红外成像技术在森林防火中的应用

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　　森林火灾是一种受天气条件和生态环境影响的严重自然灾害，突发性强，破坏性大，扑救难度大，是森林灾害之首。传统的森 林火灾监测以瞭望台为主, 巡航飞机和卫星测报为辅。瞭望台通过用肉眼观察烟雾来发现森林火情, 一般小火时烟雾不易发现, 发现时往往已酿成火灾, 此时烟雾弥漫很难发现火灾发生的位置和发展方向。通过观察烟雾测定的数据误差较大, 尤其在夜间观测困难。因此，采用视频监控方式第一时间发现火情就显得十分必要。由于普通CCD 受大雾、光线等环境影响严重，观测范围比较小火灾识别率不高。如在大面积的森林中，火灾往往是由不明显的隐火引发的，这是毁灭性火灾的根源。用现有的普通监视系统很难发现这种隐性火灾苗头。而红外热像仪应用在森林防火中，相比于普通的的视频监控方式的最大优点就是不需要可见光的支持，这对于受光线限制的林区或者是在夜间探测的情况下，极大的便于火情的早期发现和预防，而且大大降低了森林防火工作中的成本。并且由于红外热像仪的感热特性，应用红外热像仪的视频监控系统可以更迅速地对浓烟、地下火、隐性火等火情进行预警，及时将火灾消灭在萌芽阶段。

　　一、红外技术原理

　　红外辐射是物体的固有属性，其本质是物质内部微观粒子的热运动，任何高于绝对零度以上的物体(包括固体、液体和气体)都有红外辐射，物体的温度越高，分子或原子运动越剧烈，其红外辐射越多。当物体与周围背景之间、以及物体本身不同部位之间存在着温差，就会辐射出不同的能量，红外成像器利用物体间的红外辐射差来探测成像。根据普朗克定理，从热力学温度为 的物体的单位面积上，在单位波长范围内所辐射的电磁波的功为：

　　因而任何物体在任何时刻都要源源不断地向外辐射电磁波。物体辐射的电磁波是其温度的函数，通常还与物体的辐射本领有关。红外辐射是介于可见光与微波之间的电磁波，其波长在0.75um-1000um之间。由于人的眼睛看不到红外辐射，需要借助红外探测系统才能进行观测。被动式红外探测系统就是利用物体温度及其辐射本领的差异制成的，用它可以对物体进行探测、测量、跟踪、搜索和成像等。

　　来自目标或辐射源的红外辐射，经大气传输后，被光学系统接收，调焦并聚焦到红外探测器的响应平面上，然后把输入的红外辐射信号转变为电信号，再经过放大和处理，最后在显示系统中显示出来，或者驱动执行机构工作。这种红外探测系统结构简单，能够直接反映物体的特征参量。如物体的温度或物体的各部分温度的分布情况，物体的空间方位及其运动情况等等。

　　红外探测器是红外热像仪的核心器件可分为热探测器和光子探测器两大类。热探测器是指吸收红外辐射后，使热敏元件温度升高从而引起与温度有关的物理参数改变的探测器，如：热敏电阻、热电耦、热释电电测器等;光子探测器是通过光子与物质内部电子相互作用，产生电子能态变化而完成光电转换的探测器，分为光导型与光伏型两类。光导型探测器是当半导体吸收光子能量后产生非平衡载流子，参与导电使半导体的电导率增加;光伏型探测器是在非本征半导体上形成P-N结，在入射光子的作用下产生电子-空穴对，结间电场使两类载流子分开而产生电动势。根据探测器单元数，探测器分为单元探测器、线阵列探测器和面阵探测器。

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