如今，政府和私人安全機(jī)構(gòu)為了減少犯罪或改善公共安全，越來(lái)越多的開(kāi)始應(yīng)用熱像儀。各種監(jiān)控?cái)z像頭和互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）安全攝像頭在城市、酒店、商超、娛樂(lè)場(chǎng)所、體育場(chǎng)館和其他商業(yè)及工業(yè)區(qū)隨處可見(jiàn)。

搭載紅外探測(cè)器的攝像頭需要主動(dòng)冷卻，以最大限度地降低熱噪聲，改善圖像分辨率

搭載紅外探測(cè)器的熱像儀通常用于改善夜間的設(shè)施和邊界安全。近兩年，為了管控新冠疫情（COVID-19）流行，熱像儀已經(jīng)作為一種必要的安全措施來(lái)篩查人員的體溫。

根據(jù)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)MarketsandMarkets的報(bào)告數(shù)據(jù)，由于公共安全和安保關(guān)注度的提高、監(jiān)控?cái)z像頭的日益普及和需求增長(zhǎng)，全球視頻監(jiān)控市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將從2020年的455億美元增長(zhǎng)到2025年的746億美元。

另有數(shù)據(jù)顯示，2018年僅IP攝像頭市場(chǎng)規(guī)模就超過(guò)了80億美元，預(yù)計(jì)2019年~2025年期間將以14%的復(fù)合年增長(zhǎng)率（CAGR）增長(zhǎng)，到2025年全球產(chǎn)業(yè)出貨量預(yù)計(jì)將超過(guò)1億臺(tái)。

此外，2019年全球紅外相機(jī)市場(chǎng)規(guī)模超過(guò)了60億美元，預(yù)計(jì)2020年~2026年期間將以7%的復(fù)合年增長(zhǎng)率增長(zhǎng)。

應(yīng)用背景

監(jiān)控?cái)z像頭應(yīng)用了多種光電技術(shù)，所有這些技術(shù)都需要溫度穩(wěn)定以達(dá)到最佳的性能。數(shù)字安防攝像頭通常采用兩種主要類型的圖像傳感器：電荷耦合器件（CCD）和互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）傳感器。這兩種圖像傳感器都采用復(fù)雜的2D光電探測(cè)器陣列（像素）將光子轉(zhuǎn)換為電荷，然后將這些電荷放大和數(shù)字化，以創(chuàng)建數(shù)字圖像。兩者之間的區(qū)別在于如何以及在何處完成這一過(guò)程。

現(xiàn)在，很多安防攝像頭都采用熱成像技術(shù)進(jìn)行夜間監(jiān)測(cè)。類似普通相機(jī)利用可見(jiàn)光成像，這些相機(jī)利用紅外輻射進(jìn)行成像?？梢?jiàn)光相機(jī)的敏感波段大約為400~700 nm，紅外相機(jī)對(duì)1000 nm~14000 nm的波長(zhǎng)敏感。而熱成像相機(jī)則使用焦平面陣列來(lái)對(duì)更長(zhǎng)的紅外波長(zhǎng)作出響應(yīng)。

有些智能熱像儀包括功能強(qiáng)大的視頻處理器，能夠處理和分析成像以實(shí)現(xiàn)更精確的檢測(cè)。先進(jìn)的視頻處理技術(shù)還能夠使熱像儀具有更寬廣的覆蓋范圍，使其能夠在超過(guò)600米的距離檢測(cè)人體大小的目標(biāo)。熱像儀大致可分為兩種類型：制冷型和非制冷型。制冷型探測(cè)器，可以最大限度地提高探測(cè)性能和觀察范圍。

3D相機(jī)能夠像人類的雙眼一樣感知場(chǎng)景深度，生成三維圖像。有些3D相機(jī)使用兩個(gè)或多個(gè)攝像頭來(lái)記錄多個(gè)視點(diǎn)，也有3D相機(jī)采用單個(gè)攝像頭移動(dòng)位置來(lái)完成拍攝。2D相機(jī)基于陰影數(shù)據(jù)探測(cè)、識(shí)別成像物體的外觀及尺寸，而3D相機(jī)則包含深度信息或者說(shuō)xyz三維坐標(biāo)，利用三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)可以獲得物體的體積和截面信息。

3D檢測(cè)可以識(shí)別跟物體圖案相近的微小缺陷，這用2D成像很難實(shí)現(xiàn)。隨著3D相機(jī)技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用也在不斷擴(kuò)展?，F(xiàn)在，3D相機(jī)已經(jīng)應(yīng)用于機(jī)器人定位、自動(dòng)化檢測(cè)以及制造和測(cè)試應(yīng)用的特征識(shí)別，現(xiàn)在它們正被引入體育場(chǎng)館和娛樂(lè)場(chǎng)所，以改善用戶體驗(yàn)。

熱管理挑戰(zhàn)

無(wú)論采用何種成像技術(shù)，在應(yīng)用過(guò)程中，成像敏感元件的工作溫度都必須保持在最高極限以下，以確保高質(zhì)量成像。例如，監(jiān)控?zé)嵯駜x利用紅外探測(cè)器捕捉目標(biāo)物體的輻射熱，并將其轉(zhuǎn)換為視覺(jué)圖像。為了獲得最高的圖像質(zhì)量，紅外探測(cè)器必須冷卻到零度以下，以最小化熱噪聲，熱噪聲會(huì)破壞或影響成像質(zhì)量。被動(dòng)冷卻技術(shù)（如散熱器和風(fēng)扇）通常不足以冷卻熱像儀，因?yàn)樗鼈円话銦o(wú)法冷卻到環(huán)境溫度以下。下一代熱電冷卻器可提供主動(dòng)熱管理解決方案，滿足熱像儀中光電器件所要求的尺寸限制和高溫度等級(jí)。

工程師在設(shè)計(jì)熱像儀時(shí)可能面臨各種挑戰(zhàn)，包括熱噪聲、尺寸限制、氣流不足以及材料放氣等。

溫度低于露點(diǎn)的所有表面都需要外部保護(hù)，以防止在敏感元件上形成水汽。為避免材料放氣，建議使用具有低放氣特性的界面材料。（Ta：環(huán)境溫度；Tc：冷側(cè)控制溫度不超過(guò)40°C；Qc：冷卻要求，即從熱電冷卻器冷側(cè)的裝置或外殼中移除熱能的速率，以瓦特為單位）

傳統(tǒng)閉路監(jiān)控和IP室外攝像頭能夠在高達(dá)50°C的溫度下高效工作，但當(dāng)溫度超過(guò)該極限時(shí)性能會(huì)下降。而紅外相機(jī)一般要求工作溫度低于35°C。對(duì)于室外陽(yáng)光暴曬下的監(jiān)控?cái)z像頭，再加上緊湊設(shè)備中外圍組件釋放的熱量，這些應(yīng)用的工作溫度可能高達(dá)90°C。