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红外摄像机:人的眼睛能看到的可见光按波长从长到短依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。比紫光波长更短的光叫紫外线;比红光波长更长的光叫红外线,人的肉眼是看不到红外线的。因为数码摄像机用CCD感应所有光线这就造成所拍摄影像和我们肉眼只看到可见光所产生的影像很不同。为了解决这个问题,数码摄像机在镜头和CCD之间加装了一个红外滤光镜,其作用就是让一定波段内的红外光通过,吸收或反射可见光和紫外线。目前大多数的红外摄像机采用LED红外发光二极管作为红外摄像机的主要材料 。

研发背景

拼音:hong wai she xiang ji
英语:Infrared camera
人的眼睛能看到的可见光按波长从长到短排列,依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。其中红光的波长范围为0.62~0.76μm;紫光的波长范围为0.38~0.46μm。(可见光、红外线紫外线等)
红外夜视,就是在夜视状态下,数码摄像机会发出人们肉眼看不到的红外光线去照亮被拍摄的物体,关掉红外滤光镜,这时我们所看到的是由红外线反射所成的影像,而不是可见光反射所成的影像,即此时可拍摄到黑暗环境下肉眼看不到的影像。
在电视监控系统工程中,过去很少应用红外灯,但由于现今社会犯罪比率不断增加,红外线在夜间监视所扮演的角色更加突出,不仅金库、油库、军械库、图书文献库、文物部门、监狱等重要部门采用,而且也在一般监控系统中都被采用。甚至居民小区电视监控工程也应用了红外线摄像机。这说明人们对电视监控系统工程的要求愈来愈规范、愈来愈高。对重要的场所越来越要求做到24小时连续监控。
实现夜视的方法,可以采用常规的可见光照明,但此法不仅不能隐蔽,反而更加暴露监控目标。隐蔽的夜视监控,都是采用红外摄像技术。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体在绝对零度(一273℃)以上都有红外光发射的原理。由于人的身体和发热物体发出的红外光较强,其它非发热物体发出的红光很微弱,因此,利用特殊的红外摄像机就可以实现夜间监控。被动红外摄像技术由于设备造价高且不能反映周围环境状况,因此在夜视系统中不被采用。主动红外摄像技术是利用特制的"红外灯"人为产生红外辐射,产生人眼看不见而普通摄像机能捕捉到的红外光,辐射"照明"景物和环境,利用普通低照度CCD黑白摄像机或使用"白天彩色夜间自动变黑白"的摄像机或"红外低照度彩色摄像机"去感受周围环境反射回来的红外光,从而实现夜视功能。

技术原理

红外线摄像机的原理特性
光是一种电磁波,通常人们将红外光划分为近、中、远红外三部分。近红外指波长为0.75~3.0微米;中红外指波长为3.0~20微米;远红外则指波长为20~1000微米。
光是一种电磁波,具有与无线电波一样的本质。它的波长区间从几个纳米(1nm=10-9m)到1毫米(mm)左右。人眼可见的只是其中一部分,我们称其为可见光,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,波长比红外光长的称为红外光。红外光线的波长在780nm~1000μm之间,位于无线电波与可见光之间。
红外灯按其红外线辐射机理分为半导体固体发光(红外发射二极管IR LED)
红外灯和热辐射红外灯两种。在CCTV红外摄像机中前者使用较多。
红外发射二极管(IR LED)红外灯的原理是:由红外发光二极管矩阵组成发光体。红外发射二极管由红外辐射效率高的材料(常用砷化镓GaAs)制成PN结,外加正向偏置电压向PN结注入电流激发红外光。光谱功率分布为中心波长830~950nm,半峰带宽约40nm左右,它是窄带分布,为普通CCD黑白摄像机可感受的范围。
红外发光二极管的发射功率用辐照度μW/m2表示。红外二极管的最大辐射强度一般在光轴的正前方,并随辐射方向与光轴夹角的增加而减小。辐射强度为最大值的50%的角度称为半强度辐射角,即半功率角。不同封装工艺型号的红外发光二极管的辐射角度有所不同。
WINSNA(维斯纳)红外摄像机

WINSNA(维斯纳)红外摄像机

红外灯有不同的功率及715、830nM两种波长,波长的不同决定了红外灯照明距离和效果:
715nM的红外灯由于其照明距离远, 效果好,但是会产生红暴情况(家用数码相机的补光用的就是这种红外灯);
使用830nM的红外灯基本没有红暴现象或是红暴很小
一般市场上主要采用红外发射二极管的红外灯,其原理及特性我们介绍如下:由红外发光二级管矩阵组成发光体。红外发射二级管由红外辐射效率高的材料(常用砷化镓GaAs)制成PN结,外加正向偏压向PN结注入电流激发红外光。其最大的优点是可以完全无红暴,(采用940~950nm波长红外管)或仅有微弱红暴(红暴为有可见红光)和寿命长。红外发光二极管的发射功率用辐照度μW/m2表示。针对这一情况,富士康公司FI-930C和FI-970C在设计时充分考虑了这个问题,采用高效率发光二极管,在摄像机里面内置散热系统,使摄像机稳定工作时间达到25000小时!
红外线是一种光波,它的波长区间从几个纳米(nm)到1毫米(mm)左右。人眼可见的只是其中一部分,我们称其为可见光,可见光的波长范围为380nm~780nm,可见光波长由长到短分为红、橙、黄、绿、青、兰、紫光,波长比红光长的称为红外光。红外光线的波长在780nm~1000μm之间,介于无线电波与可见光之间。
红外摄像机其实就是将监控摄像机、防护罩、红外灯、供电散热单元等综合成一体的监控设备。目前监控工程中最常用的红外防水摄像机是主动红外,由LED发出红外线,利用CCD或CMOS可以感受红外光的光谱特性(即可以感受可见光,也可以感受红外光),配合红外灯作为“照明源”来夜视成像。市场上以发射波长850nm和940nm的红外LED为主。早期的红外夜视系统不是用在民用的,主要应用于军事方面,但由于主动红外夜视系统发射红外线,易于被敌军发现,因而在军事上已基本被淘汰。军事领域主要用红外热成像仪(即被动红外摄像机),其摄像系统能感应绝对零度(-273℃)以上的物体发出的红外线辐射,物体的温度越高,辐射出的红外线越多并且容易成像。由于目标市场和制造成本问题,很少有生产民用摄像机的安防厂家生产被动红外摄像机。
红外灯是红外摄像机的核心部件,市场主要有两种类别,一种是传统型的圆珠LED灯,是比较传统和常用的一种红外光源,后来封装不同的“食人鱼”红外灯,也可将之划分为传统红外灯;另一种是两年前风靡一时的“阵列式”红外光源,其原理是将诸多发光芯片加以集成,光电转化效率比普通的要高,普通LED的光电转换率是10%,而“阵列式”红外摄像机的光电转换率可提升到25%以上,这也正是“阵列式”红外防水摄像机照使所有物体“太白”的原因。夜间,人脸和衣服在图像上很难区别开来。另外,其发热量无法像传统红外灯一样固定在监控摄像头的镜头周围,市场上所见到的“阵列式”红外摄像机,多为灯板与镜头分离,红外灯分别固定在上下或是左右两侧。
红外光源关系到监控摄像机的寿命和距离,一般来说,红外灯辐射功率与正向工作电流成正比,但在接近正向电流的最大额定值时,器件的温度因电流的热耗而上升,使光发射功率下降。红外二极管电流过小,将影响其辐射功率的发挥,但工作电流过大将影响其寿命,甚至使红外二极管烧毁。因此要求工作电流准确、稳定,否则影响辐射功率的发挥及其可靠性。辐射功率随环境温度的升高(包括其本身的发热所产生的环境温度升高)会使其辐射功率下降。红外灯特别是远距离红外灯,热耗是设计和选择时应注意的问题。
成像原理
在夜视监控系统中,常规的办法是利用可见光照明,但这种方式存在不能隐蔽、容易暴露监控目标等缺点,因此使用较少,隐蔽、科学的夜视监控是采用红外摄像技术。红外摄像技术分为被动式和主动式。被动红外摄像技术是利用任何物质在绝对零度(-273℃)以上都有红外线辐射,物体的温度越高,辐射出的红外线越多。利用此原理制成的摄像机最典型的就是红外热像仪,但是,这种特殊的红外摄像机造价昂贵,因此仅限于军事或特殊场合使用。而主动红外摄像技术,是采用红外灯辐射“照明”(主要是红外光线),应用普通低照度黑白摄像机、彩色转黑白摄像机或红外低照度彩色摄像机,感受周围景物和环境反射回来的红外光实现夜视监控。主动红外摄像技术成熟,稳定,成为夜视监控的主流。
红外一体化摄像机是将摄像机、防护罩、红外灯、供电散热单元等综合成为一体的摄像设备。它实现夜视的基本原理是利用普通CCD黑白摄像机可以感受红外光的光谱特性(即可以感受可见光,也可以感受红外光),配合红外灯作为“照明源”来夜视成像。红外灯的功率和角度,摄像机的配置,一定焦距的感红外镜头,以及是否有良好的供电散热处理是判断红外一体化摄像机性能的重要参数。
市场上也有许多产品是摄像机与红外线投射器分开的,这需要用户对红外灯和摄像机的性能有足够的了解,能够根据红外灯的角度、摄像机镜头参数等作合理的搭配。

结构种类

红外灯按其红外光辐射机理分为半导体固体发光(红外发射二级管)红外灯和热辐射红外灯两种。其原理及特性我们介绍如下:
由红外发光二级管矩阵组成发光体。红外发射二级管由红外辐射效率高的材料(常用砷化镓)制成 PN 结,外加正向偏压向 PN 结注入电流激发红外光。光谱功率分布为中心波长 830 ~ 950nm ,半峰带宽约 40nm 左右,它是窄带分布,为普通 CCD 黑白摄像机可感受的范围。其最大的优点是可以完全无红暴,(采用 940 ~ 950nm 波长红外管)或仅有微弱红暴(红暴为有可见红光)和寿命长。
红外发光二极管的发射功率用辐照度μ W/m2 表示。一般来说,其红外辐射功率与正向工作电流成正比,很多厂家,不负责任的任意扩大发射功率,以求得红外距离的增加,其实是拔苗助长的短视行为,最终造成图象的高度刺眼泛白及寿命的减小
当电压越过正向阈值电压(约 0.8V 左右)电流开始流动,而且是一很陡直的曲线,表明其工作电流对工作电压十分敏感。因此要求工作电压准确、稳定,否则影响辐射功率的发挥及其可靠性。辐射功率随环境温度的升高 (包括其本身的发热所产生的环境温度升高) 会使其辐射功率下降。红外灯特别是远距离红外灯,热耗是设计和选择时应注意的问题。
辐射强度为最大值的 50% 的角度称为半强度辐射角。不同封装工艺型号的红外发光二极管的辐射角度有所不同。
卤素灯泡加滤光片
照射距离较远,功率较大,但能量损失也大,因为加有滤光片,大部分可见光被滤掉而转变成热能,所以这种红外灯寿命很短,售后服务问题很多;
激光管
照射距离最远,但角度很小,如果角度调大以后,由于能量有限,所以距离相对而言又变短了。从而可以看出,激光管应用于安防业是很矛盾的;
LED发光二级管
这种的应用比较广泛,单管寿命很长,但管子多了,电流就大了,热量上去了,寿命就会缩短。同时,大电流还会有引起火灾的隐患。但是,这些弊端是可以避免的。
LED类红外灯产品分为有红爆和无红爆两类。
⑴有红爆产品使用波长为850nm的红外led发射管,使用中,近距离观察,红外灯会发出暗红色的光。
⑵而无红爆产品使用波长为940nm的红外led发射管,使用中,红外灯表面没有任何光亮,因此更隐蔽。
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拥有更高的效率,应当做为红外灯的首选。

主要特性

红外摄像机在监控摄像机中具有夜视距离远、隐蔽性强、性能稳定等突出优势,因而在夜视监控中占据了大部分的市场。
在安防电视监控系统中,随着人们安全防范意识的提高、对重要场所24小时连续监控电视监控的需要和红外成像技术的成熟,红外一体化摄像机的使用率越来越高,已逐渐发展成为一种趋势,不仅在银行、金库、博物馆、档案馆、图书文献库、监狱等重要部门应用,而且也在居民小区等一般电视监控工程中得到使用。

应用领域

中国市场上的 红外摄像机主要是通过红外线滤光片实现日夜转换,即在白天时打开滤光片,以阻挡红外线进入CCD,让CCD只能感应到可见光;夜视或光照条件不好的状态下,滤光片停止工作,不再阻挡红外线进入CCD,红外线经物体反射后进入镜头进行成像。
但在实际中, 红外摄像机经常会出现白天画面清楚,红外光条件下画面却变得模糊的现象。这是因为,可见光和红外光(IR光)的波长不一样,波长的不同,会导致成像的焦面位置不同,从而出现虚焦、画面模糊的现象。
而IR镜头采用了最新的光学设计方法、特殊的光学玻璃材料以及特殊渡膜和材质等先进技术,消除了可见光和红外光的焦面偏移。
特殊光学玻璃材料解决了 红外摄像机红外对应清晰成像的问题,从而使可见光区到红外光区的光线都可以在同一个焦面位置成像,实现清晰的图像;特殊的渡膜技术则让红外光尽可能的透过去;多层镀膜还可以最大限度的抑制逆光条件下鬼影和闪光的发生,即使在逆光等不良条件下也可以获得相对高对比度的优质画面。
IR镜头的应用范围非常广泛,既可以作红外对应特殊用途,也可以用作普通镜头。 换而言之,依据使用场合不同,红外对应镜头可以与常规的 红外摄像机灵活地配合使用。 红外摄像机没有红外截止滤光片,但是日光的波谱中也含有红外光,所以即使在日光条件下, 红外摄像机的成像也会受到红外线的干扰。因此配用红外对应镜头可以有效提高成像质量
一般来说,红外灯辐射功率与正向工作电流成正比。当电压越过正向阈值电压(约0.8V左右)电流开始流动,而且是一很陡直的曲线,表明其工作电流要求十分敏感。红外摄像机所用的红外光源,是红外摄像机的核心部件,因为其直接关系到红外摄像机的寿命和距离两大软肋。市场上主要有两种类别,一种是传统的圆珠LED灯,在红外起源中讲到的遥控器,其主要部件就是这种能发红外线的二极管,业界称之为红外灯,专业术语叫(LED),也是比较传统和常用的一种红外光源;另一种便是两年前风靡一时的“阵列式”红外光源,“阵列式”红外的原理,是将诸多发光芯片加以集成,光电转化效率比普通的要高,普通的LED的光电转换率是10%,而“阵列式”红外摄像机的光电转换率可提升到25%以上。
红外摄像机

红外摄像机

红外灯的亮度,取决于红外灯本身的晶片功率和通过的电流,并不是取决于红外灯本身的体积大小或是封装胶体的颜色,很多人误解为红外灯体积大,便功率大,还有人误解说“蓝灯”比“白灯”好,这些都是没有科学依据的。但红外灯厂家通常会将功率大的晶片在封装时将外观体积做大,这倒是真的。市场上质量较好的红外灯的晶片,大多是来自台湾,常见的晶片有“鼎元”和“光磊”两种。晶片本身具有不同的功率,用常见的有10 mil、12 mil、14mil、16mil、 24mil等种类。同样晶片的功率,红外灯亮度与电流的大小也成正比,但对灯的损耗会加大。例如:同样是14 mil的晶片,红外灯在通过50毫安电流时,会比35毫安电流更亮,当然对灯的损耗大,衰减也快,但当前市场上,有相当一部分人在组装红外摄像机时都是采用这种让“饮鸩止渴”的办法,很多消费者一时也很难分辨,以为摄像机晚上红外灯越亮越好。
同样的电流下,晶片的功率大小与红外灯亮度也成正比。例如在同样是50毫安的电流下,24mil的晶片会比12mil晶片更亮,这种方法可以保证红外灯的亮度,同时也可保证红外灯的寿命,但成本也高,少数厂家会这样去用。据了解,三辰科技在红外灯应用上特别有讲究,如在同样是Φ8MM的红外灯上,同行大多是采用12mil和14mil的晶片,三辰的则是16mil,这就出现了同款式红外摄像机上,红外灯外大小和个数一样的情况下,摄像机会显得更清晰和使用寿命更长的关键。

发展前景

俗语说有需求便会有市场,很快市场上便出现了专业提供850NM和940NM波长红外灯的供应商。红外灯板上也没有加上光敏电阻,一通电便LED全部开启,至于红外灯每天24小时开启,到底它能坚持使用多久,读者都能想象得到。光敏电阻的应用,很快解决了红外摄像机的这一问题,红外灯可以根据环境光线的明暗照度而决定是否开启,这一应用将当时红外摄像机的寿命提高了一大半,这也是最早的“日夜两用红外摄像机”。关于红外摄像机的演变,就要追溯到红外摄像机的起源,最早出现的E-2001红外摄像机采用了12颗遥控器的红外灯,至于发出红外波长是多少,当时并不知道,
当彩色CCD芯片面世后,红外摄像机面临了又一次的问题。白天严重偏色!
为了解决这一问题,便在CCD上应用起了滤光片,专业术语叫(ICF),它的作用主要是用来滤除红外线和修整光线,当时的滤光片只能让波长(380NM-780NM)的可见光进入,白天偏色的问题解决了,但晚上却无法接收到红外线,摄像机晚上就无法工作了了。
红外摄像机

红外摄像机

于是有人开始在滤光片上做文章,让滤光片既能接收某一波长的红外线,又能滤除大部分红外线,这其实也是“关大门开小窗”的做法,有需求便会有市场,市面上出现了专让波长850NM~940NM红外线进入了滤光片,时称“双通滤光片”,双通滤光片往CCD上一粘,白天偏色不是很严重,晚上也能接收红外线,这种做法在“红界”广为流传,大家也将之称为“红外一体机”,市场上主要流通和应用的也是这种红外摄像机。
“红外一体机”由于白天也能让波长850NM~940NM的红外线进入,而一旦有红外线进入时,就会引起DSP运算错误,这就决定了红外一体机一定会偏色,只是比之前较轻而已。当然,也有部分厂家具备调整芯片内部RGB色调的能力,以此来弥补DSP的运算错误。然而,冷暧色调也是“众目难调”,生产厂家只是将颜色处理得相对真实一点,事实上,“红外一体机”在偏色问题处理上,只是治标不治本。
何使得摄像机白天不偏色,晚上又能清晰接收红外线呢?很多安防企业都在思考这个问题,于是彩色日夜两用型摄像机应运而生。这种摄像机多加了一个机械装置,白天加上滤光片,晚上将之移除,换上普通的玻璃片来修整光线,就像给CCD戴上了太阳眼镜,也极像一个戴着老花眼镜的先生,在阅文写字时,目光是经过眼镜的,但在看人时,却是从镜框的上方射出目光,这也是“IR CUT”红外摄像机的雏形。
由于机械装置的耐磨性并不是很高,并且在傍晚时分,红外灯开启的临界状态时,人们总能从摄像机内部听出不断的“咔嚓咔嚓”声音,再好的原料也顶不住这样日夜的磨损,当很多摄像机镜片切换不了时,就又回到了白天严重偏色或是晚上不能看到图像的原始问题。后来的“IR CUT”摄像机经过电磁开关、继电器开关等的改良,但皆因其机械精密程度,甚至导致要改变掉滤光片的厚度,尽管在偏色问题上“IR CUT”摄像机作出过贡献,但其还是无法占领市场。
市场上出现了一种红外摄像机可以做到颜色逼真,用专业术语讲叫色彩还原度高,这就是“双CCD红外摄像机”。
双CCD红外摄像机,顾名思义有两个CCD板,其实也便是两台摄像机组合在一个外壳内,并且有两个单独的摄像头,双CCD红外摄像机的原理其实很简单,只是两台摄像机拼合在同一个外壳内,利用一个光敏电阻进行切换,白天所用的一个CCD上粘有完全滤除红外线的滤光片,晚上开启的那台没有滤光片,只是普通玻璃片修整光线,它的原理等同于“IR CUT”,只是用光电转换代替了机械切换。同时,两台摄像机在一块轮流上岗,一个白班,一个晚班,能够延长摄像机的使用寿命。
红外摄像机

红外摄像机

随着市场的推广,双CCD红外摄像机的问题也随之明显。首先,光线照度在光敏电阻设定的照度时,红外灯在临界点上会不停地开启和闪烁,而电流的切换和开启另一个CCD板成像还有几微秒的时间差,因此,在傍晚时分,光线照度处于临界点的几分钟内,这种摄像机会不停地听到电流“嘀嗒”切换声,严重时会引起没有画面
针对这个问题,乔安科技在双CCD红外摄像机上加上一个延时电路,当接受到光线变化后,延时3秒钟再进行切换,可以消除这种现象,也从根本上解决了因光线变化不停切换的问题。
但据笔者研究,至目前为止,双CCD红外摄像机至少还存在一个的问题。因为两个CCD主管的镜头处于同一平面,之间所照摄角度和范围存在区别,因此,显示器上成像的监控场所是有分别的,只是很多使用者没有留意罢了!
当然,红外摄像机是否会出现新的技术进步?又是否会有替代品的产生?在科技更新换代的今天,没有人能准确地预测。

选购方法

红外摄像机的选择最重要的问题是红外灯与摄像机、镜头、防护罩、供电电源等成套性。市场上大多是摄像机和红外线投射器分开的,这样我们在设计方案时就必须对所有的器材统一考虑,是选择黑白摄像机搭配红外灯呢,还是用彩色转黑白的摄像机?还有安装方式和防水方面的考虑。一般来说,黑白摄像机采用的CCD传感器有很宽的感光光谱范围,其感光光谱不但包括可见光区域,还延长到红外区域,利用辅助红外灯照明就可在CCD传感器上清晰的成像,而普通彩色摄像机其感光光谱只在可见光区,因此不能适用于红外灯泡照射摄像;日夜两用型摄像机采用两个CCD进行切换或者采用一个CCD传感器,利用数字电路的切换也可以实现红外灯泡照射摄像,但存在黑白照度偏高或对彩色有不利影响等缺点。除此之外,还有一体化的红外线摄像机,就是将摄像机、镜头、防护罩、红外灯等集中在一起,典型的产品如富视康公司的FI-930C和FI-970C,这两种采用优质的铝型外壳,通过一次成型的生产工艺,使产品的防水级别达到IP55等级,可以在室内室外通用,由于采用一体化的设计,就自然降低了施工和调试的难度。
随着红外夜视系统的迅速发展,红外灯生产供应厂家也会增加,但红外线产品并非象有的人想象的那样容易,在技术、检测仪器设备等方面条件也不同,希望用户多多加比较,慎重选择。
用户使用红外灯首先要仔细阅读使用说明书,特别是为保证人身设备安全的注意事项。检查前面所讲述的配套性方面是否达到要求,应考虑到的影响因素是否考虑到,如未达到要求,可及时调整所用器材。
安装事项
红外摄像机,尽量避免直射光源,因为红外灯电源控制部分是根据安装在红外灯板上的光敏电阻来控制红外灯的工作电源开启与否的。
红外摄像机视场内应尽量避免有全黑色物体、空旷处、水等吸收红外光线的物体,CCD摄像机配套的红外灯是靠发射红外光在物体上反射到CCD摄像机镜头上成图像的,如果红外光被吸收或减弱,将会大大地削弱红外灯的有效照射效果。
⑴ 请勿将此产品摔落地上或受强烈敲击;
⑵ 除非经指示,否则勿自行拆开机器;
⑶ 使用前请先确定电源是否为指定的电压;
⑷ 避免对准强光(如阳光、照明灯等处),否则容易引起过亮或拉光现象(这并非故障),也将影响CCD 寿命;
⑸ 避免置于潮湿、多尘、极热、极冷、强电磁辐射等场所;
⑹ 若发现异常情况请拔掉电源并及时与当地经销商联系。
安装及操作说明:
⑴ 先确定电源电压是否正确:DC12V,内正外负。
⑵ 用75Ω 同轴电缆线来传输视频信号到监视设备。
⑶ 选用合适的位置将摄像机固定。
⑷ 接通电源并调整摄像机角度使目标位置进入视野。

技术要求

一般来说,其红外灯辐射功率与正向工作电流成正比,
红外摄像机

红外摄像机

当电压越过正向阈值电压(约0.8V左右)电流开始流动,而且是一很陡直的曲线,表明其工作电流要求十分敏感。辐射功率随环境温度的升高(包括其本身的发热所产生的环境温度升高)会使其辐射功率下降。红外灯特别是远距离红外灯,热耗是设计和选择时应注意的问题。
红外一体化摄像机在监控摄像机中具有夜视距离远、隐蔽性强、性能稳定等突出优势,因而在CCTV夜视监控中占据了大部分的市场。如何在纷杂的红外一体化摄像机市场中辨别优劣呢?性能优良的红外一体化摄像机必须能够具备以下性能:
⒈红外灯工作条件
当电压越过正向阈值电压(约0.8V左右)电流开始流动,而且是一很陡直的曲线,表明其工作电流要求十分敏感。因此要求工作电流准确、稳定,否则影响辐射功率的发挥及其可靠性。红外灯特别是远距离红外灯,热耗是设计和选择时应注意的问题。
因此,红外灯的使用必须有良好的恒流电源供电、良好的散热设计。中路通讯公司的变焦MCD、MDD、MED、MBB系列摄像机都安装了大功率红外灯(最多可达24颗),且采用了大功率恒流电源供电,内部循环散热设计,因而能达到远距离夜视(最远可达220米)和红外灯寿命长的效果。
⒉红外光的利用率和红暴问题
⒊红外摄像机的起雾结霜问题
⒋红外摄像机的视窗玻璃清洁
⒌红外摄像机的恒温
⒍红外摄像机的全封闭

故障分类

红外一体摄像机常见问题及解决方法
红外一体摄像机颇受大家的欢迎,主要原因是成本低,安装方便,但是在使用过程中总会遇到一些让我们想不到的问题,下面是我在生产和销售红外防水摄像机中所遇到的问题,供大家参考:
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。
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,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。
白天色彩还原不够
大家不知道有没有注意到红外一体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,一般红外一体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后会干扰色彩还原,比如绿色植物变成灰白等等(有阳光的室外环境尤其明显)。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。
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。
图像偏色问题
所有的黑白摄像机都是感应红外光的。在可见光条件下,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。而摄像机使用CCD是感应所有光线(可见光、红外线和紫外线等)的,这就造成在白天所拍摄的影像和我们肉眼只观察到可见光所产生的影像很不同,由于CCD感应到了红外线,它会干扰到DSP的运算,导致偏色。
  针对红外摄像机监控图像的偏色问题,业界进行了大量的技术研发,主要有三种方式解决这一问题。其一是通过调试CCD上的RGB色调来作DSP处理,这种做法治标不治本,而且并不是每个生产厂家都具备这种芯片处理能力;其二是通过滤光片切换,白天用全部滤除红外线的滤光片,晚上则用一个普通石英片修整光线;其三是通过机型的改变,用双CCD的红外摄像机取代IRCUT摄像机,在保证白天不偏色的情况下,还可以增长红外摄像机使用寿命。
散热问题
由于配置了发热量较大的红外灯,红外灯在启动后,整个工作时间段内(以12小时计)在红外摄像机前部会有热量集中,会影响摄像机等其它部件的正常工作。例如50颗¢5的红外灯板,长时间运行的话,LED板上的温度几乎可以达到90度左右。
由于红外发光LED的辐射功率是和电流成正比的,很多不规范的厂家就用加大电流的方式来提高照射效果,然而电流越大温度越高。照射效果虽然提高了,但是机器本身由于LED过热会受到很大的伤害。其中,LED板后面的CCD就是最直接的受害者。CCD一般只能支撑到60-70度长。
为了解决这个问题,各个厂商使用的方法也是不同的。大体上有以下几种:
1、降低电流。使用功耗小的红外灯代替大功耗的红外灯,虽然降低了散热量,但是在照射长距离的时候,效果肯定不如后者。
2、在机器内部加散热风扇,这样做效果肯定是有的,不过那样对风扇的考验是要很严格的,而且加了风扇对于外壳的设计上也是个考验,要保证美观还要实用。
3、使用恒定电流电源供电。保持电流恒定,控制LED的散热。
4、LED灯的分组排列。例如,以24颗的红外来说,可以把它排列成3组来减低热量。
5、结构材质的选择。例如,LED灯板和外壳选用铝合金等散热比较好的材料。
6、使用具有强制散热散冷作用的自动冷暖空调,自动调节机体内部温度,良好的解决了这一问题。
红外灯寿命问题
从外红灯的角度来看,提高寿命和加大距离往往是相互矛盾的。因为如果厂家需要加大红外灯的照射距离,势必就需要增加红外灯的功率,而增加功率势必会缩短红外灯的寿命,一些厂家为了一味追求红外灯的距离,刻意的增加红外灯的功率,使得红外灯寿命大大减小。而且随着功率的增加,使得摄像机内部温度提高,使得摄像机很容易损坏,造成恶性循环。
  在这种情况下,我们就不能用提高供应电流来提高红外灯亮度,使之超负荷工作,虽然表面上优化了红外性能,实质上严重影响红外灯的寿命衰减。要提高红外灯的寿命首先要保证红外灯不负载,在不负载的同时通过增加红外灯的数量来保证有效距离;有的厂家则通过采用铝基板等高传导率材料、加大风冷器件的使用、增加外壳面积等方式来增加机身的散热能力,从而提升寿命。
  在电路控制部分,也有部分厂家采用脉宽调制定律来保持红外灯电流的恒定,从而减少红外灯的发热,以达到延长寿命的目的。采用脉宽调制定律后,无论外界输入的电流如何波动,通过电路进入到红外灯的电流都非常稳定,从而保证红外灯发挥自身最大的效率、延长寿命。
红暴问题
什么是红暴呢?红暴是由于所发射的红外线中包含可见光的成分。
红外灯可以做到完全无红暴(采用940~950nm波长红外管)或仅有微弱红暴。中路通讯公司采用美国奥克斯特(AUCSITER)红外技术,通过在保证红外灯功率的前提下,降低红外灯自身热耗,调整红外光线角度,使红外灯的有效利用率达到了90%。在红外灯的选择上,挑选波长较大(910nm)的红外灯,严格降低红暴,达到了微红暴效果。
红外摄像机的起雾结霜问题
雾、霜的形成是由于空气中的饱和水蒸气遇冷凝结而成,因冷环境的强、弱分别凝结成霜和雾。红外摄像机在工作过程中,尤其是室外摄像机常常会因四季变化、昼夜温差、以及雨雪环境等原因在防护罩视窗玻璃上形成雾或霜,导致摄像机无法看清物体,直接影响监控效果。中路通讯公司通过采用先进的电子除霜电路,有效的控制腔体内的饱和水蒸气浓度,做到了自动除雾除霜。
红外摄像机的视窗玻璃清洁
红外半球摄像机在雨雪天或粉尘大的环境下工作,防护罩的视窗玻璃容易出现污垢,造成摄像机视线遮挡。解决的办法通常是在防护罩上增加雨刷,通过控制雨刷清洁玻璃;另外一种办法是使用隐形雨刷视窗玻璃。与普通视窗玻璃相比,隐形雨刷视窗玻璃具有排斥水、灰尘、雪花的功能。
红外摄像机的恒温
由于配置了发热量较大的红外灯,红外灯在启动后,整个工作时间段内(以12小时计)在红外半球摄像机前部会有热量集中,即腔体内前端温度偏高,如不能散热均匀定会影响摄像机等其它部件的正常工作。中路通讯公司通过设计使用具有强制散热散冷作用的自动冷暖空调,良好的解决了这一问题。
自动冷暖空调采用珀尔帖效应原理,测温控制电路可以自动调节,将防护罩内温度恒定在摄像机正常工作温度范围内,出厂时罩内温度设置在+5℃以下加热、+40℃以上致冷。实验表明该红外半球摄像机可在-40℃~+70℃(阳光直射)的室外自然环境下正常工作。
红外摄像机的全封闭
除恒温外,使用自动冷暖空调的另一优点是可以将红外摄像机做成全封闭,不留任何散热孔,阻止灰尘、湿气、腐蚀性气体的进入,使其能够适应粉尘大的恶劣环境,如大型煤矿也可正常使用。
红外一体化摄像机,有指半球型红外一体机、快速球型红外一体机、结合云台的红外一体化摄像机和镜头内建的红外一体机。
与传统摄像机相比,红外一体机体积小巧、美观,在安装方面具有优势,比较方便,其电源、视频、控制信号均有直接插口,不似传统摄像机有麻烦的连线。一体机成像系统(镜头)、CCD、DSP技术专利均被国际知名大厂所掌握,相对传统摄像机来说,一体机质量可以得到较好的控制。同时,一体化摄像机监控范围广、性价比高。传统摄像机定位系统不够灵活,多需要手动对焦,而一体化摄像机最大的优点就是具有自动聚焦功能。
可以做到良好的防水功能也是红外一体化摄像机的特色之一,一体化摄像机室外型都具有防水功能,而传统摄像机需和云台、防护罩配合使用才可以达到防水的功能。更有专门为水下作业开发出的潜水型一体化摄像机。
另外红外一体式摄像机集成的红外灯可以在光照度低于一定的数值甚至夜晚时自动打开以达到稳定的成像效果。
红外一体化摄像机多用于政府项目、高档次高层大楼,以及商场、学校、酒店、宾馆大堂等,另外还有专门适合医院手术室等对环境要求较高场所的防尘型以及低温、电机无火花的防爆型产品。其他专业用一体化摄像机,如军用、航空、极地、海底、生化环境用等,因为用途不同,相应具有不同的特殊功能,如防高压、防腐蚀、防震动等。

影响因素

灯管的消耗的电能一部分转换为有效的光能量,一部分则转换为热能,这是不可避免的,问题是对产生的热能要进行合理的控制和处置。当产生的热能太多,或没有采取适当的降温措施时,机内温升过高,导致了灯管的过快老化引起照射距离的过快下降。特别是一些生产者,没有健康的经营理念,片面追求交货时的性能,忽视产品的使用寿命,在没有解决发热和温升过高问题的情况下,拼命追求亮度和距离,更是使其使用寿命急速下降。长期潜心于技术研究的安德旺研发人员发现,mulu 性能寿命测试”得出的参数标准都是以环境温度25°C为参考值的,随着环境温度的上升,性能和寿命呈下降趋势。我们都有体会,环境温度25°C是夏天开着空调时觉得有些冷的温度,而对于夏天24小时连续工作的全密封的防水摄像机机壳内的元器件来讲,温度肯定要高很多。下面我们来看看高温对电子元器件的危害有多大。
首先必须了解2个重要的电子技术术语,结温热阻
结温
(Junction Temperature)
结温是处于电子设备中实际半导体芯片(晶圆、裸片)的最高温度。它通常高于外壳温度和器件表面温度。结
温可以衡量从半导体晶圆到封装器件外壳间的散热所需时间以及热阻。
热阻:导热过程的阻力。为导热体两侧温差与热流密度之比
热量在热流路径上遇到的阻力,反映介质或介质间的传热能力的大小,表明了 1W热量所引起的温升大小,单位
为℃/W或K/W。用热功耗乘以热阻,即可获得该传热路径上的温升。可以用一个简单的类比来解释热阻的意义,发
热量相当于电流,温差相当于电压,则热阻相当于电阻。
最高结温
(Maximum junction temperature)
最高结温会在器件的datasheet数据表中给出,可以用来计算在给定功耗下器件外壳至环境的热阻。这可以用
来选定合适的散热装置。如果器件工作温度超过最高结温,器件中的晶体管就可能会被破坏,器件也随即失效,所
以应采取各种途径降低结温或是让结温产生的热量尽快散发至环境中。
降低结温的途径
1、减少器件本身的热阻;  2、良好的二次散热机构;  3、减少器件与二次散热机构安装介面之间的热
阻; 4、控制额定输入功率;  5、降低环境温度;
LED芯片的结温一般在110°C-130°C之间,一旦芯片的温度超过器件的最高结温,器件将可能在瞬间
烧坏。很多厂家为了提高夜视效果,盲目加大LED的电流,这种做法是非常危险的。
另一种情况就是虽然芯片的结温没有超过最高结温,但是散热不良、结温偏高,这将使LED的光效下
降、寿命大大缩短,
根据以上四个对比关系我们可以看出,LED电路板的工作温度将直接影响LED芯片的性能。如果不能有效控
制LED电路板的温度,必将使LED的光效变差,寿命缩短,甚至直接烧毁。
很多懂技术的厂家都知道,不管是大功率红外还是白光LED,散热都是一个最关键的问题。于是,大家采用了
恒流驱动技术,不再使用普通的玻纤板,采用散热性能良好的铝基板来做LED灯板,并在LED和铝基板之间
涂上了导热硅胶。但深入研究的安德旺技术人员认为这远远不够。因为LED的热量虽然传递到铝基灯板,但
是传统的防水机外壳是全密封结构,外壳和灯板的接触面小到只有四个用来固定的螺丝帽那么大,铝基灯板
上的热量很难迅速传递到铝合金外壳,当铝基灯板上的热量不断聚集,灯板温度持续上升,正常在60°C以上,
最高可达95°C以上,导致LED灯性能下降,衰老迅速,甚至烧毁也是很正常的事。经过研究,发明了导热环技术,并申请了国家实用新型技术专利。
红外(白光)防水摄像机导热环实用新型技术专利,
红外(白光)护罩型摄像机导热支架实用技术专利,
红外(白光)球形摄像机导热环实用新型技术专利,
性能分析

维护技巧

摄像机一般都需要24小时不间断地工作,因此做好摄像机的维护,则可以延长摄像机的寿命和保障摄像机图像效果的稳定性,具体应注意以下几点。
·应注意摄像机电压的稳定性,否则会影响图像的效果,甚至导致摄像机被损坏;
·经常检查线材是否出现损坏、老化现象,避免异常情况发生;
·应尽量避免阳光或者强光长时间直射,以免造成摄像机CCD损坏;
·需要经常对摄像机进行清洁,如经常清理摄像机的外壳表面灰尘等,尽量不打开外壳,如需要打开,则先断电;
·建立摄像机档案,以便日后方便检查、检测。

技术参数

类别:红外摄像机
摘要:采用 24颗∮8 灯
红外距离:80-150m
图像传感器:1/3" Sony Super HAD CCD
水平清晰度:540线,480线,420线
内置镜头:3.6mm,6mm
使用电源:DC 12V
摄像机参数
水平解析度
420TVL
540TVL
700TVL
成像器件
1/3"SONY Super HAD CCD
1/3"SONY Super HAD CCD
1/3"SONY EXview HAD CCDⅡ
图像像素
PAL:500(H)X582(V)
PAL:795(H)X596(V)
PAL:1020(H)X596(V)
信噪比
More than 48dB
More than 50dB
More than55dB
耗电流
90mA(IR ON MAX 470mA)
70Ma(IR ON MAX 470mA)
70Ma(IR ON MAX 470mA)
最低照度
IR ON 01ux
0.003Iux
0.002Iux
电子快门
PAL:1/50s-1/100.000s
NTSC:1/60-1/100000sec
白平衡
Auto/手动设置
Auto/手动设置
伽码校正
Auto
Auto/手动设置
增益控制
Auto
Auto/手动设置
背光补偿
Auto
Auto/手动设置
隐私遮蔽功能

  
4区移动遮蔽
移动侦测

  
4区隐私侦测
日/夜转换

  
自动/手动设置
菜单

  
支持OSD菜单
色彩调节

  
默认设置/手动设置
强光抑制功能
手动设置
宽动态功能
手动设置
语言
支持8种语言 中/英
电视系统
PAL/NTSC
感光面积
4.9mm(H)x3.7mm(V)
数字降噪技术
2D-DNR
同步系统
内同步
视频输出
1.0vp-p.75Ω,BNG Connector
红外灯距离
15米发现距离25米 室内50平方米
防护等级
IP66
电源
DC 12V ±10%
工作温度
-10℃~+50℃
外壳颜色
紫色
重量
470g
尺寸
Φ120mm×90mm
材质
铝合金 Aluminum alloy
产品特点
该款红外半球摄像机采用经典外观,镜头甄选,室内监控精选
应用领域
各种室内24小时监控的场地,如商场、酒店、学校、小区、等区域

细节问题

一、在安装红外摄像机的时候,首先就是要选择合适的镜头,熟话说好马配好鞍,就是这个道理。为了提高红外摄像机对红外灯以及景物的敏感度,应尽可能选用通光量大的镜头,并注意在使用自动光圈或电动二可变镜头时,要尽可能开大光圈的驱动电平值。主要是因为一般的镜头的焦距的增加时,通光量就会相对减少,在选择红外灯的时候也要特别的注意了。
二、红外灯的选配电源应尽可能要满足其所需的最小电功率,经常发生功率不够而导致照射距离不够的情况。
三、使用的时候还要考虑被摄像景物的反光程度,由于红外摄像机种所使用的红外线具备可见光相同的如反射、折射等特性,所以说在目标景物周围如果没有良好的反光环境时应考虑一定的距离余量。
四、为了更好的解决这些问题,一些厂家在生产红外摄像机的时候,也采用了红外LED+感红外彩色CCD技术,这些产品的推出可以解决红外摄像机在夜里使用的需要。如今红外夜视摄像机的应用更是普遍,对夜晚或者关线不足的情况下使用是更加的适合不过了。
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