用于建筑物缺陷检测的延时红外热像仪技术

根据联合国环境规划署的数据，建筑物占全球能源消耗的40％以上。能源成本的增加导致燃料贫乏程度的提高。改善在热方面能源效率低下的现有住宅并最大限度地减少供暖建筑物所需的能源需求是目前最为重要的，而改善住宅需要成功识别热效率低下的区域。红外热像仪技术是一种分析技术，专业建筑人员越来越多地将其用于此任务。由于红外辐射与温度有关，工作效率取决于通过建筑物围护结构的热量传递。如果整个建筑物之间存在足够的温差，则红外热像仪可以用作快速识别潜在建筑物缺陷的工具，而无需进行昂贵且破坏性的物理探索研究。

图为外部延时热像仪的实验装置，显示了解决方法学限制的设计方案。

目前，在单个时间点拍摄的图像中并非总是可以用于识别的。内部和外部条件也会影响建筑物的温度。具体效果将取决于特定织物存储热能的能力。一些新的红外热像仪具有记录图像序列的能力，从而创建了一个延时序列，为纵向建筑热像仪提供了新的机会，可以观察到建筑在更长时间内的瞬态热流。对于红外热像仪的这种纵向应用，术语“瞬态”和“延时”很重要。当某些因素（例如气候条件）随时间变化时，就会发现“瞬态”。“延时”是捕获间隔的数据集（例如图像）的过程，可以按顺序显示这些数据集，以加快缓慢的过程（如瞬态变化）的速度。

图为每隔两小时的红外热像图

因此，将延时红外热像仪定义为一种被动式红外热像仪方法，旨在通过记录一系列图像来更好地理解建筑物内部瞬态热流。延时图像捕获通常归因于摄影，其中通常可以通过与传统胶片不同的时间间隔速度（25帧/秒）保存图像帧来加快或减慢事件。鉴于建筑材料瞬态变化的缓慢特性，延时图像记录似乎非常适合红外热像仪。

识别出的裂缝和补丁的位置。

很明显，这种方法解决了实际限制，包括安全和保障问题。由于相机到物体表面的距离而导致的空间分辨率和FOV限制、不受欢迎的前景物体和观察正面的困难以及向热像仪持续供电所带来的挑战都得到了实质性的缓解。

这项工作还研究了不同建筑物的延时分析所需的不同时间分辨率。对以20–30分钟的图像间隔录制的定时短片的定性分析表明，序列中的某些图像在视觉上与其他图像相同，无助于辨别热图样的变化。

图为每隔两小时的红外热像图

研究发现，连续图像之间的表观温度差异会随构造类型而变化，这表明没有一个单一的时间分辨率会适合所有情况。由于有时会对结构进行假设，因此红外热像仪应该在短时间内使用小于30分钟间隔的时间分辨率来捕获图像，然后再根据初始结果分析并降低时间分辨率。与定性分析相比，定量分析（例如U值确定）可能需要图像之间更准确或更低的温度差，进而需要更短的时间分辨率去定量分析。

参考资料：

Matthew Fox, David Coley, Steve Goodhew, et al. Time-lapse thermography for building defect detection. Energy and Buildings. 92:95-106, 2015.