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红外摄像机的配件选择

时间:2012-05-21 10:33来源:恒业国际 点击:邮件发送

一、红外光源的选择

1. 三种红外光源发光原理红外光是一种波长大于780nm的不可见光。一般,产生这种不可见光的光源一般有以下三种。

第一种,直接使用白炽灯或氙灯发出的红外光。这种灯安装可见光滤镜,滤去可见光,只让看不见的红外射线射出。

第二种,使用红外发光二极管LED或LED阵列来产生红外光。这种器件是通过砷化镓(GaAs)半导体中的电子与空穴复合来产生红外光。

第三种,使用红外激光二极管,也可作红外光源。它的原理是将处于较低能态的电子激发或泵浦到较高能态上去,通过大量粒子分布反转,共振而维持受激辐射红外光。

2. 三种红外光源的优缺点

第一种光源为热红外光源,其最大的优点是可制成比较大的功率和大的辐照角度,因此照射的距离远。其最大不足之处是包含可见光成份,即有红暴,且使用寿命短,如果每天工作10小时,5000小时只能使用一年多,若考虑散热不够,寿命还要短。为提高热辐射红外灯的寿命,使用时还必须采用光控开关电路,以减小其工作时间,此外,还增加了延时开关电路以防环境光的干扰。

第二种是使用半导体砷化镓发光二极管阵列组成的红外灯,尤其现在使用新技术开发生产的阵列式集成发光芯片LED Array,其一个LED Array的光学输出达到了800mw-1000mw,而成为普通LED的换代产品,LED-Array的发光半功率角为10-120°(可变角)。由于LEDArray为高度集成的LED,而体积只有一个一分钱硬币的大小,在室内可均匀照亮全部空间,它最初是运用在航空飞机上面,近年来由于民用夜间监控市场的发展,LEDArray才逐步走向民用市场,成为高质量夜间监控的一种理想选择。虽然,红外LED及LED-Array淘汰了热红外光源,但对于百米或者1km以上的超远距离场景的监控,我们还是不得不提到技术性能更高的第三种红外激光光源。

第三种激光红外灯,半导体激光器的电光转换效率较高,所以热损耗也远远的低于LED灯,同时,激光波长的选择可以增大CCD对波长的感应程度,选用810nm的光源其对CCD的感应度比850nm的红外光高出30%。激光红外灯还有一个更突出的优点就是照射间隔远,光线集中,方向性强,最远可达3000米。目前采用的激光电源温控技术,使得激光红外灯内部工作温度处理恒定的工作温度,激光红外产品的寿命也有了极大的保证。

3. 激光红外——市场新宠,潜力巨大

由上可知,三种红外光源各有其优劣,但由于热红外光源由于缺点较多,目前基本被红外LED及LED-Array光源所淘汰。虽然LED技术较热红外光源有了很大的进步,但是LED红外灯夜视照明中存在一定的局限如:照射间隔、亮度、散热、寿命等方面,固然,现在有的企业为了增加监控间隔及亮度,增加了LED灯的数目和功率电流,但是却是以牺牲了散热和寿命为代价的,可以这么说,假如LED不从技术本质上进行改革,问题就不能从根本上解决。

在很多领域,LED技术已经不能满足安防监控工程对夜视红外的要求。首先就是距离问题,虽然LED-Array也完全可照射到百米以内监控场景的距离,至于百米以上的超远距离的监控场景,激光红外显得优势更为明显。它的亮度高,一个激光顶好多LED,所以红外激光光源的体积小、重量轻,是超远距离的最佳选择。目前激光器的基地也逐渐增多,技术上有更多的更新,成本也有一定程度的下降,能被更多的安防企业接受,随着激光红外灯技术的精益求精与发展,其必然成为夜视红外技术的主导产品。

4. 红外光源选择注意事项

(1)红外灯距离选择要留有余量

选择红外灯时,特别注意标称距离与实际辐照距离的差距。因为有些生产厂标称的可视距离往往偏大,所以在选择红外灯辐照距离时要进行实际测试,并且要留有充足的余量,才能使所观察的场景的照度可靠。

(2)应选用稳流源驱动的光源

因为LED是电流驱动器件,其发光亮度与功率同驱动电流成正比,而不是电压。因此,为保持发光强度不变,必须要选用稳流源驱动的光源。

(3)要选用散热好的光源

因为发光管都有发热与散热问题,尤其功率大距离远的光源发热量大,所以必须要选用散热好的光源,才能保证工作稳定可靠。

(4)要选用有光控开关自动控制电路的供电电路并与灯板分开的红外光源

因为红外灯的供电电路与灯板不分开,就会应发光管工作产生的热量影响供电电路的元件性能,从而导致发光管发光不稳定,有了这种光控开关的电路,就能使红外灯白天关闭,夜晚打开。

(5)要根据监视距离选用红外灯

50m以上最好选用单独的红外灯为好,另外激光红外多用于1km以上距离的监控场景的夜视照明,但由于其的光束细而强,为使红外光束照亮一定范围的场景,使用时还需要通过一个扩束镜头扩束才行。

二、摄像机的选择

1. 摄像机感光器件分类

目前摄像机的感光器件有CMOS与CCD两种。同CCD一样,CMOS图像传感芯片对红外光波也有反应,但它在890-980nm范围内灵敏度比CCD图像传感芯片要高出许多,并随波长增加而衰减的梯度也慢一些。随着CMOS图像芯片的飞速发展,其噪音讯号进一步降低,且星光级的CMOS摄像机也已有面市,因此,不一定局限在CCD摄像机中选择,可充分利用各自的优势选取。

2. 摄像机的选择要点

(1)应选低照度摄像机,其照度要求一般≤0.02Lux月光级和星光级等增感度摄像机可在很暗的条件下工作,但有些反光系数小的地方还是达不到要求,如沙漠,绿地,林区等。在这种情况下,就需要采用由高性能像增强器和CCIR制式的黑白CCD通过纤维面板和光锥直接耦合而成的微光夜视摄像机。总之,照度越低越好,能要在实用条件下进行测试最好,通常照度要求一般≤0.02Lux。

(2)选用的红外摄像机图像传感器的尺寸越大越好

而CCD尺寸大,接受的光通量大;CCD尺寸小,接受的光通量就少。所以,夜视摄像机多选1/2的CCD,1/3的要测试可行的也可,但绝对不能选1/4的。

(3)红外摄像机要有自动电子快门与自动增益控制(AGC)功能

有了这些功能,才能使信号调整到比较好的状态,以满足观察的效果。

(4)需隐蔽场合选CMOS超微型摄像机

由于低功耗、高集成、小体积只有CMOS图像传感器才能办到,因而可作成衬衫钮扣、西装钮扣般大小的CMOS摄像机。加上相应的红外光源的更加小型化,以及高效能电池的推出,使第三只眼睛将会无处不在。

三、镜头的选择

摄像机镜头是红外摄像机的关键设备,它的质量(指标)优劣直接影响到系统的成像效果,因此,镜头选择是否恰当即关系到系统质量,又关系到工程造价。选择镜头时要注意要点

(1)最好选红外镜头

普通的光学镜头,物体反射回镜头的红外光不能有效聚焦到CCD靶面上,红外夜视效果就会大打折扣,因而最好选用红外镜头。尤其是彩转黑摄像机,使日夜监视焦面一致。

(2)选用镜头的成像尺寸最好与摄像机中图像传感器的尺寸一致

选用的镜头的成像尺寸应与摄像机中图像传感器的尺寸一致,因为当镜头的成像尺寸比摄像机感光面的尺寸大时,实际成像的视场角要比该镜头的标称视场角小;而当镜头的成像尺寸比摄像机的感光面的尺寸小时,就会影响成像,并表现为成像的画面四周被镜筒遮挡,在画面的四个角上就会出现黑角。如图像传感器的尺寸是1/2",则镜头的成像尺寸最好是1/2"的。

(3)镜头与摄像机的接口安装方式一致

镜头与摄像机的接口安装方式有C型安装和CS型安装两种,两者最好一致。如果选用了C型镜头,则需加一5mm厚的接圈即可。以免碰到CCD的敏感面的保护玻璃,而造成CCD摄像机的损坏。

(4)选自动光圈镜头,以适应昼夜照度很大的变化

由于日夜监控,其照度变化范围很大,因而最好选用能自动根据照度变化的自动光圈镜头,以使图像保持清晰。

(5)镜头的分辨率与透光率要达到要求

用的成像镜头的分辨率必须要大于摄像机的分辨率,否则达不到所要求的清晰效果。并且镜头中镜片的透光率要好,即对光的衰减要非常小。

(6)注意选择性能好的视窗玻璃的防护罩

红外光通过不同介质,透射率和反射率就不同。不同的视窗玻璃,特别是自动除霜镀膜玻璃,对红外光的衰减也不同,所以要注意选择性能好的视窗玻璃的防护罩。

四、结语

红外摄像机的选择最重要的问题是成套性。除选好红外光源外,对摄像机、镜头、防护罩、供电电源等的配套也要综合考虑。只有面面俱到,才能取得事半功倍的效果。

作者:恒业国际生产中心经理 刘勇

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