紅外攝像機的應用選擇

時間：2010-09-21　來源：中國集群通信網(wǎng)　作者：豆豆　點擊：次

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【中國集群通信網(wǎng)】夜視技術過去在軍事上應用很廣，但目前在民用視頻監(jiān)控中也獲得了廣泛應用。實際上，夜視技術是借助于光電成像器件實現(xiàn)夜間觀察的一種光電技術。它包括微光夜視和紅外夜視兩類：微光夜視技術是通過帶像增強管的一種夜視技術，它實際就是對夜天光照亮的微弱目標像進行增強，以供觀察的光電成像技術。而微光夜視儀，是目前國外生產(chǎn)量和裝備量最大和用途最廣的夜視器材，它又可分為直接觀察(如夜視觀察儀、武器瞄準具、夜間駕駛儀、夜視眼鏡)和間接觀察(如微光電視)兩種;而紅外夜視技術則分為主動紅外夜視技術和被動紅外夜視技術。被動紅外夜視技術是借助于目標自身發(fā)射的紅外輻射來實現(xiàn)觀察的紅外技術，它根據(jù)目標與背景或目標各部分之間的溫差或熱輻射差來發(fā)現(xiàn)目標，其對應裝備為熱像儀。這里主要講主動紅外夜視技術，它是通過主動照射并利用目標反射紅外源的紅外光來實施觀察的一種夜視技術，其對應裝備為主動紅外夜視儀，實際核心就是紅外攝像機。

　　值得一提的是，紅外攝像機是非直視型光電成像器件CCD或CMOS圖像傳感器為核心組成的，其輸出的也僅是視頻信號。要觀察夜間監(jiān)視的場景圖像，顯然還應通過同軸電纜輸入監(jiān)視器顯示出來。下面主要介紹主動紅外夜視系統(tǒng)的核心——紅外攝像機。

　　紅外攝像機由紅外光源、攝像機及成像畫面鏡頭組成。但目前市場上的紅外攝像機的質(zhì)量，主要取決于它的三部分，尤其是紅外光源等配合選擇不當，因而影響了夜間監(jiān)視的效果。為獲得好的夜間監(jiān)視質(zhì)量，本文介紹在應用紅外攝像機時，對其紅外光源、攝像機及其鏡頭等的配套選擇上應注意的幾個要點，以供工程商等用戶選用參考。

　　一、紅外光源的選擇

　　紅外光是一種波長大于780nm的不可見光。一般，產(chǎn)生這種不可見光的方法有下列三種。

　　· 直接使用白熾燈或氙燈發(fā)出的紅外光。即在這兩種燈上安裝可見光濾鏡，濾去可見光，只讓看不見的紅外射線射出;

　　· 使用紅外發(fā)光二極管LED或LED陣列來產(chǎn)生紅外光。這種器件是通過砷化鎵(GaAs)半導體中的電子與空穴復合來產(chǎn)生紅外光;

　　· 使用紅外激光二極管LD，也可作紅外光源。但它要把處于較低能態(tài)的電子激發(fā)或泵浦到較高能態(tài)上去，通過大量粒子分布反轉，共振而維持受激輻射紅外光。

　　第一種光源為熱紅外光源，其最大的優(yōu)點是可制成比較大的功率和大的輻照角度，因此照射的距離遠。其最大不足之處是包含可見光成份，即有紅暴，且使用壽命短，如果每天工作10小時，5000小時只能使用一年多，若考慮散熱不夠，壽命還要短。為提高熱輻射紅外燈的壽命，使用時還必須采用光控開關電路，以減小其工作時間。此外，還增加了延時開關電路以防環(huán)境光的干擾。

　　一般，熱紅外光源照明系統(tǒng)，通過配用不同的前鏡頭，可以發(fā)出用于覆蓋較大范圍場景的寬光束或用于觀察遠處目標的聚光光束等不同形狀的光束，以適應現(xiàn)場的具體需要。表1列舉了常用紅外燈的類型，以及它們的水平和垂直光束角。由表1可知，光束角最窄可以達到10度，最寬則可以達到60度。

表1 紅外光源的光束角

　　鹵鎢燈和氙弧燈使用的濾鏡是可見光阻隔濾鏡。

　　前述的三種紅外光源的特性比較如表2所示。由表2可看出，這三種紅外光源各有其優(yōu)劣。開始使用紅外光源時，由于紅外LED的功率小、價格也較貴，因而多使用熱紅外光源。隨著光電技術的發(fā)展，紅外LED的功率增大、價格下降，因此使用紅外LED的越來越多。尤其現(xiàn)在可使用LED-Array，它是高度集成的LED，其體積小、亮度高、壽命長、發(fā)光角度可調(diào)寬，是高質(zhì)量夜間監(jiān)控的一種理想選擇。

表2 三種紅外光源的特性比較

　　雖然，紅外LED及LED-Array淘汰了熱紅外光源，但對于1km以上的超遠距離場景的監(jiān)控，還是要選擇紅外LD光源。因為半導體激光器具有比LED亮度高、方向性強等特點。

　　目前，市場上的紅外光源主要是第2類LED光源。且多是使用半導體砷化鎵發(fā)光二極管陣列組成的紅外燈。尤其現(xiàn)在可使用美國Pacific Cybervision公司開發(fā)生產(chǎn)的陣列式集成發(fā)光芯片LED Array。其一個LED-Array的光學輸出達到了800mw-1000mw，而成為普通LED的換代產(chǎn)品，LED-Array的發(fā)光半功率角為10-120°(可變角)。由于LED-Array為高度集成的LED，而體積只有一個一分錢硬幣的大小，在室內(nèi)可均勻照亮全部空間，其壽命為50,000個小時。它最初是運用在航空飛機上面，近年來由于民用夜間監(jiān)控市場的發(fā)展，LED-Array才逐步走向民用市場，成為高質(zhì)量夜間監(jiān)控的一種理想選擇。

　　通常，在選擇紅外光源時要注意以下的幾個要點。

　　紅外燈距離選擇要留有余量

　　選擇紅外燈時，特別注意標稱距離與實際輻照距離的差距。因為有些生產(chǎn)廠標稱的可視距離往往偏大，所以在選擇紅外燈輻照距離時要進行實際測試，并且要留有充足的余量，才能使所觀察的場景的照度可靠。

　　應選用穩(wěn)流源驅動的光源

　　因為LED是電流驅動器件，其發(fā)光亮度與功率同驅動電流成正比，而不是電壓。因此，為保持發(fā)光強度不變，必須要選用穩(wěn)流源驅動的光源。

　　要選用散熱好的光源

　　因為發(fā)光管都有發(fā)熱與散熱問題，尤其功率大距離遠的光源發(fā)熱量大，所以必須要選用散熱好的光源，才能保證工作穩(wěn)定可靠。

　　要選用紅外燈的供電與燈板分開的紅外光源

　　因為紅外燈的供電與燈板不分開，就會使發(fā)光管工作不穩(wěn)定。

　　要選用有能自動控制紅外燈的光控開關的電路

　　因為有了這種光控開關的電路，就能使紅外燈白天關閉，夜晚打開。

　　要根據(jù)監(jiān)視距離選用紅外燈