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紅外熱像儀在公共安全和公檢法部門的應(yīng)用
2011-07-26
FLIR熱像儀是在公共安全領(lǐng)域影響力最大的廠商，它提供了各類軍用和警察執(zhí)法熱像儀和安防監(jiān)控?zé)嵯駜x，前視紅外這個(gè)詞便是FLIR也就是熱像儀技術(shù)的代名詞。
一．夜視技術(shù)簡(jiǎn)介
古今中外，人們常常利用夜幕的掩護(hù)，實(shí)現(xiàn)白天難以完成事情。縱觀近期幾場(chǎng)戰(zhàn)爭(zhēng)，美軍幾次致命的戰(zhàn)爭(zhēng)都是從夜間發(fā)起的，可以說(shuō)美軍從怯于夜戰(zhàn)到敢于夜戰(zhàn)要?dú)w功于夜視技術(shù)。同時(shí)，夜視儀對(duì)發(fā)現(xiàn)各種夜間的犯罪活動(dòng)等安全監(jiān)控方面也起到了不可忽視的作用。
那么何為夜視技術(shù)呢？夜視技術(shù)是應(yīng)用光電探測(cè)和成像器材，將肉眼不可視目標(biāo)轉(zhuǎn)換（或增強(qiáng)）成可視影像的信息采集、處理和顯示技術(shù)。夜視技術(shù)產(chǎn)品按成像原理可分為微光夜視、紅外熱像夜視兩類。在黑暗環(huán)境中存在著少量的自然光，如月光、星光、大氣輝光等，統(tǒng)統(tǒng)稱為夜天光。因?yàn)樗鼈兒吞?yáng)光比起來(lái)十分微弱，所以又叫夜微光。人眼視網(wǎng)膜的感光靈敏度不高，在微光條件下不能充分“曝光”。一般的夜視器材都是利用目標(biāo)的反射光線成像，利用電子放大器，將收集的微弱光線放大數(shù)千倍,以在黑暗中產(chǎn)生可辨認(rèn)的圖像將極微弱的光照目標(biāo)信號(hào)增強(qiáng)，顯示成肉眼容易看見的圖像。這種原理的儀器為微光夜視儀，顯然這種儀器在完全無(wú)光或距離較遠(yuǎn)時(shí)就無(wú)能為力了。
紅外熱像儀與它們不同，它既不依靠夜天光，也無(wú)須主動(dòng)攜帶紅外光源，而是靠接收目標(biāo)自身的紅外輻射（一切物體，只要其溫度高于絕對(duì)零度，就會(huì)有紅外輻射）來(lái)工作的，自然界中一切溫度高于絕對(duì)零度（－273．16攝氏度）的物體都不斷地輻射著紅外線，這種現(xiàn)象稱為熱輻射。紅外線是一種人眼不可見的光波，無(wú)論白天黑夜，物體都會(huì)輻射紅外線，但紅外線不論強(qiáng)弱，人們都看不到。紅外熱像儀就是利用紅外探測(cè)器、光學(xué)成像物鏡接收被測(cè)目標(biāo)的紅外輻射信號(hào)，經(jīng)過(guò)紅外光學(xué)系統(tǒng)紅外探測(cè)器的光敏源上利用電子掃描電路對(duì)被測(cè)物的紅外熱像進(jìn)行掃描轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)放大處理、轉(zhuǎn)換或標(biāo)準(zhǔn)視頻信號(hào)通過(guò)電視屏或監(jiān)測(cè)器顯示紅外熱圖像。利用這種原理制成的儀器為紅外熱像儀。它通過(guò)探測(cè)微小的溫度差別,產(chǎn)生的圖像是熱圖像，可見紅外熱像儀在完全無(wú)光、距離較遠(yuǎn)時(shí)都可對(duì)物體成像，紅外熱像儀不僅可在完全無(wú)光的情況下觀測(cè)而且可以在黑夜或濃厚的煙幕、云霧中探測(cè)到對(duì)方的目標(biāo)，包括已偽裝的目標(biāo)和高速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，同時(shí)還要求在遠(yuǎn)距離上識(shí)別目標(biāo)，因而紅外熱像儀屬現(xiàn)今最高檔的夜視儀。具有軍事意義的目標(biāo)（如飛機(jī)、坦克等）一般都比周圍環(huán)境溫度高，因此也就成了熱像儀最好的觀察對(duì)象。
熱成像夜視儀是目前技術(shù)最為先進(jìn)的夜視器材，它的第一代產(chǎn)品為光機(jī)掃描型熱成像儀，主要由光學(xué)系統(tǒng)（含掃描器）、紅外探測(cè)器（含制冷器）、電子放大線路和顯示器等幾部分組成。其中紅外探測(cè)器是熱成像儀的核心部件和關(guān)鍵技術(shù)，它基于內(nèi)光電效應(yīng)進(jìn)行光電探測(cè)。為保證紅外探測(cè)器具有足夠的探測(cè)靈敏度，需由專門的制冷器對(duì)其進(jìn)行低溫制冷。
熱像儀的第二代是采用紅外CCD焦平面陣列技術(shù)的凝視型熱像儀。紅外焦平面陣列是指放在光學(xué)系統(tǒng)焦平面上的一塊芯片，在這塊如同郵票大小的芯片上，不僅集成了成千上萬(wàn)個(gè)紅外探測(cè)器，而且與各探測(cè)器相匹配的信號(hào)放大與處理電路也集成在一起，形成一個(gè)整體，使第二代熱像儀不僅取消了光機(jī)掃描器，能夠像眼睛一樣攝取目標(biāo)的完整圖像，而且縮小了體積，降低了功耗。不僅如此，由于CCD成像器件具有更高的靈敏度和熱分辨率，使探測(cè)距離和識(shí)別能力也有明顯提高。
熱像儀的工作波段（即紅外探測(cè)器的敏感范圍）可達(dá)到中、遠(yuǎn)紅外區(qū)域，但由于大氣對(duì)波長(zhǎng)為3—5微米和8—14微米以外的紅外線有強(qiáng)烈的衰減作用，所以實(shí)際上熱像儀主要工作在3—5微米和8—14微米兩個(gè)紅外波段。
綜上所述，盡管微光和熱成像技術(shù)統(tǒng)稱夜視技術(shù),而二者又存在區(qū)別,即在沒(méi)有任何光亮的情況下,熱像儀可以使用,微光鏡則不能看到東西,而且,在明亮的環(huán)境中也不能用微光鏡觀察。相反熱像儀不管白天黑夜都能產(chǎn)生圖像,因?yàn)橹灰嬖跍夭?就能產(chǎn)生紅外線,它看得見任何發(fā)射紅外線的東西。紅外熱像儀的缺點(diǎn)是不能給出特別清晰的圖像,所以不能說(shuō)出那人穿什么衣服、長(zhǎng)的什么樣。在執(zhí)法行動(dòng)中兩種技術(shù)經(jīng)常配合使用。熱像儀用于發(fā)現(xiàn)嫌疑犯,而微光鏡則用于確認(rèn)目標(biāo)。對(duì)于執(zhí)法人員來(lái)說(shuō),在黑暗中能夠看得見十分重要。德克薩斯州喬治敦的巡警兼熱像攝像員凱利•德沃爾對(duì)此深有感觸："利用這種技術(shù),警員要安全得多,它能使警員發(fā)現(xiàn)周圍潛在的威脅,沿盡可能安全的路線,接近并逮捕嫌疑犯,沒(méi)有夜視器材,有時(shí)難免會(huì)和犯罪分子直接碰面。"
隨著夜視技術(shù)的不斷進(jìn)步，使人的視力延伸到過(guò)去被夜幕籠罩的空間，而且使夜戰(zhàn)的獲取能力、機(jī)動(dòng)能力、協(xié)同能力和打擊力增倍。
二．警用熱像儀的應(yīng)用
犯罪分子可能從未想到,在寥寥星光的夜幕下,他們的一舉一動(dòng)會(huì)清楚地收人警察的眼中。據(jù)統(tǒng)計(jì),世界上47%的暴力犯罪案件發(fā)生在晚6點(diǎn)到早6點(diǎn)之間。原因很簡(jiǎn)單----在夜幕的籠罩下,犯分子易于隱蔽,易于接近受害者,犯罪場(chǎng)面也不容易被看見。如今這種情況得到了改觀,隨著夜視技術(shù)的發(fā)展,夜幕已不再是犯罪分子的保護(hù)傘。相反,通過(guò)夜視裝置,執(zhí)法人員可以很容易地發(fā)現(xiàn)并懲治企圖犯罪的人。
目前,夜視技術(shù)在尋找并營(yíng)救失蹤人員、搜尋逃犯、緝毒、監(jiān)視周邊情況等方面都得到了廣泛的應(yīng)用,成為執(zhí)法中不可缺的工具。在設(shè)計(jì)者和工作人員的努力下,夜視技術(shù)特別是熱成像技術(shù)的用途越來(lái)越廣泛,就目前的用途,歸納起來(lái)有十幾項(xiàng)之多,已經(jīng)得到廣泛認(rèn)可的幾種警察經(jīng)常用到的有：
1. 建筑物輪廓顯示 如今，緝毒行動(dòng)日漸復(fù)雜,許多地方的大麻種植也由室外轉(zhuǎn)到了室內(nèi),這給執(zhí)法人員調(diào)查取證增添很大的麻煩。夜視技術(shù)的應(yīng)用解決了這一難題,因?yàn)槭覂?nèi)種植大麻時(shí)要用1千瓦的大鹵光燈照明以提供生長(zhǎng)所需的光和熱。這些燈在加熱建筑物內(nèi)部的同時(shí).熱量會(huì)向建筑物外表面輻射,通過(guò)熱像儀能夠看到這種熱量在揮發(fā),從而為警察緝毒行動(dòng)提供幫助。
2. 完成營(yíng)救任務(wù)、搜尋逃犯 用微光鏡和熱像儀可以通宵尋找失蹤人員或逃犯。人是熱的強(qiáng)輻射體,通過(guò)熱像儀很容易確定他們的位置。使用熱像儀還可以發(fā)現(xiàn)躲藏在隱蔽物內(nèi)的人。例如,喬治敦警察局在押送兩名罪犯時(shí),由于疏忽致使罪犯逃脫,于是警察立即開始追捕行動(dòng)。其中有一名逃到一片草木叢生的地帶后，隱藏了起來(lái).警察三次經(jīng)過(guò)罪犯藏身的地點(diǎn),用手電筒也沒(méi)找到。最后使用雷西昂公司生產(chǎn)的手持式熱像儀,僅用了25秒就抓到了罪犯。
3. 保障警員安全 使用夜視技術(shù)警員能在夜間發(fā)現(xiàn)嫌疑犯,而自己不被看到。在加利福尼亞曾有這樣一個(gè)案例,毒品管制局的執(zhí)法人員用熱像儀監(jiān)視一伙涉嫌秘密制造毒品的犯罪團(tuán)伙,這伙不法之徒在山里的據(jù)點(diǎn)中活動(dòng)猖獗。每到夜里都要出來(lái)尋找在樹林中監(jiān)視他們的警察,警員們?cè)诹值刂杏脽嵯駜x使自己一直未被這伙歹徒發(fā)現(xiàn),保證了自身的安全。
4. 車輛跟蹤 車輛在使用時(shí)和使用之后都散發(fā)出大量的熱。熱輻射不僅來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī),而且來(lái)自輪胎、剎車和排氣管。用配有熱像儀的警用直升機(jī)可以從空中跟蹤嫌疑犯的車輛,即使在其不開車燈時(shí)也一樣能做到。裝有車載熱像儀的巡邏車還可以靠探測(cè)剛熄火車輛的散熱,跟蹤駛?cè)胪＼噲?chǎng)中的或已遠(yuǎn)離的疑犯車輛。
5. 發(fā)現(xiàn)弄亂的表面 用肉眼也許看不出復(fù)原的土壤表面,但用熱像儀則可以看出來(lái),因?yàn)楫?dāng)某處的表面被弄亂時(shí),該表面的熱輪廓也會(huì)被破壞,翻過(guò)的土壤熱輻射也和壓實(shí)的土壤不同。通過(guò)熱像儀的這種功能可以找到被埋的東西。警察曾處理過(guò)這樣一個(gè)案例,一男子盛怒之下,殺死自己的妻子,為掩蓋罪證,該男子將尸體埋在后院,并用草皮蓋住埋尸地點(diǎn),該男子自以為做得天衣無(wú)縫,但警察使用熱像儀很快就找到了尸體。如今,執(zhí)法機(jī)關(guān)已經(jīng)開始使用熱像儀尋找受害者的埋藏地點(diǎn)。一般認(rèn)為用熱像儀能找到90天內(nèi)的新墳,但最近美國(guó)地理協(xié)會(huì)用熱像儀發(fā)現(xiàn)了2000年前的一座埃及古基。
6. 發(fā)現(xiàn)暗藏的隔層 汽車廠經(jīng)常用熱像儀檢查汽車是否存在故障。警察將熱像儀的這一用途用于檢查車輛有無(wú)隔層。毒品販子常常將毒品放在輪胎、假的氣罐和回氣管或車輛的其它艙室中,光靠肉眼檢查很難發(fā)現(xiàn)這些破綻。通過(guò)熱像儀則簡(jiǎn)單的多,如車輛有兩個(gè)回氣管并有一個(gè)是假的,通過(guò)熱像儀觀察會(huì)發(fā)現(xiàn),使用中的回氣管顯得發(fā)白發(fā)熱,而另一個(gè)則無(wú)此現(xiàn)象。據(jù)悉,美國(guó)一墨西哥邊界的聯(lián)合聯(lián)邦檢查組采用這種方法,已經(jīng)發(fā)現(xiàn)企圖過(guò)境的幾千件毒品和不法僑民的走私物品。
7. 周邊監(jiān)視 在搜捕疑犯或處理緊急情況的時(shí)候,警察所采取的第一個(gè)行動(dòng)就是對(duì)事故地點(diǎn)進(jìn)行封鎖并在周邊派出警戒,防止疑犯逃跑或有人進(jìn)入警戒區(qū)域干擾辦案,通過(guò)手持的或裝在車上的熱像儀可以使周邊控制更加有效。如今,許多國(guó)家已經(jīng)開始使用夜視技術(shù)對(duì)罪犯管教機(jī)構(gòu)、工廠和機(jī)場(chǎng)等地的周邊地帶進(jìn)行晝夜監(jiān)視,防止意外。熱像儀還可以幫助警察檢查商業(yè)區(qū)的安全。因?yàn)闊嵯駜x不能透視玻璃,通常窗戶看上去與墻是一體的,如果用熱像儀看到了屋子里的東西,就說(shuō)明窗戶是打開的或是被打破了,因而該房子已經(jīng)或正在被盜。利用這一辦法既有效又節(jié)省時(shí)間。
8. 環(huán)境保護(hù) 油、化學(xué)物品等污染物發(fā)出的熱輻射與其周圍的土壤或水發(fā)出的輻射不同。通過(guò)熱像儀能夠跟蹤這些污染物并尋其源頭。這一用途是在美國(guó)毒品管制局跟蹤一條來(lái)自南美洲的船只時(shí)發(fā)現(xiàn)的。該船駛進(jìn)紐約港時(shí),通過(guò)熱像儀觀察到了它將污水系統(tǒng)打開并將污水倒入海港的過(guò)程。此次事件后,美國(guó)毒品管制局、聯(lián)邦調(diào)查局等機(jī)構(gòu)開始借助自身優(yōu)勢(shì),自覺地參與到了環(huán)境保護(hù)中。如今,熱像儀已被環(huán)保組織大量用于尋找那些造成污染的工廠、清除水上浮油等行動(dòng)中。
9. 檢測(cè)遺留痕跡 熱像儀對(duì)交通警察同樣也有很大的幫助,在交通事故現(xiàn)場(chǎng)使用熱像儀有助于他們更準(zhǔn)確地測(cè)定滑行痕跡,考察滑行情況。剎車時(shí),僅會(huì)有較少的橡膠留在路面上,采用傳統(tǒng)方法很難準(zhǔn)確測(cè)定滑行距離及撞車時(shí)車輛的速度。但輪胎在與路面摩擦?xí)r會(huì)產(chǎn)生熱量,而熱像儀能夠看到這些痕跡,所以熱像儀可以用于獲得滑行數(shù)據(jù)。在駕駛員開始踩剎車的地方就會(huì)有滑行的影像痕跡,由此就能確定該駕駛員實(shí)際上開得有多快。
熱像儀也可幫助警察確定滑行痕跡是屬于哪一輛車的。當(dāng)有若干可見的滑行痕跡與事故無(wú)關(guān)時(shí),這一用途就顯得很重要,因?yàn)橐_定哪條痕跡是哪輛車留下的并不容易。
犯罪現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查是熱像儀的又一新用途。熱像儀可以協(xié)助警察收集證據(jù),或確認(rèn)關(guān)鍵證據(jù)。墻上或地板上的血雖然經(jīng)過(guò)清洗,仍然會(huì)留下熱像儀能夠看出來(lái)的熱特征。熱像儀不能識(shí)別該物質(zhì)的類型,但是它可以引起調(diào)查人員的注意。美國(guó)普萊諾警察局的警員曾經(jīng)做過(guò)這樣一個(gè)試驗(yàn),在墻上寫字后,將字涂掉,用熱像儀仍能發(fā)現(xiàn)字的痕跡。但是這些熱特征的存在時(shí)間很短,時(shí)間長(zhǎng)短取決于大氣條件。手印可存留15分鐘，但如果天氣寒冷或有風(fēng),痕跡將很快消失。
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