紅外攝像機在監(jiān)控系統(tǒng)中的應用

紅外線原理概述

    隨著監(jiān)控系統(tǒng)的日漸普及，攝像機被廣泛應用在各個領域，為社會治安保駕護航。每個不同的應用領域，需要有不同類型的攝像機，比如有道路監(jiān)控攝像機、紅外防水攝像機、超低照度星光級攝像機、夜視一體化系列、煙感型攝像機、針孔型攝像機、飛碟型攝像機系列、槍式攝像機、一體化攝像機、半球攝像機、高速球攝像機和防暴攝像機等多種類別。

    隨著監(jiān)控系統(tǒng)應用的不斷拓展，新的問題也出現(xiàn)了：如果攝像機處于無光或光線極為微弱的環(huán)境中，比如“平安城市”監(jiān)控工程，有些監(jiān)控點處于無路燈或光照非常差的情況，該怎樣處理呢？很顯然，采用傳統(tǒng)高清低照度攝像機已較難滿足應用需求了，在這種情況，采用紅外攝像機就能較好地滿足監(jiān)控的需求。

    在自然界中，任何物體只要它的溫度高于絕對零度(-273℃)，就存在分子和原子無規(guī)則的運動，其就會不斷地輻射紅外線。

    紅外線輻射又遵循黑體定律。黑體簡單地說就是在任何情況下對一切波長的光的入射輻射、其吸收率都等于1的物體，也就是說全吸收。顯然，自然界中實際存在的任何物體對不同波長的光的入射輻射都有一定的反射(吸收率不等于1)，黑體只是人們抽象出來的一種理想化的物體模型，但黑體熱輻射的基本規(guī)律是紅外研究及應用的基礎。

紅外線攝像機技術(shù)原理

    紅外攝像技術(shù)分為被動紅外攝像技術(shù)和主動紅外攝像技術(shù)。

    被動紅外攝像技術(shù)是利用任何物質(zhì)在絕對零度(-273℃)以上都發(fā)射紅外光的原理，人體和熱機發(fā)出的紅外光較強，其它物體發(fā)出的紅外光相對微弱，利用特殊的熱紅外夜視儀可以實現(xiàn)夜間監(jiān)控。但這種特殊的熱紅外夜視儀造價昂貴，而且不能直觀、清晰地反映周圍環(huán)境狀況，因此在通常的夜視系統(tǒng)中較少被采用。

    主動紅外攝像技術(shù)，即利用紅外燈來產(chǎn)生紅外輻射，發(fā)出人眼看不見的紅外光去照射景物和環(huán)境，即可使用普通低照度CCD黑白攝像機或“白天彩色夜間自動轉(zhuǎn)黑白”的攝像機或“紅外低照度彩色攝像機”去感受周圍景物反射回來的紅外光，從而實現(xiàn)夜視功能。（如圖1）

    現(xiàn)階段的紅外攝像系統(tǒng)基本配置是：攝像機、鏡頭、紅外燈、紅外燈電源等。這里所指的攝像機要求是低照度攝像機，且紅外燈發(fā)射的紅外光能夠被該攝像機接收，鏡頭也要求能感應紅外光，其主要指標F值（通光量）越小，夜視效果越好。

    攝像效果的好壞，與攝像機及配套器件的合理選用有直接的關(guān)系。

    攝像機靈敏度是當被攝景物的光亮度低到一定程度而使攝像機輸出的視頻信號電平低到某一規(guī)定值時的景物光亮度值，攝像機的靈敏度越高，對微弱光的感應能力也就越強。當然，靈敏度越好攝像機價格也越昂貴。有的攝像機廠家，隨意提高輸出信號強度，靈敏度不錯，但信噪比很差，導致圖像“雪花點”很多，像質(zhì)惡劣。 

    不同規(guī)格CCD的攝像機會較大地影響到紅外攝像機的圖像效果。目前CCD攝像機規(guī)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%，可見1/2"攝像機晚間圖像效果最好，所以可以根據(jù)不同的環(huán)境和監(jiān)控要求來選擇不同規(guī)格的攝像機。

    所有攝像機都感應紅外，紅外線在可見光條件下對于攝像機來講是一種雜光，會降低攝像機的清晰度和色彩還原，彩色攝像機的濾光片就是阻止紅外線參與成像。要想使彩色攝像機感應紅外線，現(xiàn)在有兩個做法，第一，切換濾光片，在可見光條件下?lián)踝〖t外線進入；第二是在無可見光的條件下移開濾光片，讓紅外線進入，這種方案圖像質(zhì)量好。（如圖2）

紅外攝像機鏡頭的選用

    鏡頭的通光量或相對孔徑，決定了鏡頭的通光能力，相對孔徑F1.0的鏡頭通光量是相對孔徑F2.0的鏡頭通光量四倍。同樣的攝像機、紅外燈，上述兩種鏡頭，紅外作用距離可相差一倍。大孔徑鏡頭比常規(guī)普通鏡頭通光量好四到十倍，按理說應該成為紅外夜視監(jiān)控的必須配套產(chǎn)品，但由于成本高昂，制作技術(shù)難度大，絕大多數(shù)紅外產(chǎn)品制造商不具備供貨能力。

紅外燈選用 

    光是一種電磁波，其波長從幾個納米（1nm=10?9m）到1毫米（mm）左右。人眼可見的只是其中一部分，稱其為可見光，可見光的波長范圍為380nm～780nm，可見光波長由長到短分別為紅、橙、黃、綠、青、蘭、紫光，波長比紫光短的稱為紫外光，波長比紅光長的稱為紅外光。夜視系統(tǒng)中紅外燈的選用，會直接影響到攝像機的成像效果。

    紅外鹵素燈是一種較傳統(tǒng)的技術(shù)，其能耗高、發(fā)熱量大、使用壽命短，使用效率低下，所以逐漸被較少選用。LED紅外燈因其造價低，已成為目前使用最多紅外發(fā)光設備,其缺點為照射距離近（單個LED的光學輸出為5mw-15mw）、角度小（7至12度）光線分布不均等。

    多芯片LED（還有LED陣列），LED紅外燈照射距離不夠是因為能量不夠，更多的芯片集合在一起，當然能量就大，照射距離更遠。但因可能組成結(jié)構(gòu)上的缺點，使得多芯片LED沒有發(fā)光焦點、發(fā)光系統(tǒng)不合理，造成有用光效率比較低。LED紅外燈發(fā)熱量大，多芯片LED發(fā)熱量更大，所以散熱問題很重要，會嚴重影響壽命。

    單芯片LED生產(chǎn)工藝簡單，品質(zhì)容易保證，發(fā)熱量低，發(fā)光光學系統(tǒng)合理，是做紅外燈理想的器件，理論上使用壽命可達10萬小時以上。

    紅外燈的最大照射距離取決于天氣條件、物體的反光率和周圍的光照水平，紅外聚光燈最遠的投射距離如下，該數(shù)值為理想值，非絕對。

    ·500W=150至200米； 
    ·300W=80至120米； 
    ·50W =15至30米； 
    ·30W =5至15米。

    紅外燈視角也不是越大越好，所以說，有人認為紅外燈發(fā)射角度越大，選用鏡頭余地也越大，選擇廣角鏡頭不會出現(xiàn)“手電筒”現(xiàn)象。使用大角度的紅外燈配合小角度的鏡頭，存在光的浪費現(xiàn)象。一般情況下，紅外燈的角度與鏡頭的角度一致，效果是最佳的。

安裝注意事項

    紅外攝像機，盡量避免直射光源，因為紅外燈電源控制部分是根據(jù)安裝在紅外燈板上的光敏電阻來控制紅外燈的工作電源開啟與否的。

    紅外攝像機視場內(nèi)應盡量避免有全黑色物體、空曠處、水等吸收紅外光線的物體，CCD攝像機配套的紅外燈是靠發(fā)射紅外光在物體上反射到CCD攝像機鏡頭上成圖像的，如果紅外光被吸收或減弱，將會大大地削弱紅外燈的有效照射效果。

紅暴問題 

    波長超過700nm的光線叫做紅外光，波長900nm以上的紅外燈基本上無紅暴，波長越短，紅暴越強，但紅外線感應度也越高。

    現(xiàn)在市場上有兩種主流紅外燈，一種是有輕微紅暴的，波長在850nm左右；一種是無紅暴的，波長在940nm左右。同一款攝像機，在850nm波長的感應度，比在940nm波長的感應度要好到10倍。所以850nm這種有輕微紅暴的紅外燈擁有更高的效率。

結(jié)語 

    隨著社會的發(fā)展，社會安全隱患逐步顯現(xiàn)，從而推進各個安防領域的發(fā)展，尤其是安防產(chǎn)品在特殊環(huán)境的應用日趨成熟，針對性強，這對于安防事業(yè)的發(fā)展以及紅外線的應用發(fā)展有著積級的意義。