熱成像，一項即將征服世界的技術(shù)

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•     有時候，這些產(chǎn)品在推出階段價格十分昂貴，但一旦早期使用者有機會購買并且產(chǎn)品能夠投入大批量生產(chǎn)，其價格會快速跌降，某些產(chǎn)品甚至會變?yōu)槿粘Ｓ闷贰Ｊ謾C就是一個明顯的例子。手機在剛推出時體積龐大，價格昂貴，但隨后迅速發(fā)展成為手掌大小的產(chǎn)品，供成百上千萬人日常使用。 
  　　熱成像的前世今生
  　　我們?nèi)缃窨磥硎殖Ｒ姷拇罅考夹g(shù)，起初多為應用于軍事領(lǐng)域。雷達和噴氣式發(fā)動機即是zui早由*開發(fā)并用于軍事應用。定位系統(tǒng)，俗稱GPS，是美國國防部二十世紀七十年代早期開發(fā)用于控制導彈的技術(shù)。當融入汽車作為民用應用時，GPS還是一套極為昂貴的系統(tǒng)。而今天，幾乎每輛新車中都裝有GPS系統(tǒng)。
      不過，所有軍用發(fā)明的始祖是被五角大樓官員稱為“星際網(wǎng)絡”（Intergalactic Network）的概念。這一*的概念zui終成為了互聯(lián)網(wǎng)。毫無疑問，正是這項軍用發(fā)明很大程度上改變了我們的世界。
  　　今天，還有另一項技術(shù)也源于軍事應用，并在眾多有用的民用領(lǐng)域發(fā)揮了極大的作用。這項技術(shù)不僅會改變我們的生活，還可以拯救生命。這項技術(shù)叫做：熱成像。
  　　與普通相機依靠光產(chǎn)生圖像不同，熱像儀，有時也稱為紅外熱像儀，能夠識別微小的溫差，并將其轉(zhuǎn)換為讓細節(jié)纖毫畢現(xiàn)的清晰熱圖像。與其他技術(shù)不同，例如光放大至少需要少量光才能成像，熱成像技術(shù)可在*漆黑的環(huán)境下觀測事物，*不需要任何光線。
  　　*軍用熱像儀是由一家名為AGA的公司于1958年開發(fā)的，這家公司也就是今天的FLIR Systems。由于能夠在*漆黑的環(huán)境下生成清晰的圖像，熱成像技術(shù)能夠在zui黑暗的夜晚看清目標敵對勢力。熱像儀能夠用于輕霧和雪雨天氣，并且還能穿透煙霧，使其對于軍事更加實用，因為戰(zhàn)士能夠跨過煙霧籠罩的戰(zhàn)場看清另一端的情形。
  　　*商用熱像儀于1965年面世，用于檢查輸電線。直到1973年，才出現(xiàn)“便攜式”電池供電的紅外熱像儀。
  　　盡管被稱作“便攜式”，該系統(tǒng)仍十分笨重。當時所使用的技術(shù)要求熱像儀填充液氮以冷卻系統(tǒng)中集成的紅外探測器。這一方式一直持續(xù)，直到1985年FLIR Systems引進了*無需液氮冷卻探測器的系統(tǒng)，取而代之的是集成一種所謂的冷卻器。
  　　直到1997年，搭載非制冷式探測器的熱像儀，也就是所謂的微量熱型探測器，進入了市場。微量熱型探測器的主要優(yōu)點之一在于其不帶活動部件，因此不容易出現(xiàn)故障。此外，其生產(chǎn)價格也比較便宜，因此熱像儀制造商可將其產(chǎn)品價格降低。
  　　從軍事到工業(yè)應用
  　　盡管熱像儀常用于軍事，但直到引進微量熱型探測器，它才開始應用于商業(yè)和工業(yè)應用。
  　　zui先發(fā)現(xiàn)熱成像技術(shù)優(yōu)勢的工業(yè)客戶是大型生產(chǎn)公司。熱像儀不僅能夠基于溫差成像，且能夠明確地測量這些溫差。得益于熱像儀所采用的復雜算法，因此可以計算溫度值。
  　　工業(yè)領(lǐng)域很快便發(fā)現(xiàn)熱成像能夠提供關(guān)于電氣設(shè)備的具有價值的信息。保險絲、連接件、電纜，以及高壓設(shè)備，如變壓器、輸電線等，都能夠使用熱像儀輕易地進行非接觸式檢查。其優(yōu)勢在于熱成像能夠幫助維護管理員提前發(fā)現(xiàn)異常，避免問題發(fā)生。通過這種方式，即可避免代價*的故障，又可節(jié)省時間和資金。
  　　但在上述相同的公司內(nèi)，研發(fā)部門也對熱成像技術(shù)產(chǎn)生了極大的熱情。
  　　其zui大的優(yōu)勢是在產(chǎn)品設(shè)計周期早期利用紅外熱成像。在開發(fā)階段，投入批量生產(chǎn)前，應對電氣設(shè)備進行全面測試。消費者期待以實惠的價格獲得的產(chǎn)品。借助紅外技術(shù)，公司能夠縮短開發(fā)階段，并快速獲得其開發(fā)投資的回報。
  　　越來越多的工業(yè)公司開始使用熱成像技術(shù)，使得企業(yè)可以謹慎邁出*步實施所謂的批量生產(chǎn)。但即便如此，熱像儀仍十分昂貴，需花費20,000歐元甚至更多。對于客戶而言，熱成像仍是一項十分新奇的技術(shù)。客戶所看到的熱圖像只限于好萊塢影片，如《鐵血戰(zhàn)士》第I和II部。

  　　從工業(yè)應用到民用批量生產(chǎn)
  　　那么發(fā)生了什么變化?熱成像技術(shù)是如何融入客戶的日常生活中?它們又有何優(yōu)勢?
      之后，相同的“BMW夜視”組件也成為了BMW 5系列和6系列的可選配件。對這一安全選件的大量需求使得熱像儀產(chǎn)品的世界FLIR Systems能夠大幅增加產(chǎn)量。今天，僅僅針對擴大駕駛視野，F(xiàn)LIR Systems已生產(chǎn)了成千上萬臺的熱像儀。如此提高產(chǎn)量隨之而來的結(jié)果之一，就是熱像儀的價格顯著降低。
  　　但是，批量生產(chǎn)不僅僅只是由日用消費品推動，軍事應用也起到了一定的作用，無人機（UAV）便是推動因素之一。UAV在軍用和民用領(lǐng)域正愈來愈普遍，尤其是專為低空飛行設(shè)計的小型飛機。這些手動啟動無線電控制的飛機可裝載下行連接至地面站的攝像機，適用于偵查操作或在戰(zhàn)場上跟蹤*的動向。
  　　幾年前，熱像儀的批量生產(chǎn)邁出了重要的一步。當時，世界上主要的汽車制造商之一寶馬公司（BMW），決定在其豪華款7系列中采用熱像儀，以擴大駕駛視野。同時，提高乘客和駕駛員的安全也是BMW的首要目標之一。由于夜間駕駛導致了大量交通事故，因此BMW想要探尋一種減少事故率的解決方案。
  　　*zui先發(fā)現(xiàn)熱像儀能夠使飛機在*漆黑的環(huán)境下飛行，且可以穿過煙霧和云層偵測目標。很快地，民事應用也跟上了腳步。今天，這類飛機也能夠用來偵測例如森林火災等目標。溫度高于周圍環(huán)境且表示可能發(fā)生火災的區(qū)域，都能在熱圖像上清晰地看到。
  　　TIPS：什么是微量熱型探測器?
  　　微量熱型探測器是一種在熱像儀中用作探測器的特定類型的熱型探測器。它是一種具有較大溫度系數(shù)的氧化釩或非晶硅電阻。硅元件表面積大、熱容量低以及熱絕緣性能良好。特定波長范圍內(nèi)的紅外輻射可穿透氧化釩，并改變其電阻。場景溫度的變化可造成輻射熱計溫度的改變，然后轉(zhuǎn)化為電氣信號并處理為圖像。
  　　熱成像交通應用案例
  　　由于產(chǎn)量增加且價格下降，熱像儀應用也開始越來越普遍。這些應用中有的已運行多年，但仍只是少數(shù)幸運兒才能擁有它們，因為他們有經(jīng)濟能力花費大筆資金購買一臺熱像儀。
  　　擴大駕駛視野
  　　如前所述，擴大駕駛視野可能是對熱像儀的批量生產(chǎn)作出zui大貢獻的一項應用。
  　　夜間駕駛給卡車、公交和其他重型車輛的司機帶來了嚴重的安全隱患。重大事故多發(fā)生在夜間和雨霧天氣，因為司機難以看清事故源，以及時避免碰撞。每年，大型車輛發(fā)生夜間事故達成千上萬例，有許多都是因為惡劣的天氣條件。在這種情況下，司機的快速減速能力下降，疲勞會影響反應時間，而且視力在黑暗中嚴重減退。
  　　熱像儀是一個強大的駕駛員視野增強系統(tǒng)，它顯著降低了夜間駕駛的風險，使司機能夠看到高達車頭燈5倍之遠的距離。熱像儀在任何情況下都不需要光線進行操作。正因為有了熱像儀，司機才能夠快速檢測并識別潛在的危險，避免致命事故的發(fā)生。
  　　由于能看到前方道路——遠遠超出車燈照亮距離——的熱圖像，司機能夠更快地觀測到障礙物、道路彎曲等，從而獲得更多的反應時間。熱像儀還能幫助司機更好地看清道路邊緣，提前發(fā)現(xiàn)前方彎道，避免因前方車燈眩光造成的瞬時盲區(qū)，以及能夠穿透煙霧、灰塵、輕霧和小雨看清前方。
  　　不只是豪車才能受益于熱像儀。熱像儀，如FLIR Systems PathFindIR，能夠輕易地裝入卡車和公交內(nèi)。此外，火車和地鐵也開始配備熱像儀。需要夜間盡快趕赴事故現(xiàn)場的消防車和救護車等急救車輛，也發(fā)現(xiàn)了熱像儀的優(yōu)勢。此外，當發(fā)生火災時，熱像儀還能夠穿過煙霧，幫助司機快速到達事故現(xiàn)場，且不會造成次生事故。
  　　始配備熱像儀。需要夜間盡快趕赴事故現(xiàn)場的消防車和救護車等急救車輛，也發(fā)現(xiàn)了熱像儀的優(yōu)勢。此外，當發(fā)生火災時，熱像儀還能夠穿過煙霧，幫助司機快速到達事故現(xiàn)場，且不會造成次生事故。
  　　海事
  　　夜視增強不僅對于汽車駕駛者至關(guān)重要。船長也需要在夜間指揮航行，造價昂貴的船只、船上乘客、貨物以及船員都需要受到保護。
  　　船長可以利用熱像儀在*漆黑的環(huán)境下看清前方，能夠清楚地辨別航道指向標、航線交通、露頭、橋墩、明礁、其他船只以及其他任何若無法發(fā)現(xiàn)可能損壞船只的漂浮物體。甚至是雷達無法探測到較小的物體，如漂浮物，也能夠在熱圖像上清晰地顯示。
  　　安裝在船上的熱像儀還能用于拯救生命。在zui短時間內(nèi)找到落水人員極其重要。不僅落水者會漂離船只，而且還應考慮到其體溫下降。正因熱像儀的存在，才能夠快速找到溺水人員并及時將其救出水中。
  　　飛機
  　　安裝在飛機上的熱像儀可用作著陸輔助設(shè)備。即使在*黑暗、輕霧、灰塵和煙霧的環(huán)境下，該儀器仍能通過提高飛行員的觀察地形和遠距離其他飛機的能力，對其提供幫助。
      熱像儀雖無法取代飛機著陸時機長所依賴的現(xiàn)有工具和儀器，但是，它能夠為機長形成當時狀況的清晰圖像，起到輔助機長判斷的作用。此外，當飛機以低速滑行時，熱圖像能夠幫助避免事故。要知道，熱像儀能夠穿透輕霧和雨水，因此能夠輕易地探測到在惡劣的天氣條件下肉眼看不到的其他飛機或物體。

  　　讓世界更安全
  　　熱像儀還能在越來越多的安全監(jiān)控應用中發(fā)揮其作用。雖然以前多為邊防和政府其他相關(guān)部門使用熱像儀，但如今愈來愈多的工業(yè)設(shè)備正在使用熱像儀的功能，來保護他們的貴重資產(chǎn)和人員。
  　　核電站、石化裝置、倉庫、港口和機場，這些都是容易遭竊甚至遭受恐怖襲擊的地方，使用熱像儀可對其進行保護。恐怖主義、蓄意破壞和恣意的暴力行為會威脅人身安全和公共及私人設(shè)施的完整性。制定一個使用熱像儀的全面的安全計劃是保護資產(chǎn)和降低風險的關(guān)鍵。熱像儀能夠讓隱藏在黑暗、惡劣天氣和灰塵、煙霧等障礙物中的威脅無所循形。
  　　警局和其他執(zhí)法機構(gòu)也在使用熱像儀。他們利用熱像儀在*黑暗的環(huán)境下找到并跟蹤疑犯。由于熱像儀能夠輕易識別熱信號，因此疑犯*無法躲藏在叢林或陰影中。
  　　而且在這一領(lǐng)域，熱像儀也正逐漸深入到消費者中。大型民宅和物業(yè)大樓如今也已使用熱像儀進行看守，采用體型小但功能強大的熱像儀為大量的家庭安全系統(tǒng)提供輔助支持也只是時間問題。
  　　搜索與營救任務
  　　搜索與營救專業(yè)人員的主要任務是找到遇難、失蹤、生病或受傷的人員，包括較遠或難以接近的區(qū)域，如山區(qū)、沙漠或森林，或在無論是否接近海岸的海上區(qū)域。進行搜索時可采用步行、騎馬或乘車的方式，如果可用，通常也可以使用空中支援。
  　　有時，飛越待搜索場地的直升飛機上搭載有熱像儀。熱像儀可以無縫地探測其他遠距離的人為活動，以便在事故發(fā)生前找到受害者。熱像儀能夠在夜間、陸地、空中或海上完成該任務。
  　　建筑檢查
  　　自二十世紀七十年代的石油危機以來，我們不斷意識到能源儲備的重要性和有限性。由于二氧化碳排放造成的變暖，很大程度上也是因為與建筑物供暖用的化石燃料燃燒相關(guān)的污染造成的。越來越多的國家開始立法對建筑的熱損失進行定期檢查。
  　　熱像儀是一種易于操作的工具，能夠使絕緣故障和其他建筑異常現(xiàn)象遁形。使用熱像儀檢測每一座建筑可能為期不遠。
  　　消防
  　　多年來，為了能夠在*黑暗中透過煙霧進行觀察，以及探測地板、墻壁和天花板上的熱點，消防員一直使用熱像儀。煙霧中含有大量微米級碳黑顆粒，非常容易吸收可見光。但是，當顆粒遠小于傳感器所使用的光纖的波長時，將大大降低散射程度，使煙霧中的視線變得清晰。熱像儀穿透煙霧的能力可以輕易地在充滿煙霧的房間中幫助定位受困人員，從而拯救生命。
  　　對于通常必須打開通往火災現(xiàn)場的大門，或者必須快速可靠地確定起火位置和火勢蔓延的消防員而言，探測物體溫差的能力至關(guān)重要。經(jīng)過經(jīng)驗豐富和訓練有素的消防員的使用，已證明熱像儀是一款出色的工具。
  　　許多消防員都熟知熱像儀的救生功能，而今天，越來越多的消防員能夠從熱像儀的強大功能中獲益。
  　　醫(yī)學應用
  　　人體溫度是一個復雜的現(xiàn)象。人類是恒溫動物，能夠產(chǎn)生熱量，這些熱量必須散發(fā)到環(huán)境中去。皮膚是產(chǎn)生的熱量和環(huán)境之間的接觸面，這一能動器官可以不斷地進行調(diào)節(jié)平衡內(nèi)部和外部的條件，同時滿足身體的生理需求。
  　　作為可靠的工具，熱像儀廣泛用于醫(yī)學評估和診斷。因燒傷、皮膚潰瘍或移植造成的皮膚熱導率變化可使用熱成像系統(tǒng)輕易地檢測到并進行監(jiān)控。其他常見應用包括皮膚癌的早期檢測、疼痛治療、燒傷深度評估、發(fā)熱檢測、心臟直視手術(shù)等。
  　　此外，幾年前非典（SARS）爆發(fā)期間，熱像儀也被廣泛用于避免該疾病的傳播。許多國家在機場使用熱像儀檢查體溫上升的人員。一旦檢測出某個乘客可能攜帶SARS，則會由醫(yī)務人員進行進一步篩檢。
  　　熱像儀的未來
  　　毫無疑問，熱像儀將堅持與之前的其他產(chǎn)品相同的做法。熱像儀設(shè)備將更小巧，圖像質(zhì)量更高，并采用更多功能特征。
  　　隨著熱像儀受到越來越多的定向應用消費者的追捧，如駕駛員視覺增強和家庭安全，人們對該產(chǎn)品的興趣也會增加，產(chǎn)量將上升而價格會降低。
  　　我們無可得知這一發(fā)展的zui終方向，但是短期內(nèi)的機遇還是不少。任何一名*、消防員以及安保人員都將可能擁有自己的熱像儀，而且大部分汽車、卡車和其他車輛也都可能會搭載熱成像技術(shù)。
  　　歸根結(jié)底，對于在黑暗中和許多其他有用的應用中進行觀測，熱像儀相比所有其他產(chǎn)品的工具有過之而無不及。