基于紅外線的圖像監控系統分析

1. 引言

視覺是人類最重要的感覺器官，圖像信息是人們由客觀世界獲得信息的主要來源，占人們依靠五官由外界獲得的信息總量的80%.利用圖像技術對重要對象進行監控，無疑是監控方式當中獲得信息最多，也是最直觀的一種方式。近些年來，隨著都市商業化的進一步發展，賓館、大型超市、股市交易所以及高層建筑等機構如雨后春筍般的出現在每個城市，雖然它們所進行的業務大不相同，但它們都無一例外的使用了圖像監控系統。而目前的監控系統一般都是24小時連續工作，錄像機記下的圖像信息中有大量的冗余信息，本文提出一種熱釋電紅外線感應器，并把它引入圖像監控系統的攝像頭通道中，利用它能以遙測的形式感應出移動人體發出的微量紅外線的特點，使得圖像監控系統在有人出現或走動時進行拍攝，從而有效地減少冗余信息，使得真正實用的信息以供系統管理員觀察和處理。

2. 熱釋電紅外線感應器

2.1紅外線
紅外線是一種電磁波,在電磁波譜中的位置是處于紅外端,波長范圍大致是0.76um—1000um。紅外線與可見光、紫外線、Ｘ射線、γ射線及無線電波一起,構成了無限連續的電磁波。

理論分析和實驗研究表明,不僅陽光中有紅外線,而且任何物體,只要溫度高于絕對零度,就在不停地輻射紅外線。因此,紅外線普遍存在于自然界中。我們人體也是一個紅外輻射源，它與室內其它背景物體不但在紅外輻射能量方面有所不同，而且各自輻射的紅外線的峰值波長也不相同，人體輻射的紅外峰值波長約在10um處。

2.2結構及其主要元件器
由外殼和菲涅耳透鏡、PIR紅外傳感器、專用IC（WT8072）等電路組成熱釋電紅外線感應器。

l 菲涅耳透鏡
菲涅耳透鏡是一種精密的光學器件，一般是由聚乙稀壓注而成的薄片，薄片上刻有精密細致的紋理。目前，多采用性能優良的紅外塑料透鏡-----多層光束結構的菲涅耳透鏡。三層結構的多視場菲涅耳透鏡組的結構如圖1所示

透鏡由三層構成，它利用二十四個小透鏡，將警戒區視場分割成二十四個小視場（又稱敏感區），各個敏感區被盲區隔開。來自各個小視場的紅外輻射均被會聚到位于透鏡凹面下方處的紅外傳感器上。盲區的尺寸雖然比敏感區的尺寸要小得多，但當人體在防范區內移動，由盲區移向敏感區或由敏感區移向盲區時，人體所發出的紅外輻射就一次又一次地被盲區所阻斷，而只有通過敏感區的紅外輻射才能被紅外熱電元件所接收。

l PIR紅外傳感器
PIR紅外傳感器（又稱紅外熱釋電傳感器），這種材料具有熱釋電效應。所謂熱釋電效應是指該種材料中自發極化的強度隨溫度的變化而變化的效應。電介質在外加電場的作用下會產生電極化的現象，即會使電介質的一個表面帶有正電荷，而另一個表面帶有負電荷。對于熱釋電材料來說，在外加電壓去掉后，仍可自行保持著這種電極化狀態的現象就稱為是“自發極化”現象。這種自發極化的強度與溫度有關。溫度升高，極化強度降低，即單位面積上的電荷減少。用熱釋電材料制成厚度極薄的片，并使之形成自發極化。當它受到紅外輻射源的照射時，薄片的溫度將升高，極化強度減弱，表面電荷將減少。通常將釋放掉的這部分電荷就稱為熱釋電電荷。由于熱釋電電荷的多少可以反映出材料溫度的變化，所以由熱釋電電荷經電路所轉變成的輸出電壓也同樣可以反映材料溫度的變化，從而探測出紅外輻射能量的變化。

紅外傳感器的光學系統可以將來自多個方向的紅外輻射能量經反射或特殊的透鏡透射后全都集中在紅外傳器上。這樣，紅外探測器就可以探測到某一個立體防范空間內輻射的變化。當防范區域內沒有移動的人體等目標時，由于所有的背景物體在室溫下紅外輻射的能量比較小，而且基本上是穩定的，所以不能觸發攝像頭，即攝像頭不工作。當有人體在探測區域內走動時，就會造成紅外熱輻射能量的變化。紅外傳感器將接收到的活動人體與背景物體之間的紅外熱輻射能量的變化轉換為相應的電信號，經適當的處理后，送至攝像頭，進而拍攝圖像。采用菲涅耳透鏡組探測移動人體如圖2所示。

PIR紅外傳感器的探測波長范圍是8—14um，由于人體的紅外輻射波長正好在此探測波長范圍之內，因此能較好地探測到活動的人體。