红外摄像机技术的应用  

随着监控系统的日渐普及，摄像机被广泛应用在各个领域，为社会治安保驾护航。而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。
　　红外摄像机技术原理

　　红外摄像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。

　　现阶段的红外摄像系统基本配置是：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。

　　所有摄像机都感应红外，红外线在可见光条件下对于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。

　　红外摄像机镜头的选用

　　镜头的通光量或相对孔径，决定了镜头的通光能力，相对孔径F1.0的镜头通光量是相对孔径F2.0的镜头通光量四倍。同样的摄像机、红外灯，上述两种镜头，红外作用距离可相差一倍。大孔径镜头比常规普通镜头通光量好四到十倍，按理说应该成为红外夜视监控的必须配套产品，但由于成本高昂，制作技术难度大，绝大多数红外产品制造商不具备供货能力。
红外灯选用

　　光是一种电磁波，其波长从几个纳米(1nm=10?9m) 到1毫米(mm)左右。人眼可见的只是其中一部分，称其为可见光，可见光的波长范围为380nm～780nm，可见光波长由长到短分别为红、橙、黄、绿、青、兰、紫光，波长比紫光短的称为紫外光，波长比红光长的称为红外光。夜视系统中红外灯的选用，会直接影响到摄像机的成像效果。

　　红外卤素灯是一种较传统的技术，其能耗高、发热量大、使用寿命短，使用效率低下，所以逐渐被较少选用。LED红外灯因其造价低，已成为目前使用最多红外发光设备,其缺点为照射距离近(单个LED的光学输出为5mw-15mw)、角度小(7至12度)光线分布不均等。

　　多芯片LED(还有LED 阵列)，LED红外灯照射距离不够是因为能量不够，更多的芯片集合在一起，当然能量就大，照射距离更远。但因可能组成结构上的缺点，使得多芯片LED没有发光焦点、发光系统不合理，造成有用光效率比较低。LED红外灯发热量大，多芯片LED发热量更大，所以散热问题很重要，会严重影响寿命。

　　单芯片LED生产工艺简单，品质容易保证，发热量低，发光光学系统合理，是做红外灯理想的器件，理论上使用寿命可达10万小时以上。

　　红外灯的最大照射距离取决于天气条件、物体的反光率和周围的光照水平，红外聚光灯最远的投射距离如下，该数值为理想值，非绝对。

　　·500W=150至200米;

　　·300W=80至120米;

　　·50W =15至30米;

　　·30W =5至15米。

　　红外灯视角也不是越大越好，所以说，有人认为红外灯发射角度越大，选用镜头余地也越大，选择广角镜头不会出现 “手电筒”现象。使用大角度的红外灯配合小角度的镜头，存在光的浪费现象。一般情况下，红外灯的角度与镜头的角度一致，效果是最佳的。

　　红外摄像机技术难题

　　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。

　　4.临界点的反复跳变：这是因为部分不管是配置了IRCUT双滤光片还是用双峰滤光片的摄像机在某些复杂的光线的环境下不能稳定的工作造成的，同时因为多数厂家都是使用简单的如光敏电阻感应器等方式去控制IRCUT双峰滤光片的工作状态，其临界点的反复跳变就不能尽人意了。但是如果采用智能芯片来控制，其模糊逻辑能力能有效控制IPCUT双滤光片的工作状态。换句话说很多的厂家是不愿意在这上面投入成本的。
 

本文来源于 [中国安防导航论坛] 网址：http://bbs.cpswz.com/dispbbs.asp?boardid=10&ID=9039&replyID=9039