基于Microbolometer的热AI相机

基于Microbolometer的热AI相机

在过去的几年中，无论是在中国还是在全球，对监视系统的市场需求都在激增。在所谓的“智慧城市”中，摄像机是实现安全的基本工具，在任何地方都需要全面监控。

Movidius处理器支持AI应用程序的视觉处理。

在接下来的页面中，我们获得了系统咨询的帮助，可以在海康威视的热像仪内部进行查看。

热像仪

在接受System Plus Consulting采访时，我们检查了海康威视DS-2TD2166-15 / V1热网络摄像机的技术和结构方面。System Plus Consulting的技术人员描述了系统的电子和物理硬件结构，重点介绍了组成系统的不同元素。

它的技术和结构特性使其非常适用于防止火灾并及时检测公司和工业过程中的过热和温度变化。

它的VCA（视频内容分析）功能支持两个完全不同的过程：检测时间和空间中的事件以及分析视频。它具有4种VCA规则类型（“线交叉”，“侵入”，“区域入口”和“区域出口”），并且最多支持8个VCA规则。

摄像机获取热图像，使用户能够在完全黑暗的环境中和困难的条件下检测人，物体和事故。因为它仅对人体发出的红外辐射敏感，所以它查看和记录图像的能力不受所记录场景中光线的影响。

温度测量功能可以测量被监视点的实际温度。当温度超过阈值时，设备会发出警报。让我们看看这个房间的硬件部分的结构

1：海康威视DS-2TD2166-15 / V1热网络摄像机。单击以放大图像。（来源：System Plus咨询）

海康威视硬件

图2：海康威视的某些板。单击以放大图像。（来源：System Plus咨询）

图3：海康威视电子板2。单击以放大图像。（来源：System Plus咨询）

决定成本的80％的主要部分是测微辐射热计（氧化钒）。Peltier的电池及其温度控制电路为它提供了支持。

镜片

支持测微辐射热计的主模块由各种透镜组成，以优化传感器上的红外光束。从图4和5中，我们可以看到直径为19.6毫米的锗（Ge）透镜和两个直径不同的三硒化砷（As2Se3）透镜，其中一个直径为17.6毫米，另一个直径为27.6毫米。

图4：摄像头模块。单击以放大图像。（来源：System Plus咨询）

图5：镜头模块单击以放大图像。（来源：System Plus咨询）

在光学中，f /数（有时称为焦比或相对光圈）是光学系统的参数，表示光的接收面积。即，焦距除以孔径的直径。

孔径较大的透镜可以让更多的光或红外辐射通过。因此，大量的红外辐射将根据信噪比改善测量效果。可以识别测量质量的参数称为“ NETD”或“噪声等效温度差”。它通常以毫开尔文（mK）表示，并测量热图像检测器可以分辨出热辐射图像中的细微差别的程度。微辐射热检测器的未冷却热成像摄像机的典型值约为45 mK。

微测辐射热计

图6：微辐射热计– IRAY RTD6171MR。单击以放大图像。（来源：System Plus

图7：RTD6171MR 17µm微量测辐射热仪–拆卸。单击以放大图像。（来源：System Plus咨询公司）。吸气剂可显着减少除气并保持包装腔内的低压。

System Plus着重介绍了微辐射热计的物理特性，总结如下：

模具面积：175.2mm²（13.6 x 12.8mm）

像素面积：96.4mm²（10.9 x 8.85 mm）

像素矩阵：641 x 520

有效像素矩阵：640 x 512

便签号码：107

引线键合：32

通过对其内部进行分析，我们可以看到反射器位于吸收材料的下方，并与基材接触，从而使杂散光重新定向以优化信号。吸收材料从基板“悬浮”以实现隔热，同时真空封装构成的像素栅格以提高耐用性和可靠性。热成像相机中使用的大多数测微辐射热计都使用氧化钒作为吸收材料，因为它具有更好的热对比度，可确保获得更准确，更清晰的图像。

对于典型的电阻器，氧化钒检测器的阻抗约为100Kohm，与通常具有30Mohm阻抗的α-Si检测器不同。在这些条件下，氧化钒材料的Johnson噪声电压较低，因此测量时的噪声较小。约翰逊噪声电压取决于三个条件：电阻值，电路带宽和温度。

珀耳帖电池是廉价的热电设备，像本相机一样，用作发电机，冷却和精确温度控制的技术，可将物体的温度保持恒定在预定水平。珀耳帖电池基于热电现象原理。这些现象是基于两种不同金属材料的PN结中电压电平差异的形成。

与其他类型的红外检测设备不同，氧化钒微辐射热测定仪无需冷却。氧化钒根据温度显示出不同的行为。镀膜玻璃可以在特定的特定温度下阻挡红外辐射（但不阻挡可见光），从而使相机电子设备能够处理电磁光谱中的图像并将其复制为伪彩色。

其他模块

图2：海康威视的某些板。单击以放大图像。（来源：System Plus咨询）

热像仪具有PoE（以太网供电）接口，Texas Instruments的TPS2378DDDAR PoE高功率PD接口和TL2845BDR-8电流模式PWM控制器支持该接口。后者以最少的外部组件数量提供了实现离线或DC-DC固定频率电流模式控制方案所需的所有功能。

TPS2378DDAR的低0.5Ω内部开关电阻，加上PowerPAD封装增强的散热性能，使PoE系统能够连续处理高达0.85 A的电流。以太网供电（PoE）是一种通过双绞线传输电能的技术。一对以太网电缆：提供电源的设备称为电源设备（PSE），而被供电的设备称为受电设备（PD）。将PD连接到PSE时，PoE标准会指定流入PD的浪涌电流，以防止出现大电流尖峰。此外，PoE标准在PSE和PD之间提供了模拟握手（分类）以协商电源。

带有冷却和不冷却检测器的各种热像仪型号在市场上脱颖而出。带有冷却传感器的热像仪更加昂贵。现代的冷却式热像仪具有集成的图像传感器和低温冷却器。

得益于测微辐射热计，红外热像仪可以以较低的成本提供很高的精度。摄像机对物体散发的热量的表面温度进行测量，并将其作为图像投影到热像图屏幕上。

—吉田顺子的补充报道

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