熱成像技術在消防火場救援的應用

□ 文/徐一丹

熱成像技術在消防火場救援的應用

□ 文/徐一丹

火海無情，火災面前，生命顯得異常脆弱。現(xiàn)今社會，隨著經濟的快速發(fā)展，城市高速建設，但防火意識或者防火水平卻沒有同步跟上，全國每年都會發(fā)生幾十萬起大大小小的火災。據(jù)統(tǒng)計，2015年，全國共接報火災33.8萬起，造成1742人死亡、1112人受傷，財產損失更是無數(shù)。

生命高于一切，但是往往一旦發(fā)生火災，往往會有傷亡。從傳統(tǒng)火場救援的角度看，掌握火災現(xiàn)場情況非常重要，被困人員多少、地點、危險情況、火勢大小、著火物品、危險程度等都要掌握，了解和掌握這些情況能對救人起到至關重要的作用。而阻礙救援人員了解火災現(xiàn)場的困難點是大量的煙霧，阻礙了可見光的傳遞。

紅外熱像儀應運而生。紅外熱像儀是利用紅外探測器和光學成像物鏡接受被測目標的紅外輻射能量分布圖形反映到紅外探測器的光敏原件上，從而獲得紅外熱成像圖，這種熱像圖與物體表面的熱分布圖場相對應。

熱成像知多少

紅外光

紅外光是電磁光譜中介于可見光的紅光和微波之間的波段，大氣、煙云等吸收可見光和近紅外線，但是對3~5微米和8~14微米的熱紅外線卻是透明的。因此，這兩個波段被稱為熱紅外線的“大氣窗口”。利用這兩個窗口，可以使人們在完全無光的夜晚，或是在煙云密布的戰(zhàn)場，清晰地觀察到前方的情況。正是由于這個特點，熱紅外成像技術軍事上提供了先進的夜視裝備并為飛機、艦艇和坦克裝上了全天候前視系統(tǒng)。這些系統(tǒng)在海灣戰(zhàn)爭中發(fā)揮了非常重要的作用。

大氣窗口：電磁波通過大氣層較少被反射、吸收和散射的那些透射率高的波段稱為大氣窗口。

圖1 電磁波頻譜

熱輻射

自然界中的一切物體，只要其溫度高于絕對零度（-273℃），都能輻射電磁波，紅外線輻射是自然界存在的一種最為廣泛的電磁波輻射，它是基于任何物體在常規(guī)環(huán)境下都會產生的自身的分子和原子無規(guī)則運動，并不停地輻射出熱紅外能量。

主動紅外和被動紅外

熱成像和普通IPC的紅外模式，雖然成像上都是黑白模式（熱成像往往還會在DSP上嵌入偽彩算法進行“上色”），但是原理上有本質的區(qū)別。

普通IPC的紅外模式，應用場景往往是比較暗的場景，雖然“比較”暗，但是還是要有光，需要通過（紅外）光反射成像（紅外光和可見光往往是伴隨產生存在的）。比如在一個完全封閉的室內，不管攝像機開啟可見光模式還是紅外模式，成像都是一片漆黑，因為沒有光（包括可見光和紅外光）照射物體反射成像。

而熱成像是主動成像，即所有絕對零度以上的物體都會因為自身分子的運動主動產生熱輻射，不需要外界光的輔助（反射成像）。所以即使在完全封閉的室內，也可以根據(jù)室內物體的不同熱輻射成像。

熱成像技術在消防火場救援的應用

?？低曇劳凶陨矶嗄暌苿訄D傳產品和熱成像技術積累，強勢推出TF0消防手持熱像儀和熱成像無人機。自此，?？低晫⒅ο阑饒鼍仍?/p>

消防手持熱像儀

圖2 消防手持熱像儀

用戶價值：

探尋火中生命

火災現(xiàn)場的特點是煙霧彌漫，受困人員往往不是被大火困住，而是大量的煙霧，以致無法脫身。這個時候留給消防戰(zhàn)士的救援時間又是非常緊迫，因為受困人員一旦吸入大量（有毒）煙霧后，容易昏迷不醒，完全處于被動救援狀態(tài)，無法給予消防戰(zhàn)士一些信號，此時就需要靠消防戰(zhàn)士單方面主動搜救。此時，如果消防戰(zhàn)士單靠肉眼（可見光）查找受困人員生命，非常耗時耗力，對雙方都是生命極限的挑戰(zhàn)。

手持消防熱像儀，利用紅外衍射優(yōu)勢和主動紅外特點，助力查找被困在煙霧中的生命體。如圖3，右邊的熱成像效果圖中會檢測顯示兩個溫度，其中一個是畫面中心的溫度，還有一個是畫面中溫度最高值點（圖中香煙表面的溫度）。

圖3 可見光和熱成像效果對比圖

構筑防御之盾

消防手持熱像儀除了支持普通黑白模式和火場模式外，還支持熱探測模式（又叫火點模式），可以幫助消防戰(zhàn)士發(fā)現(xiàn)救援場景中溫度最高的點。應用場景包括：大火撲滅之后，可能還有人員沒有被搜救出來，此時雖然火被熄滅，但是溫度還是非常之高，房屋內的天花板隨時都有坍塌的風險，而這種風險通過肉眼是沒法得知的。

熱探測模式：給手持熱成像超過某閾值的溫度上偽彩（紅色），這樣可以清晰的探測到場景中高溫區(qū)域，并顯示溫度值，如此，可以幫助消防戰(zhàn)士盡量躲避風險，如圖4。

圖4 熱探測模式

技術亮點：

雙光融合

可見光和熱成像各有優(yōu)勢，可見光7色，顏色豐富、輪廓清晰，如圖5；熱成像，利用紅外衍射優(yōu)勢和主動紅外特點，幫助發(fā)現(xiàn)煙霧后和黑暗中的真相，如圖6。而兩者的優(yōu)勢剛好是對方的劣勢。如此如果能將兩者的優(yōu)勢相結合，圖像的效果將是1+1>2。如圖7。

圖5 可見光效果

圖6 熱成像效果

圖7 雙光融合效果圖

4G圖傳

消防行業(yè)市場上已經有類似手持消防熱成像產品，但是基本都不具備4G圖傳功能，?？低曇劳卸嗄暌苿訄D傳產品和技術積累，已成功將手持消防熱像儀與消防平臺7900對接，提供前端視頻采集到傳輸，到平臺接入整套解決方案。

熱成像無人機

圖8 雄鷹系統(tǒng)應用示意圖

在搶險救援的過程當中，四旋翼或者六旋翼無人機可靈活搭載熱成像、4K變焦云臺或者喊話器，最高可以飛到3000米的高空占據(jù)制高點進行全局的視野監(jiān)控，需要局部特寫時，?？低?K無人機支持37倍的光學變倍。無人機的作戰(zhàn)半徑達到10千米，可以操控無人機進行遠距離監(jiān)控。另外?？低暉岢上駸o人機配備有熱成像的紅外鏡頭，可以對圖像中的溫度范圍進行測量，并定位圖像中溫度最高的點，對實時掌握火場態(tài)勢，以及拯救受困人員都有較大幫助。同時，?？禑o人機采用云臺自穩(wěn)定系統(tǒng)，解決了移動設備圖像采集時圖像抖動、不穩(wěn)定的難題，不管機身怎么動，云臺始終能夠保持穩(wěn)定狀態(tài)，從而圖像也也不會出現(xiàn)明顯的抖動。

海康威視行業(yè)級無人機不僅僅是一個單體無人機，而是由機體、地面站、遙控、系統(tǒng)平臺組成的一整套解決方案，可通過標準協(xié)議（支持GB28181）無縫接入系統(tǒng)平臺，在指揮中心可以實時查看無人機采集圖傳回來的現(xiàn)場視頻。

總結

海康威視消防手持熱像儀和熱成像無人機很好搭配地解決了消防火場救援中里面和外部兩種場景的監(jiān)控需求，為消防火場救援，保障被困人員、消防人員的人身安全作出了貢獻。另外?？低曔€提供雙光譜重載云臺、車載、布控球，超高分指揮中心等多種視頻監(jiān)控裝備和子系統(tǒng)，為消防救援提供整套端到端的空地一體、動靜結合、實時可視、集成共享的解決方案。

作者單位：杭州海康威視數(shù)字技術股份有限公司