Archive for 12月, 2020

傳統的農業耕作方式存在成本高、效益低且環境汙染等諸多問題，由粗放式傳統農業向信息化精準農業轉化是農業發展的必然趨勢。精準農業（Precision Agriculture，簡稱PA），能夠快速獲取作物信息並進行解析，是其發展的必要條件。紅外熱成像技術具有快速響應的優點，並可通過手持或機器搭載的方式，做到無接觸、無損地獲取作物熱像信息。另外，在所有監測作物指標中，作物的表麵溫度被認為是響應最快的指標，能夠在作物出現肉眼可視症狀前察覺到作物的脅迫。因此，紅外熱成像技術被認為是精準農業發展中最有前景的技術手段之一。

幹旱、凍害以及侵染性病害會對農作物的生理造成影響，其中部分生理影響使作物表麵溫度產生的變化相較於正常作物的溫度十分顯著，因此紅外熱成像技術可用於監測作物生長或作物存儲的部分生理狀況，並且有助於實現農業監測方麵的智能化、信息化管理作業。

本文介紹了熱紅外成像技術的基本原理和常用的圖像處理手段，總結了紅外熱成像技術在目前國內外農業中的研究與應用進展（包括水分脅迫、侵染性病害監測、凍害脅迫、產量預測以及其他應用），分析了紅外熱成像技術在農業領域的開發與應用中所麵臨的難題和未來發展趨勢。

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最近幾年間，紅外熱像儀技術是光機電為一體的高科技產品，其技術已成為全世界普遍關注的熱門產業技術，由於作為紅外熱像儀關鍵性技術的紅外探測器及技術取得長足進展，特別是非製冷紅外焦平麵陣列技術取得突破，實現了非製冷紅外焦平麵陣列熱像儀成為小型化低成本應用的主流，解決了紅外診斷技術在各個領域因價格長期居高不下造成的應用障礙。根據攝影基本原理，紅外熱像儀由二個基本部份組成，即光學器件和探測器。光學器件將發出的紅外輻射聚集到探測器上，探測器把入射的輻射轉換成電信號，進而被處理成可見圖像，即紅外熱圖。

紅外熱像儀的紅外診斷技術

紅外診斷技術是設備診斷技術的一種，它是利用紅外技術了解和掌握設備或設施在使用過程中的狀態，確定其整體和局部是正常或異常，以早期發現故障或缺陷及其原因，並能預測故障或缺陷發展趨勢的技術。紅外診斷技術的構成有四個技術要素，即檢出信息（特征參量紅外幅射信息的檢出）、信號處理、識別評估和預測技式。據此，可以認為具有紅外診斷技術特征的熱像儀是最佳預防性和診斷解決方案的理想選擇。

為什麼使用紅外熱像儀測量？第一是安全，熱像儀是一種非接觸式測量技術，可用於從安全距離發現電氣、機械或工藝問題。這意味著您無需離目標很近，即可測量移動中或位於高處的高溫表麵。第二是探測效率高，不管您在工業設施還是在商業設施中工作，都可以快速掃描較大的表麵或發現溫差，這種溫差常常表明存在問題，或即將發生故障。第三是贏利性，采用熱像儀技術有助於提高贏利能力。它可以降低能量消耗，或幫助保持您的關鍵設備正常運轉。

紅外熱像儀的應用

紅外熱像儀的應用包含：電力行業和設備維護、建築領域、電子製造與車輛製造業、石化和冶金、LED和太陽能及它製造業、軌道交通等多個領域。
值此本文就紅外熱成像技術在軌道交通與建築（以隧道為例）領域中的應用作重點研討。

紅外熱成像技術在軌道交通中的應用

為什麼需要在軌道交通中使用紅外熱像儀？

紅外技術能檢測出導致能量損失的軌道交通中的缺陷。

眾所周知，軌道交通是一個龐大、複雜的交通運輸係統，從機車製造到運營對於可靠性、安全性均十分重視。這是因為：其一是無論何種設備，其設備維護是一種設備運轉狀況驅動的預防性維護。它是對運轉狀況、效率、熱量分布和其他指標進行直接監視，以便確定實際的平均無故障時間或對其危害在設施內所有關鍵係統裝置運轉效率損失的確定。故需定期地測量設備，隨時間跟蹤測量結果，而溫度恰恰就是一個非常有用的參數。目前紅外熱像儀檢測技術就是其中監視溫度的一種重要檢測手段。其二是車輛（無論如是機車還是汽車）製造業隨著軌道交通行業的蓬勃發展，消費者對於機車的要求也越來越高，軌道交通與汽車行業一樣，未來就是環保性，安全性，舒適性。紅外熱像儀技術除了用在機車生產廠內對電氣設備進行例行維護外，還可在軌道交通運營過程中能更有效、更快速、更準確地診斷出機車設計，結構等的相關缺陷。

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人工智能要與物聯網結合，其核心是要能夠運用大量的傳感器設備，綜合視覺、語音、動作、溫度等數據，讓人與人、人與物、物與物的溝通變得更自然高效。

在國內各安防廠商展位上，架構、方案、產品等落地層麵，都不約而同的展示或新推出視頻監控產品，紅外熱成像相關的安防產品也成了重要的組成部分。

在人工智能和物聯網結合領域，紅外熱成像不僅裝上了夜視眼睛，而且還裝上了溫度計，使其具備了黑夜識別、煙火智能識別、精準溫度獲取等能力，助推了智慧應急/智慧消防、智慧交通、智慧製造、智慧園區、智慧校園、智慧社區、智慧監獄、智慧電力等領域的方案完善。

紅外熱像儀也叫紅外熱成像係統或紅外探測係統，是一種用來探測目標物體的紅外輻射，將目標物體的溫度分布圖像轉換成視頻圖像的高科技產品。

紅外熱成像感應熱能輻射成像，具有不受黑夜限製、可穿透偽裝的複雜環境、透過霧霾煙粉塵、同時感應溫度變化等特點，其獨有的夜視和測溫能力進一步推進了紅外熱成像在更多人工智能和物聯網場景中的應用。

最早運用在軍事領域，隨著紅外熱成像技術的發展與成熟，低成本的民用紅外像設備出現，在民用領域得到了廣泛的應用。

隨著紅外熱成像技術的發展與成熟，各種適用於民用的低成本紅外熱成像設備出現，其在國民經濟各個領域發揮著越來越重要的作用。

目前，紅外熱成像技術和設備，在軍用和民用領域均有廣泛的應用，如坦克、裝甲車的夜視，飛機和導彈武器，船載夜間識別和指揮、安防監控，輔助駕駛，消防及預警等。

特別是在安防領域，昔日應用於重要高端監控和政府基礎設施的紅外熱成像，未來的主要應用和走向，安防行業的大廠已經給了我們答案。

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在不久的將來，船上機械設備也將受益於紅外熱像儀，尤其是作為預入港策略，為設備和需要關注的係統確定和設定目標，同時執行必要的排礙工作。如今，紅外熱像儀在船上能夠發揮更大的作用。

商船是熱成像檢測的主要對象：它們擁有大量的機器、龐大的電氣設備、擴展的電子係統，這些地方幾乎很難通過肉眼進行檢驗。除此以外，防火是一項重要的工作，且相關規定也很明朗：根據《國際海上人命安全公約》，機器和機輪艙內部件及組件的最高溫度不可超過220℃。為防止起火和火勢蔓延，所有超過220℃的表麵溫度必須進行隔熱，或者受到保護（《國際海上人命安全公約》第2章15.2.10節）。 據統計顯示，大部分輪機艙內的火災是由破裂的管道引起的，包括最終噴濺到相鄰熱表麵的燃料和油。這並不常發生。但是，輪機艙內的火災不僅會對運輸船和貨物造成嚴重且代價高昂的後果，而且對船上人員以及貨運公司同樣如此。

小缺陷不計其數，而且經常缺少《國際海上人命安全公約》中所要求的管道和電纜絕緣設備。此外，使用紅外熱像儀進行熱成像檢測能夠立即顯示電路、電力係統和船艙上其他裝置及部件的狀況。更廣泛地說，紅外熱像儀可在裝載和卸貨時實現快速、準確地檢測，以保障當前地海上貿易。

熱成像檢測具有不影響船舶運行的優點。在檢測條件良好的情況下，發動機的運行必須保持正常的負載和溫度。

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膝關節骨性關節炎(KOA)是老年人的常見疾病，隨著人口老齡化的加劇，到2020年KOA有可能成為殘疾的第四大主要原因，是導致老年人膝關節功能喪失、致殘的一個重要因素，它引起的疼痛和功能障礙嚴重影響人們的生活。目前KOA臨床常用影像學檢查包括X線、CT、MRI等。X線能夠檢測KOA的骨骼特征及關節間隙寬度，但對評估KOA關節組織損傷缺乏靈敏性和特異性，不能直接觀察關節結構。

CT可以用於判斷是否有骨折和骨贅，但CT輻射大，不宜多次檢查；MR可用於判定KOA合並半月板損傷及關節腔積液，但其價格昂貴，不能成為常規的檢查方式。近年來，隨著肌骨超聲檢查技術的進步，應用超聲觀察解剖結構病變和KOA疼痛之間關係的研究逐年增多。有研究使用超聲檢查發現膝關節解剖結構改變與疼痛之間存在關聯。但MALAS等研究未觀察到有症狀組病人西安大略和麥克馬斯特大學骨關節炎指數(WOMAC骨關節炎指數)與軟骨退化嚴重程度之間有正相關關係。KOA結構病變與疼痛之間的關係尚無定論。紅外熱成像能夠對病變進行生理和功能檢查。

目前，膝關節紅外熱成像大多應用於炎症性關節炎所致的膝關節病變研究，用於評估KOA的研究較少。本研究聯合肌骨超聲和紅外熱成像方法，評估KOA病人的疼痛、功能障礙嚴重程度，探討聯合檢查對KOA臨床評估的價值。

目的是了解超聲聯合紅外熱成像評估膝關節骨性關節炎疼痛及功能障礙的價值。膝關節骨性關節炎病人42例，采用彩色超聲診斷儀檢測病人軟骨磨損程度，按照超聲檢查結果將研究對象分為輕度組(23例)和中重度組(19例)。使用視覺模擬評分(VAS)、WOMAC骨關節炎指數對受試者的疼痛和功能障礙進行評估。於就診當天及4周後使用SP-9000醫用紅外熱成像儀進行紅外熱成像檢查。

超聲檢測顯示的膝關節軟骨磨損程度與膝關節骨性關節炎的疼痛呈強相關(r=0.817,P＜0.01)，與WOMAC骨關節炎指數呈強相關(r=0.827,P＜0.01)。膝關節髕骨溫度與超聲檢測的軟骨磨損程度呈中度相關(r=0.442,P＜0.01),上內側溫度、下內側溫度與軟骨磨損程度均呈弱相關(r=0.350、0.386,P＜0.01);上內側溫度與疼痛及WOMAC骨關節炎指數呈中度相關(r=0.490、0.438，P＜0.01)；膝關節髕骨溫度與疼痛、WOMAC骨關節炎指數呈中度相關(r=0.431、0.397，P＜0.01)；膝關節下內側溫度與疼痛、WOMAC骨關節炎指數呈弱相關(r=0.373、0.311，P＜0.05)。

受試當天及4周後兩次膝關節紅外熱成像檢查提示紅外熱成像評估膝關節的可信度和可重複性均良好(ICC範圍為0.73~0.84)。結論紅外熱成像和超聲檢查在膝關節骨性關節炎評估過程中聯合應用，可以一定程度上評定膝關節骨性關節炎的疼痛和功能障礙。