紅外攝像機

紅外攝像機

紅外攝像機由攝像機、鏡頭、紅外燈、紅外燈電源等組成,通過幾者間的搭配能將夜間的物體在特定的範圍抓拍的清清晰楚,而為了適合各行各業夜間的室外監控工作,紅外攝像機的防雨機能也是首屈一指的。通常在紅外攝像機中一般是使用低照度攝像機當配備的紅外燈發出指定的波長信號時,紅外攝像機則通過夜視鏡頭,將效果施展出最好。

概述

紅外紅外監控
紅外攝像機紅外攝像機
紅外攝像機
是將攝像機防護罩紅外燈、供電散熱單元等綜合成一體的攝像設備。監控工程中最常用的紅外攝像機是主動紅外,由LED發出紅外線,利用CCD或CMOS可以感受紅外光的光譜特性(即可以感受可見光,也可以感受紅外光),配合紅外燈作為“照明源”來夜視成像。市場上以發射波長850nm和940nm的紅外LED為主。

早期的紅外夜視系統不是用在民用的,主要套用於軍事方面,但由於主動紅外夜視系統發射紅外線,易於被敵軍發現,因而在軍事上已基本被淘汰。軍事領域主要用紅外熱成像儀(即被動紅外攝像機),其攝像系統能感應絕對零度(-273℃)以上的物體發出的紅外線輻射,物體的溫度越高,輻射出的紅外線越多並且容易成像。

由於目標市場和製造成本問題,目前很少有生產民用攝像機的安防廠家生產被動紅外攝像機。

技術套用

中國市場上的紅外攝像機
紅外攝像機紅外攝像機

主要是通過紅外線濾光片實現日夜轉換,即在白天時打開濾光片,以阻擋紅外線進入CCD,讓CCD只能感應到可見光;夜視或光照條件不好的狀態下,濾光片停止工作,不再阻擋紅外線進入CCD,紅外線經物體反射後進入鏡頭進行成像。
但在實際中,紅外攝像機經常會出現白天畫面清楚,紅外光條件下畫面卻變得模糊的現象。這是因為,可見光和紅外光(IR光)的波長不一樣,波長的不同,會導致成像的焦面位置不同,從而出現虛焦、畫面模糊的現象。
而IR鏡頭採用了最新的光學設計方法、特殊的光學玻璃材料以及特殊渡膜和材質等先進技術,消除了可見光和紅外光的焦面偏移。
特殊光學玻璃材料解決了紅外攝像機紅外對應清晰成像的問題,從而使可見光區到紅外光區的光線都可以在同一個焦面位置成像,實現清晰的圖像;特殊的渡膜技術則讓紅外光儘可能的透過去;多層鍍膜還可以最大限度的抑制逆光條件下鬼影和閃光的發生,即使在逆光等不良條件下也可以獲得相對高對比度的優質畫面。
IR鏡頭的套用範圍非常廣泛,既可以作紅外對應特殊用途,也可以用作普通鏡頭。
換而言之,依據使用場合不同,紅外對應鏡頭可以與常規的紅外攝像機靈活地配合使用。紅外攝像機沒有紅外截止濾光片,但是日光的波譜中也含有紅外光,所以即使在日光條件下,紅外攝像機的成像也會受到紅外線的干擾。因此配用紅外對應鏡頭可以有效提高成像質量

類型

鹵素燈紅外攝像機鹵素燈的發光功率非常強大,當然耗電量以及發熱也會相對比較大,成本比較高,它的致命缺點是體積大、散熱不充分,壽命非常短,一般都在一千小時以內,而且紅暴現象特別嚴重,故不適合用於民用夜視監控方面。鹵素燈紅外攝像機因功率大且有濾光片光熱轉換,所以發熱問題尤其嚴重,維護成本較高、壽命短。
LED紅外攝像機LED紅外燈是由一定數目的紅外發光二極體組成發光體。紅外發射二極體由紅外輻射效率高的材料(常用砷化鎵GaAs)製成PN結,外加正向偏置電壓向PN結注入電流激發紅外光,光譜功率分布為中心波長830~950nm,半峰頻寬約40nm左右,它是窄帶分布,為CCD攝像機可感受的範圍。LED紅外攝像機一般適用於10~100米中短距離,市場占有率最高,但是存在光照不均勻問題,主要適合於樓道、大廳、倉庫等室內及建築物外圍、小區周界、道路等中短距離監控。

陣列式紅外燈陣列式紅外攝像機

LED陣列式紅外攝像機:陣列式紅外燈的核心為發光二極體陣列(LEDArray),與傳統的LED相比具有以下優點:1、亮度高,單LEDArray的輸出約為1W~30W,亮度約是常規單LED的輸出5~15mW的數十倍,所以射距遠;2、電-光轉換效率高,普通紅外LED的電光轉換效率僅為10%左右,而LEDArray電光轉換效率提升為25%左右;3、體積小,LEDArray技術將發光單元高度集成,在相同亮度指標下比普通LED紅外燈產品體積小很多;4、壽命長,LEDArray的壽命為50,000h,比普通LED壽命高得多。陣列式紅外燈產品有一個明顯的不足,即“偏心現象”。由於其發光角度可達到120-180度,因此必須通過透鏡來縮小送光角度,以配合攝像機鏡頭,這樣不可避免的很多光就偏離了透鏡的中央,造成送光效率不佳。LED陣列式紅外攝像機適用範圍基本與LED紅外攝像機一樣,比較適合大廳、倉庫等室內及建築物外圍、小區周界、道路等中短距離監控套用。
點陣式紅外攝像機:點陣式紅外攝像機採用的是點陣式紅外燈光源,點陣式紅外燈使用的第三代紅外發光元器件是在第二代產品——陣列式紅外燈(LED--Array)的基礎上發展而來,因此也叫第二代LED—Array。第二代LED—Array跟第一代相比最大的優點是體積小、散熱好、衰減慢、壽命長,額定壽命為50000個小時。點陣式紅外燈也叫大功率陣列式紅外,跟小功率陣列式紅外最大的不同是亮度更高、成本更低,並通過獨立透鏡,按照使用需求任意調節光的分布角度,這樣就同時解決了第一代的“手電筒效應”問題和第二代的“偏心現象”。
雷射紅外攝像機:雷射紅外攝像機照射距離最遠一般可達300~5000米,由於能量集中,角度小近距離不宜採用,目前成本仍較高。比較適合於森林防火、油田、鐵路、水利、景區、軍事、養殖、港口和平安市場等場所的監控,隨著成本的進一步降低,目前已經套用到包括小區在內的眾多需要夜視監控的領域。因而,紅外攝像機需要根據具體使用環境,特別是夜晚環境情況來確定攝像機類型。

安裝注意事項

紅外攝像機紅外攝像機
紅外攝像機,儘量避免直射光源,因為紅外燈電源控制部分是根據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。紅外攝像機視場內應儘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射紅外光在物體上反射。
  紅外攝像機,儘量避免直射光源,因為紅外燈電源控制部分是根據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。
紅外攝像機視場內應儘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。

優缺點

優勢

一、紅外夜視技術,成像清晰。大多數紅外攝像機使用主動式紅外成像技術,能夠應對複雜的監控環境,在夜視方面,畫質清晰明亮。與其他類型的低照度監控攝像機相比,
紅外攝像機紅外攝像機
更具優勢,能夠真正實現0Lux照度監控。
二、工作隱蔽,不易被監控目標察覺。無紅暴紅外攝像機在工作過程中具有極高隱蔽性,它不會發生任何可見光源,不易被監控目標察覺到,在小區使用,也不會存在光源擾民問題。
三、價格低廉,安裝簡便。紅外攝像機在夜晚通過照明燈板為攝像機補充光源,要比低照度的星光型、月光型監控攝像機價格要低廉,安裝也更便捷。

缺點

一、攝像機紅暴問題。紅暴就是紅外燈板發出的紅外光線中夾雜了一部分可見光,這部分可見光在夜晚反射回攝像機鏡頭後會干擾紅外攝像機成像。會產生紅暴問題,主要是因為紅外監控攝像機的CCD晶片能夠感應兩種光線,一種是紅外光,一種是可見光,如果兩種光線夾雜在一起,會干擾攝像機成像。其實監控攝像機紅暴問題也並非壞事,只要控制好紅暴範圍即可,事實上,有輕微紅暴的攝像機在夜視方面,效果更加優異。想要完全解決紅暴問題的話,可以選擇940nm波長的紅外燈板即可。
二、攝像機壽命問題。在各類監控工程中的紅外攝像機,一般能夠使用三、四年左右,不同品牌之間的攝像機有一定的差異,整體來說,使用壽命有點偏短。延長紅外攝像機的壽命,首先就要解決散熱問題。監控攝像機使用壽命偏短的主要原因就是機器內部產生的熱量無法及時散失,導致攝像機內部元件過早老化。其次就是要選擇好點的紅外燈,質量上乘的紅外燈板能減少發熱。
三、攝像機偏色問題。紅外攝像機偏色在白天比較常見,這是由攝像機內部的CCD感測器決定的。紅外監控攝像機所使用的CCD感光晶片能夠同時感應可見光與紅外光,在白天監控時,攝像機主要通過感應可見光線來生成彩色圖像,但在感應過程中會有一部分紅外光線夾雜在其中,導致色彩比例失調,偏色嚴重。

維護技巧

攝像機一般都需要24小時不間斷地工作,因此做好攝像機的維護,則可以延長攝像機的壽命和保障攝像機圖像效果的穩定性,具體應注意以下幾點。
·應注意攝像機電壓的穩定性,否則會影響圖像的效果,甚至導致攝像機被損壞;
·經常檢查線材是否出現損壞、老化現象,避免異常情況發生;
·應儘量避免陽光或者強光長時間直射,以免造成攝像機CCD損壞;
·需要經常對攝像機進行清潔,如經常清理攝像機的外殼表面灰塵等,儘量不打開外殼,如需要打開,則先斷電;
·建立攝像機檔案,以便日後方便檢查、檢測。

發展趨勢

眾所周知,紅外線是一種光波,它的波長區間從幾個納米(nm)到1毫米(mm)左右。人眼可見的稱其為可見光,可見光的波長範圍為380nm~780nm,紅外光線的波長在780nm~1000μm之間。紅外攝像機其實就是將監控攝像機、護罩、濾光片切換器、紅外燈、供電散熱單元等綜合成一體的監控設備。由LED發出紅外線,利用CCD或CMOS可以感受紅外光的光譜特性配合紅外燈作為“照明源”來夜視成像。市場上以發射波長850nm的紅外LED為主,這個波長的紅外燈紅爆較小,照射距離較遠。
作為監控前端設備,紅外攝像機的發展也繞不開安防監控的永恆主題:網路化、高清化、智慧型化。而除了這三大趨勢之外,針對紅外攝像機還在如下三個方面有發展:
1、隨著光電、微電子、微計算機及數字視頻技術的發展,安防產業已由傳統的簡單模擬式走向高度集成的小型化、數位化,而紅外陣列也必將實現一體化和高度集成化。
2、感測器對紅外感應靈敏度的提升以及NIR紅外增強技術的發展,對黑白畫質下的細節進一步提升,噪點更少,細節更豐富,層次感更強。
3、雷射夜視技術是實現遠距離的夜視監控的途徑之一,因為雷射具有亮度高、相干性好、單色性好、方向性好、壽命長和對其波長的感應程度大於LED的特性決定了雷射可以照射更遠的距離,而且光強度也比常規光源要強的多。

研發背景

拼音:hongwaishexiangji
英語:Infraredcamera
人的眼睛能看到的可見光按波長從長到短排列,依次為紅、橙、黃、綠、青、藍、紫。其中紅光的波長範圍為0.62~0.76μm;紫光的波長範圍為0.38~0.46μm。(可見光、紅外線和紫外線等)
紅外夜視,就是在夜視狀態下,數碼攝像機會發出人們肉眼看不到的紅外光線去照亮被拍攝的物體,關掉紅外濾光鏡,這時我們所看到的是由紅外線反射所成的影像,而不是可見光反射所成的影像,即此時可拍攝到黑暗環境下肉眼看不到的影像。
在電視監控系統工程中,過去很少套用紅外燈,但由於現今社會犯罪比率不斷增加,紅外線在夜間監視所扮演的角色更加突出,不僅金庫、油庫、軍械庫、圖書文獻庫、文物部門、監獄等重要部門採用,而且也在一般監控系統中都被採用。甚至居民小區電視監控工程也套用了紅外線攝像機。這說明人們對電視監控系統工程的要求愈來愈規範、愈來愈高。對重要的場所越來越要求做到24小時連續監控。
實現夜視的方法,可以採用常規的可見光照明,但此法不僅不能隱蔽,反而更加暴露監控目標。隱蔽的夜視監控,都是採用紅外攝像技術。紅外攝像技術分為被動紅外攝像技術和主動紅外攝像技術。被動紅外攝像技術是利用任何物體在絕對零度(一273℃)以上都有紅外光發射的原理。由於人的身體和發熱物體發出的紅外光較強,其它非發熱物體發出的紅光很微弱,因此,利用特殊的紅外攝像機就可以實現夜間監控。被動紅外攝像技術由於設備造價高且不能反映周圍環境狀況,因此在夜視系統中不被採用。主動紅外攝像技術是利用特製的"紅外燈"人為產生紅外輻射,產生人眼看不見而普通攝像機能捕捉到的紅外光,輻射"照明"景物和環境,利用普通低照度CCD黑白攝像機或使用"白天彩色夜間自動變黑白"的攝像機或"紅外低照度彩色攝像機"去感受周圍環境反射回來的紅外光,從而實現夜視功能。

細節問題

一、在安裝紅外攝像機的時候,首先就是要選擇合適的鏡頭,熟話說好馬配好鞍,就是這個道理。為了提高紅外攝像機對紅外燈以及景物的敏感度,應儘可能選用通光量大的鏡頭,並注意在使用自動光圈或電動二可變鏡頭時,要儘可能開大光圈的驅動電平值。主要是因為一般的鏡頭的焦距的增加時,通光量就會相對減少,在選擇紅外燈的時候也要特別的注意了。
二、紅外燈的選配電源應儘可能要滿足其所需的最小電功率,經常發生功率不夠而導致照射距離不夠的情況。
三、使用的時候還要考慮被攝像景物的反光程度,由於紅外攝像機種所使用的紅外線具備可見光相同的如反射、折射等特性,所以說在目標景物周圍如果沒有良好的反光環境時應考慮一定的距離餘量。
四、為了更好的解決這些問題,一些廠家在生產紅外攝像機的時候,也採用了紅外LED+感紅外彩色CCD技術,這些產品的推出可以解決紅外攝像機在夜裡使用的需要。如今紅外夜視攝像機的套用更是普遍,對夜晚或者關線不足的情況下使用是更加的適合不過了。

紅外攝像機五大現狀問題

1、防水效果不理想,起霧
 一般紅外攝像機都採用密封設計,防護等級達到IP66。但是紅外燈開始工作時會產生大量的熱量,同時由於部外殼的散熱效果不夠和機器本身的密封性不好,造成機器在使用一段時間之後,裡面或多或少會出現汽水(此現象主要集中在北方地區),影響監控效果。這部分有的廠家採用透氣設計,增加透氣閥便於和外部溫度交換,有的採用充氮,確保機器內部為惰性氣體,以確保沒有水汽。
2、夜視效果不理想
 此現象主要表現是手電筒的效果或者是距離不夠等等。其實這個問題主要是紅外燈的角度和功能所造成的,紅外攝像機所使用的紅外燈峰值波長在850,角度從5-60度可以選擇,當紅外發射管角度越小時照射距離越遠,手電筒的效果就越明顯,反之,角度越大就沒有手電筒的效果,但是距離就大打折扣,要解決這個問題主要是看廠家想追求什麼樣的效果和什麼樣的成本,當然紅外發射燈的功率和價格是成正比的,距離可以達到多少。天地偉業的紅外攝像機產品全部採用業內一流的紅外燈和透鏡,確保夜視效果,徹底消除手電筒效應。
3白天偏色
 劣質廠家的紅外一體攝像機的色彩在白天都會或多或少的偏色,這個最直接的原因是攝像機濾光片的問題,一般紅外一體攝像機使用能透過一定比例紅外光線的雙通濾光片,其優點是成本低,但由於自然光線中含有較多的紅外成份,當其進入CCD後會干擾色彩還原,比如綠色植物變成灰白等等(有陽光的室外環境尤其明顯)。IR-CUT雙濾光片的使用就有效的解決了這個問題,IRCUT雙濾光片由一個紅外截止濾光片和一個全光譜光學玻璃構成,當白天的光線充分時紅外截止濾光片工作,CCD還原出真實色彩,當夜間光線不足時,紅外截止濾光片自動移開,全光譜光學玻璃開始工作,使CCD充分利用到所有光線,從而大大提高紅外性能。天地偉業的IR-CUT採用機械式設計確保白天不偏色,夜間不跑焦,紅外效果得到很好的保證。
4、臨界點的反覆跳變
 這是因為部分不管是配置了IRCUT雙濾光片還是用雙峰濾光片的攝像機在某些複雜的光線的環境下不能穩定的工作造成的,同時因為多數廠家都是使用簡單的如光敏電阻感應器等方式去控制IRCUT雙峰濾光片的工作狀態,其臨界點的反覆跳變就不能盡人意了。這部分徹底的解決辦法是光敏聯動內部感測器,通過採用智慧型晶片來控制,其模糊邏輯能力能有效控制IRCUT雙濾光片的工作狀態。
5、散熱問題
 影響紅外燈壽命最重要的因素就是溫度,由於配置了發熱量較大的紅外燈,紅外燈在啟動後,整個工作時間段內(以12小時計)在紅外攝像機前部會有熱量集中,會影響攝像機等其它部件的正常工作。例如50顆¢5的紅外燈板,長時間運行的話,LED板上的溫度幾乎可以達到90度左右。由於紅外發光LED的輻射功率是和電流成正比的,很多不規範的廠家就用加大電流的方式來提高照射效果,然而電流越大溫度越高。照射效果雖然提高了,但是機器本身由於LED過熱會受到很大的傷害。其中,LED板後面的CCD就是最直接的受害者。天地偉業的紅外一體機通過使用恆定電流電源供電,採用脈寬調製定律來保持紅外燈電流的恆定,從而減少紅外燈的發熱,無論外界輸入的電流如何波動,通過電路進入到紅外燈的電流都非常穩定,從而保證紅外燈發揮自身最大的效率、延長壽命保持電流恆定,控制LED的散熱,並且LED燈板和外殼選用鋁合金等散熱比較好的材料,確保紅外燈開啟時長期運行溫度不高於50度,壽命可達30000小時以上。

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