一、紅外熱成像技術原理簡介

紅外熱成像系統是將物體的紅外輻射聚焦到非制冷紅外焦平面探測器(簡稱紅外探測器)上，紅外探測器將強弱不等的紅外輻射信號轉換成相應的電能信號，然后經過信號放大、過濾和視頻信號處理，形成可觀察的視頻圖像。

不同物體甚至同一物體不同部位輻射能力和它們對紅外線的反射強弱不同，利用物體與背景環(huán)境的輻射差異，以及物體本身各部分輻射的差異，熱成像能夠呈現物體各部分的輻射不同，從而能顯示出物體的特征。它不是人眼所見的可見光圖像，而是目標物體表面溫度分布圖像，或者說，紅外熱成像是把人眼不能直接看到目標物體表面溫度分布，轉變成了可以看到的熱成像圖像。

紅外熱成像系統成像時，目標物體的某個單位面積與圖像的某一像素相對應，像素的色彩值就是熱像儀輸出的視頻信號電壓。

成像分辨率是衡量紅外熱成像系統紅外探測器優(yōu)劣的一個重要參數，它表示了紅外焦平面探測器上有多少個單位探測單元，現階段常用像素規(guī)格為： 160×120，320×240， 384×288

二、紅外熱成像特性分析

自然界中，任何溫度高于絕對零度的物體都會發(fā)出紅外輻射，物體表面溫度決定了輻射能量大小，輻射能量與紅外熱成像系統成像色彩值關系緊密。

在紅外熱成像圖像里，系統將探測到的紅外輻射強度信息轉化為電壓信號，不同的電壓呈現為相應的色彩值顯示成圖像，色彩值是被用來直觀呈現不同溫度區(qū)域。

在高濕度環(huán)境中，空氣中的水汽會吸收和散射部分紅外輻射，導致紅外熱成像設備接收到的來自目標物體的紅外輻射強度減弱，那么對應物體顯示的色彩值可能就比實際溫度對應的色彩值要低。不同材質的物體表面發(fā)射率不同，發(fā)射率越高的物體，在相同溫度下發(fā)出的紅外輻射越強。黑色粗糙表面的物體發(fā)射率較高，白色光滑表面的物體發(fā)射率相對較低。同一物體，表面狀態(tài)發(fā)生變化時，發(fā)射率也會改變，進而影響溫度和色彩的關系。同一物體，輻射角度發(fā)生變化時，發(fā)射率也會改變，進而也會影響溫度和色彩的關系。

三、防溺水系統中的應用場景

防溺水系統有三種應用場景，識別判斷三種場景下的人員安全。三種不同的場景采用不同的防溺水系統。

1、禁止游泳的水域

這個場景下的水域情況復雜危險，現場無管理人員，為保護人民群眾的生命安全，禁止人員下水游泳。在這個場景下的防溺水系統采用可見光攝像機+紅外熱成像攝像機組成，設置區(qū)域周界劃定，系統一旦發(fā)現人員進入報警區(qū)域，就能現場提醒及遠程平臺報警。這類防溺水系統不是用于識別判斷人員正常游泳還是游泳中出現了溺水的情況，只是識別判斷有沒有人進入到危險區(qū)域。這種場景下的水域夜晚沒有照明，采用紅外熱成像攝像機可以實現24小時的監(jiān)控，但由于熱成像的像素較低，黑夜僅僅通過熱成像識別，會把一些動物誤識別成人體，產生誤報。

這類帶有紅外熱成像的防溺水系統的主要廠家有海康威視、浙江大華等，系統較成熟，應用于禁止游泳的自然水域。

2、允許游泳的自然水域

這個場景下的水域一般為海濱浴場或是水質環(huán)境優(yōu)良的江河湖泊，具有各種滿足游泳的安全設施，現場一般有管理人員。在這個場景下的防溺水系統需要識別每個游泳人員的狀態(tài)，是處于正常游泳的狀態(tài)還是危險的狀態(tài)。這就需要實時地連續(xù)地獲取每個游泳人員的狀態(tài)。

這種場景下的防溺水系統可以采用智能穿戴式或是AI視覺類的防溺水系統。

3、專業(yè)的室內外游泳池、游泳場館

這個場景是指室內外人工建造的游泳池，這類游泳池具有建筑標準，水質透明度高，燈光光照有國家標準，能清晰得看到游泳池中各個位置的游泳人員。在這個場景下的防溺水系統需要識別每個游泳人員的狀態(tài)，是處于正常游泳的狀態(tài)還是危險的狀態(tài)。這就需要實時地連續(xù)地獲取每個游泳人員的狀態(tài)。

在這種專業(yè)室內外游泳池場景的防溺水系統可以采用智能穿戴式或是AI視覺類的防溺水系統。在這種游泳池的場景下，首推AI視覺防溺水系統，該類系統不需要游泳人員穿戴設備。

四、紅外熱成像技術在防溺水應用場景中的有效性分析

基于紅外熱成像系統特性，從應用場景特性、判別邏輯、圖像內容分析、設備性能影響多個方面有效性分析。

（1）不同防溺水場景下的識別內容及判別邏輯不同

禁止游泳的水域只是判斷人員是否進入報警區(qū)域。在這個場景中，紅外熱成像是適合的技術。圖像內容分析是基于禁止/非禁止區(qū)域識別，劃分禁止/非禁止周界區(qū)域，對進入禁止區(qū)域的人員實時進行預警處置，核心為識別人員所處在的位置信息是否位于禁止區(qū)域。當目標進入到危險區(qū)域（水域）時，系統發(fā)出報警，而無需識別判斷人員的游泳行為、游泳姿態(tài)。這種場景下的水域夜晚沒有照明，采用紅外熱成像攝像機可以實現24小時的監(jiān)控，非常適用于禁止游泳的池、塘、河、湖、江、庫堤、岸、水邊區(qū)域的大范圍防溺水監(jiān)測應用。但由于熱成像的像素較低，黑夜僅僅通過熱成像識別，會把一些動物誤識別成人體，產生誤報。

在可以游泳的水域（自然水域、專業(yè)室內外游泳池）是要識別判斷人員在游泳的過程中是否安全。在這個場景下的防溺水系統需要識別每個游泳人員的狀態(tài)，是處于正常游泳的狀態(tài)還是危險的狀態(tài)。游泳人員是否危險狀態(tài)的核心邏輯判斷如下：連續(xù)識別判斷游泳人體是否處于水中，有沒有正常的游泳動作，有沒有位移量。游泳場景下的防溺水系統需要實時地連續(xù)地獲取每個游泳人員的狀態(tài)進行判斷。當人體在水中時，水對人體熱量阻檔，紅外熱成像無法獲得人體圖像，系統就無法識別到游泳人員在水中的狀態(tài)，無法知道是正常游泳還是存在危險情況。如果人體進入水中失去熱成像圖像就進行報警的話，那這個報警系統就亂套了，誤報會多到根本無法正常使用，失去系統的價值。應用于游泳的防溺水系統，就是要判斷人在水中的狀態(tài)，要對游泳人員連續(xù)跟蹤識別判斷游泳狀態(tài)，這是針對游泳場景的防溺水系統的核心。這點恰恰是紅外熱成像無法做到的，在應用于游泳場景的防溺水系統中，熱成像技術沒有使用意義，連輔助的作用也沒有，因為人體進入水中就沒有熱成像圖像的人體目標了，而這正是游泳場景中的防溺水系統需要獲得的關鍵信息。

在應用于游泳場景的防溺水系統中，藍豚安全科技的藍豚智能防溺水系統，能實時連續(xù)跟蹤每個游泳人員，跟蹤識別每個游泳人員的行為動作、姿態(tài)、行為軌跡是否有疑似溺水的狀態(tài)，實時判斷每個游泳人員是否存在危險，不丟目標，報警準確率高，應用多個場館，客戶反饋真實有效不作假。

（2）?溫差識別失效?

如果將熱成當人體軀干或局部浸水時，體表溫度迅速與水溫趨同，導致熱成像技術難以捕捉有效信號。實驗數據顯示，此時紅外成像的溫差對比度會下降至原始值的33%。尤其在游泳場景中，若溺水者僅頭部浮出水面，其體表溫度與水面溫差進一步縮小，可能直接導致系統漏檢，從而丟失目標。此特性說明熱成像不適用于游泳場景的防溺水技術。

（3）?空間分辨率不足?

現有熱像儀普遍采用320×240像素的低分辨率傳感器。在50米標準泳池中，單個像素對應的實際面積達16.3cm2，整個人體就是幾個像素點，無法精準識別溺水者身體部位、面部朝向、肢體動作等關鍵特征。例如，頭部口鼻持續(xù)浸沒在水里的溺水狀態(tài)可能被誤判為正常在水面上。此特性說明熱成像不適用于游泳場景的防溺水技術。

（4）?環(huán)境干擾嚴重?

泳池環(huán)境的高濕度（常＞85%）對8-14μm波段紅外線吸收率達62%，造成熱成像信號衰減。測試表明，此類環(huán)境下人體識別準確率會下降71%。此外，水面波動、強光反射或漂浮雜物（如泳圈、衣物）也會干擾熱成像算法的判斷，導致誤報率上升。此特性說明熱成像不適用于游泳場景的防溺水技術。

綜上所述，防溺水系統一種是應用于禁止游泳的水域，一種是應用于游泳場景（允許游泳的自然水域、室內外游泳池、游泳館）。

紅外熱成像的防溺水系統應用在禁止游泳的水域中，與可見光攝像視頻監(jiān)控系統結合，可形成全天侯禁止游泳的室外水域防溺水預警防護體系，在禁止游泳的池、塘、河、湖、水庫的水域邊界的安全管理中發(fā)積極作用。

經過專家技術驗證及實地勘察案例，紅外熱成像技術不能應用于游泳場景的防溺水系統，其特性決定了無法有效識別水中的人體，無法連續(xù)跟蹤識別判斷水中人體的游泳狀態(tài)，紅外熱成像技術在游泳場景中無法起到輔助的作用。