发动机检查、公安侦察、各种材料和产品的无损检测等。以下介绍红外线与红外成像技术的发展与应用。

1 国内外研究发展情况

1.1国内红外线与红外成像技术的研究发展情况

1.1.1国内红外线与红外成像技术的历史发展情况

我国的红外技术研究工作是在新中国成立后开展的。改革开放以来，红外技术得到了迅速发展，探测器的研究工作从单元、线阵到红外胶接面都在进行。上世纪90年代初，我国研制出第一台热像仪。其技术性能与国外相当，对我国红外技术的升级起着重要作用。我国对电力设备红外检测诊断技术始于70年代，主要检查运行中电气设备的外露过热接头。1990年，有人在国际大电网会议上指出，该技术在电力设备状态预测维修中发挥了重要作用。08年修订、颁布的《带电设备红外诊断应用规范》（DL/T 664 2008）对电气设备各部分的校准、操作、检测和诊断标准进行明确规范，进一步推动了红外热像仪在电力系统中的应用。

1.1.2国内红外线与红外成像技术的当前发展情况

随着热像仪在我国各行业的普及，对红外成像技术各方面的研究也呈现逐年上升的趋势。针对影响红外成像系统性能的各種因素，国内多位研究学者进行了深入的研究。电子科技大学的李雪莹采用红外编解码技术，针对空调红外通信数据的复杂性，提出了一种新颖的空调红外数字通信验证算法，设计了具体数据集的格式、编解码算法和通信协议，实现了可靠的数据传输。[1]北京体育大学的张屹硕利用红外线成像技术观察不同康复手段对青少年网球运动员腰部疲劳程度影响[2]，准确记录运动创伤引起的神经、肌肉、骨骼、关节和软组织的位置、质和量的变化，直观地为康复医师和治疗师提供图像。

我国在红外技术研究方面取得了长足的进步。成立了专业研究机构、红外物理实验室和多个研究小组。在一些高校，还设立了红外技术系和包括红外技术在内的光电技术系。一批民营企业和股份制企业诞生，形成了不同规模的产品。我国红外产品的使用市场越来越成熟，也越来越普及。

1.2国外红外线与红外成像技术研究发展情况

1.2.1国外红外线与红外成像技术的历史研究发展情况

1959年美国芝加哥大学率先研制成功第一台前视红外热像仪，六十年代，许多美国公司又相继研制出多种机载前视红外系统，并用于越南战场。20世纪60年代，瑞典国家电力局首次使用热像仪检测电力设备故障，该技术对电力设备的预知性状态维修中发挥了重要作用。德国在第二次世界大战时期首先研制出主动式红外夜视仪，但未能实际使用。几乎同时，美国也在研制红外夜视仪。虽然该实验的成功时间比德国晚，但首次投入实际应用。1945年夏天的冲绳战役中，日军利用复杂的地形在黑暗中攻击美军。结果日军一出山洞就被美军击毙。

1.2.2国外红外线与红外成像技术的当前研究发展情况

国外红外线与红外成像技术得到了突飞猛进的发展。特别在红外热成像技术的关键器件（红外探测器）的研制生产方面，中国与世界先进水平仍然有很大的差距。热像仪在军事和民用方面得到了更为广泛的应用。

2 目前存在的问题及拟解决的方案

2.1目前存在的问题

红外热像技术在石化领域发挥着相当重要的作用。在现代石化工业中，设备庞大而复杂，需要连续、长期、安全、稳定的运行，因此对设备进行在线监测和诊断是非常重要的。1981年上海石油化工总厂引进红外热像仪主要对裂解炉炉管弯头、列管式换热器内漏和球形储罐液位高进行了检测[3]在检修时，对衬里损伤部位进行仔细的检查，在装置内部均发现了相应的缺陷，并且与之前红外检测时的分析结果一致。[4] 但是由于红外成像技术只能获得设备表面温度分布，对内部缺陷并不能直接体现，制约了其使用范围。

2.2拟解决的方案

近年来，许多学者通过设备表面温度分布对内部缺陷方位、尺寸、及不规则边界的识别算法进行了研究[5]，取得了一定的成果。根据这些成果，再微型化红外探测器，并提高抗干扰能力就可以直接观测设备内部情况。如将红外成像技术集成在工业内窥镜前端，实现可见光与红外双成像内窥镜。

3 未来发展趋势

目前我国研制的热成像仪，可以满足军队武器系统的各种性能需要。在民用领域各种星载红外遥感仪、红外热像仪、红外测温仪等，也逐渐发展成熟。预测未来红外成像技术将会朝着高检测力、智能化的方向继续发展。

4 结束语

进入21世纪以来，红外线及红外成像技术在红外探测、红外无线通信、红外遥感、红外成像等方面的应用极大地改善了我们的生活方式。相信不远的将来，红外成像技术将与我们的生活紧密相连。

参考文献

[1]李雪莹.基于单片机的空调红外线编解码系统的设计和实现[D].电子科技大学，2014.

[2]张屹硕.红外线热成像技术观察不同康复手段对青少年网球运动员腰部疲劳程度影响[D].北京体育大学，2013.

[3]丁浩武，董兰生红外热象技术在石油化工设备检测中的应用[J].炼油设备设计，1984（5）：57-61.

[4]姜凯，仲齐生红外热像在石化设备检测中的应用[J].激光与红外，1994（3）：17-19.

[5]范春利，孙丰瑞，杨立，等基于红外测温的内部缺陷尺寸、方位的计算方法研究[D].热科学与技术，2005（1）：82-86.

作者简介

陈古璐（1999—），女，四川阿坝州，本科，研究方向：测控技术与仪器。

李莞林（2000—），男，湖北襄阳，本科，研究方向：测控技术与仪器。

徐影（1999—），女，四川遂宁，本科，研究方向：工业设计。

王斟鑫（1999—），男，四川宜宾，本科，研究方向：人力资源管理。