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    红外摄像机技术原理及可能遇到的问题

    作者:施工队长    来源:成都系统集成公司    更新时间:2011-3-8 19:49:38    设计指数:          ★★★ 

      在安防电视监控系统中,随着人们安全防范意识的提高、对重要场所24小时连续监控电视监控的需要和红外成像技术的成熟,红外摄像机的使用率越来越高,已逐渐发展成为一种趋势,不仅在银行、金库、博物馆、档案馆、图书文献库、监狱等重要部门应用,而且也在居民小区等一般电视监控工程中得到使用。

      红外摄像机的分类

      红外摄像机红外灯主要有以下三种:

      卤素灯泡加滤光片:照射距离较远,功率较大,但能量损失也大,因为加有滤光片,大部分可见光被滤掉而转变成热能,所以这种红外灯寿命很短,售后服务问题很多;

      激光管:照射距离最远,但角度很小,如果角度调大以后,由于能量有限,所以距离相对而言又变短了。从而可以看出,激光管应用于安防业是很矛盾的;

      红外摄像机LED发光二级管:这种的应用比较广泛,单管寿命很长,但管子多了,电流就大了,热量上去了,寿命就会缩短。同时,大电流还会有引起火灾的隐患。但是,这些弊端是可以避免的。

      LED类红外灯产品分为有红爆和无红爆两类。

      (1)有红爆产品使用波长为850nm的红外led发射管,使用中,近距离观察,红外灯会发出暗红色的光。

      (2)而无红爆产品使用波长为940nm的红外led发射管,使用中,红外灯表面没有任何光亮,因此更隐蔽。

      同一款红外摄像机,在850nm波长的感应度,比在940nm波长的感应度好到10倍。所以850nm这种有轻微红暴的红外灯拥有更高的效率,应当做为红外灯的首选。

      红外摄像机的监控原理

      红外摄像机是将摄像机、防护罩、红外灯、供电散热单元等综合成为一体的摄像设备。它实现夜视的基本原理是利用普通CCD黑白摄像机可以感受红外光的光谱特性(即可以感受可见光,也可以感受红外光),配合红外灯作为“照明源”来夜视成像。红外灯的功率和角度,红外摄像机的配置,一定焦距的感红外镜头,以及是否有良好的供电散热处理是判断红外摄像机性能的重要参数。

      在夜视监控系统中,常规的办法是利用可见光照明,但这种方式存在不能隐蔽、容易暴露监控目标等缺点,因此使用较少;目前隐蔽、科学的夜视监控是采用红外半球摄像机技术。红外摄像机技术分为被动式和主动式。被动红外摄像机技术是利用任何物质在绝对零度(-273℃)以上都有红外线辐射,物体的温度越高,辐射出的红外线越多。利用此原理制成的红外摄像机最典型的就是红外热像仪,但是,这种特殊的红外摄像机造价昂贵,因此仅限于军事或特殊场合使用。而主动红外摄像技术,是采用红外灯辐射“照明”(主要是红外光线),应用红外摄像机,感受周围景物和环境反射回来的红外光实现夜视监控。主动红外摄像技术成熟,稳定,成为夜视监控的主流。

      目前市场上也有许多产品是红外摄像机与红外线投射器分开的,这需要用户对红外摄像机性能有足够的了解,能够根据红外灯的角度、摄像机镜头参数等作合理的搭配。

      红外摄像机的成像

      红外摄像机技术分为被动红外摄像技术和主动红外摄像技术。

      被动红外摄像机技术是利用任何物质在绝对零度(-273℃)以上都发射红外光的原理,人体和热机发出的红外光较强,其它物体发出的红外光相对微弱,利用特殊的热红外夜视仪可以实现夜间监控。但这种特殊的热红外夜视仪造价昂贵,而且不能直观、清晰地反映周围环境状况,因此在通常的夜视系统中较少被采用。

      主动红外摄像机技术,即利用红外灯来产生红外辐射,发出人眼看不见的红外光去照射景物和环境,即可使用普通低照度CCD黑白摄像机或“白天彩色夜间自动转黑白”的摄像机或“红外低照度彩色摄像机”去感受周围景物反射回来的红外光,从而实现夜视功能。

      

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      现阶段的红外摄像机系统基本配置是:摄像机、镜头、红外灯、红外灯电源等。这里所指的摄像机要求是低照度摄像机,且红外灯发射的红外光能够被该摄像机接收,镜头也要求能感应红外光,其主要指标F值(通光量)越小,夜视效果越好。

      摄像效果的好坏,与摄像机及配套器件的合理选用有直接的关系。

      摄像机灵敏度是当被摄景物的光亮度低到一定程度而使摄像机输出的视频信号电平低到某一规定值时的景物光亮度值,摄像机的灵敏度越高,对微弱光的感应能力也就越强。当然,灵敏度越好摄像机价格也越昂贵。有的摄像机厂家,随意提高输出信号强度,灵敏度不错,但信噪比很差,导致图像“雪花点”很多,像质恶劣。

      不同规格CCD的摄像机会较大地影响到红外摄像机的图像效果。目前CCD摄像机规格有1/2"、1/3"、1/4"。l/3"CCD的光通量是1/2" CCD的44%,1/4"CCD的光通量是1/3" CCD 的50%,可见1/2"摄像机晚间图像效果最好,所以可以根据不同的环境和监控要求来选择不同规格的摄像机。

      所有红外摄像机都感应红外,红外线在可见光条件下对于红外摄像机来讲是一种杂光,会降低摄像机的清晰度和色彩还原,彩色摄像机的滤光片就是阻止红外线参与成像。要想使彩色摄像机感应红外线,现在有两个做法,第一,切换滤光片,在可见光条件下挡住红外线进入;第二是在无可见光的条件下移开滤光片,让红外线进入,这种方案图像质量好 .

      

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      红外摄像机中所遇到的问题

      红外摄像机近年来颇受大家的欢迎,主要原因是成本低,安装方便,但是在使用过程中总会遇到一些让我们想不到的问题,下面是我在生产和销售红外摄像机中所遇到的问题,供大家参考:

      1.防水和散热效果不理想:用的时间长了之后,里面或多或少会出现汽水(此现象主要集中在北方地区),造成这个现象的原因主要是出在外壳的密封效果不够和当时装机时没有考虑到温差。当红外灯开始工作时会产生大量的热量,同时由于部外壳的散热效果不够,这样就会大大降低摄像机的使用寿命,要解决这个问题其实可以考虑把红外摄像机的外壳做成多条线槽构成,这样有利于散热。

      2.夜视效果不理想:此现象主要表现是手电筒的效果或者是距离不够等等。其实这个问题主要是红外灯的角度和功能所造成的,我们现在红外摄像机所使用的红外灯又称850红外发射管,峰值波长在850,角度从5-60度可以选择,当红外发射管角度越小时照射距离越远,手电筒的效果就越明显,反之,角度越大就没有手电筒的效果,但是距离就大打折扣,要解决这个问题主要是看厂家想追求什么样的效果和什么样的成本,当然红外发射灯的功率和价格是成正比的,有的厂家在告诉顾客时一般都是说多少个灯?距离可以达到多少?但是大家可能忽略了一个问题——红外灯的功率和直径大小?当红外灯的外观和大小一样时,其实功率你是没有办法知道的,可能唯一的办法就只有实物测试了。从我个人生产红外摄像机的经验来解决这个问题,我采用的是多角度红外灯混合安装方式,这样资源可以充分被利用,远近都可以顾及到。

      3.白天色彩还原不够;大家不知道有没有注意到红外摄像机的色彩在白天都会或多或少的偏色,这个最直接的原因是摄像机滤光片的问题,一般红外摄像机使用能透过一定比例红外光线的双峰滤光片,其优点是成本低,但由于自然光线中含有较多的红外成份,当其进入CCD后回干扰色彩还原,比如绿色植物变成灰白等等(有阳光的市外环境尤其明显)。IPCUT双滤光片的使用就有效的解决了这个问题,IRCUT双滤光片由一个红外截止滤光片和一个全光谱光学玻璃构成,当白天的光线充分时红外截止滤光片工作,CCD还原出真实色彩,当夜间光线不足时,红外截止滤光片自动移开,全光谱光学玻璃开始工作,使CCD充分利用到所有光线,从而大大提高红外性能。


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