解析红外夜视监控系统的技术问题-红外线

红外线-解析红外夜视监控系统的技术问题 >> 正文

红外线-解析红外夜视监控系统的技术问题

视频监控的发展方向在于室外，室外监控的发展方向在于夜视，夜视的发展方向在于红外技术，这个趋势越来越明显。在红外夜视这个领域中国企业已经走在世界前列。

红外灯真的有固定照射距离吗？红外夜视监控就只涉及红外灯技术吗？无数的事实证明，答案是否定的。事实上，就红外灯本身来说，绝对不存在固定的照射距离，任何孤立地标注红外灯照射距离的做法都是不科学的。波长超过700nm的光线叫做红外线，900nm以上的红外线基本无红暴，波长越短，红暴越强，红外线感应度也越高。现在市场上有两种主流红外灯，一种是有轻微红暴的，波长在850nm左右，一种是无红暴的，波长在940nm左右。同一款摄像机，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有更高的效率，应当作为红外夜视监控的首选。

摄像机的使用寿命可达10年以上，红外灯的寿命是否也能达到这个水平？首先要了解目前红外灯的原理。目前红外灯主要有三种模式：1、卤素灯，2、多芯片LED，3、单芯片LED。卤素灯是一个较传统的技术，能耗高，发热量大，使用寿命较短，因其使用效率低下，估计会逐步地淡出市场。多芯片LED也有两种形式，一种是包含4到8颗芯片；另外一种是阵列式发光片，含有10到30颗芯片。多芯片LED因其结构上的固有缺点没有发光焦点，光学系统不合理，有用光效率也比较低（当然，比卤素灯强几倍），其优点没有充分地发挥出来，比如阵列式LED，电流高达1000mA以上，基本只是一分钱硬币大小，散热就成为一个问题，可LED最怕的就是高热。同时，多芯片LED的生产要求非常严格，每颗芯片都不能有性能上的一点差异，否则一颗芯片坏掉的话整机就全部完了。总体而言，相对于单芯片LED而言，多芯片LED的寿命是远远不够的。单芯片LED生产工艺简单，品质容易保证、发热量低、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。那么，是不是所有的单芯片LED灯的寿命都很好呢？事实上，远不是这么回事。这里面原因有很多，比如有的LED芯片级别很低，杂质超标；有的生产工艺不过关有漏电现象；有的超功率使用，额定20mA，却使用50mA以上；有的没有保护电路，或电路设计不合理，这些都会导致单芯片LED红外灯坏掉。

要想保证红外灯的寿命，首先要选用高等级的LED芯片。高等级芯片功率大、一致性好、发光效率高、发热量很小，高等级LED比普通LED的品质好得多，当然价格也非常昂贵。其次，光学系统设计要合理、发光要均匀、利用率要高、散热要快。第三，要严格控制工作电压。LED对电压非常敏感，电压稍高LED管芯就会烧掉；而电压略低则发光量又会大大降低。最好匹配高质量的开关电源，交流输入电压最好从170伏到270伏电压都能做到较好的稳压，以适合恶劣的供电环境。第四，输入电源线最好选用耐高／低温、柔软抗弯曲的。有一个厂家生产的红外灯，输入电源线可在低温零下60度、高温零上250度正常使用。

红外灯是不是视角越大越好？首先，使用大视角度的红外灯配合小视角度的镜头，存在浪费现象。比如一盏红外灯发光角度是80度（相当于f3.5mm镜头的角度），如果配合f35mm的镜头，那么会有相当部分的光是在镜头视场以外，也就是说部分红外光浪费了。一般情况下，红外灯的视角要与镜头的视角相一致，效果是最佳的。其次，并不是红外灯的发射角度越大，画面效果就越好。有的场合如果红外灯角度过大，还会影响成像。比如走廊，因其“狭长”的特点，如果红外灯的发射角度过大，则近处边缘的成像就会太亮，形成“光幕”现象；远处中心反而看不见，只有一片发白现象。所以，走廊的红外灯应该是镜头角度的二分之一或三分之一。第三，可以利用“接灯”技术，两个窄角红外灯搭配并调整位置，可以达到广角灯的效果，市场上的“夜鹰”系列红外夜视系统，就是利用“接灯”这种技术，做到了既望远又广角。在同样功率条件下，“接灯”技术可以成倍提高作用距离。

总体而言，红外灯的发射角度的问题既是选择问题也是技术问题。不同焦距的镜头应选择相适应发射角度的红外灯。红外灯的发射角度无论在什么样的条件下都不应该大于镜头的视角，而在狭长环境中的应用，就该选用比镜头视角更小乃至三分之一的红外灯。窄视角红外灯通过搭配，可以得到理想的广角效果。

相对孔径决定了镜头的通光能力，相对孔径为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，分别搭配上述两种镜头，红外作用距离可相差一倍。大孔径镜头在红外监控方面，比常规普通镜头好4到10倍，按理说应该成为红外夜视监控的必须配套产品，但成本高昂，技术难度大。

可见光与红外光由于波长不同，成像焦点不在一个平面上，导致在白天可见光条件下图像清晰，而夜间红外光条件下模糊，或者夜间红外光条件下图像清晰，白天可见光条件下图像模糊。可以用三种办法解决。第一，采用自动聚焦一体化摄像机；第二，采用IR专用焦点不偏移镜头；第三，采用专业的调整工具在现有镜头条件下，也可以实现焦点不偏移。

所有的黑白摄像机都可以感应红外光。红外光线对于彩色摄像机来讲是一种杂光，会降低彩色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种做法。第一，切换滤光片，在可见光条件下挡住红外线进入；在无可见光的条件下移开滤光片，让红外线进入，这种方案得到的图像质量好，但成本高，并且切换机构会导致故障率提高。第二，在滤光片上打开一个特定的红外线通道，允许与红外灯波长相同的红外光线进来，这种办法不增加成本，但色彩还原略差。

摄像机灵敏度是红外夜视监控的核心部分。灵敏度越好，对红外线的感应能力也越强。当然，灵敏度越好的摄像机价格也越昂贵。一般来讲，50米以内的红外夜视系统，选用0.1勒克斯的摄像机就比较好；50米到100米范围的夜视系统应该选用0.01勒克斯的摄像机；100米以上的夜视系统应选用0.001勒克斯以上的摄像机。当然，随着灵敏度提高，摄像机的价格会有较大的递增。

不同的厂家的红外产品会有不同红外夜视距离的标准。应该以客户的应用效果为标准。客户的标准是什么？是看清人！什么“可视距离”、“发现距离”这些说法都是含混不清的。不同档次的摄像机、镜头之间的匹配，对于同一盏红外灯发出的光线感应度可能相差许多倍，可视距离也可相差很多。所以说，把某一盏红外灯具体地定为是多少米的说法不甚科学。一盏红外灯的作用距离，只能与确定品质的摄像机和镜头共同匹配才能确定其作用距离。还有，因为应用的环境不同效果也会大相径庭，最好留有一定余量。