紅外夜視監(jiān)控的常用技術(shù)與常見問題

2013-05-16 14:32 作者：ly 瀏覽量：

本文將從紅外夜視監(jiān)控系統(tǒng)中常見的幾大問題入手,針對目前廣大用戶在使用該類產(chǎn)品中經(jīng)常遇到的難點(diǎn)展開視角獨(dú)到的剖析,一定會為廣大工程商對紅外夜視監(jiān)控的進(jìn)一步認(rèn)知帶去有價(jià)值的參考.

紅暴問題
   有些廠家把能不能制造出無紅暴紅外燈當(dāng)做一個技術(shù)問題來宣傳,好像有紅暴就是低技術(shù),無紅暴就是高技術(shù).其實(shí),有無紅暴只是一個選擇問題,并不是技術(shù)問 題,波長超過700nm的光線叫做紅外線,900nm以上的紅外線基本無紅暴,波長越短,紅暴越強(qiáng),紅外線感應(yīng)度也越高.現(xiàn)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(jī),在850nm波長的感應(yīng)度,比在940nm波長的感應(yīng)度 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,應(yīng)當(dāng)做為紅外夜視監(jiān)控的首選項(xiàng).
 
壽命問題
    攝像機(jī)的使用壽命可達(dá)10年以上,紅外燈的壽命是否也能達(dá)到這個水平?正確回答這個問題,首先要了解目前紅外燈的制造原理.目前紅外燈主要有三種制造模 式:1、鹵素?zé)?2、多芯片led,3、單芯片led.鹵素?zé)羰且粋€較傳統(tǒng)的技術(shù),能耗高,發(fā)熱量大,使用壽命較短,因其使用效率低下,估計(jì)會逐步地淡出 市場.

多芯片led也有兩種形式,一種是包含4到8顆芯片;另外一種是陣列式發(fā)光片,含有10到30顆芯片.為什么做多芯片呢?一些來自廠家的理論是:紅 外燈照射距離不夠是因?yàn)槟芰坎粔?更多的芯片集合在一起,當(dāng)然能量就大,想當(dāng)然地認(rèn)為照射距離更遠(yuǎn).固然,更遠(yuǎn)的距離需要更大的能量,但并不是紅外燈發(fā)出 了多少紅外光,攝像機(jī)就能接收多少紅外光.
    多芯片led因其結(jié)構(gòu)上的固有缺點(diǎn)沒有發(fā)光焦點(diǎn),發(fā)光光學(xué)系統(tǒng)不合理,有用光效率也比較低(當(dāng)然,比鹵素?zé)魪?qiáng)幾倍),其優(yōu)點(diǎn)沒有有效地發(fā)揮出來.比如陣列 式led,電流高達(dá)1000ma以上,基本只是一分錢硬幣大小,散熱就成為一個問題.可led最怕的就是高熱啊,不壞才怪呢.同時(shí),多芯片led的生產(chǎn)要 求非常嚴(yán)格,每顆芯片都不能有性能上的一點(diǎn)差異,否則一顆芯片壞掉的話整機(jī)就全部完了.總體而言,相對于單芯片led而言,多芯片led的壽命是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠 的.
    單芯片led生產(chǎn)工藝簡單,品質(zhì)容易保證、發(fā)熱量低、發(fā)光光學(xué)系統(tǒng)合理,是做紅外燈理想的器件,理論上使用壽命可達(dá)10萬小時(shí)以上.那么,是不是所有的單芯片led燈的壽命都很好呢?
    事實(shí)上,遠(yuǎn)不是這么回事.這里面原因有很多,比如有的led芯片級別很低,雜質(zhì)超標(biāo);有的生產(chǎn)工藝不過關(guān),有漏電現(xiàn)象;有的超功率使用,額定20ma,卻使用50ma以上;有的沒有保護(hù)電路,或電路設(shè)計(jì)不合理,這些都會導(dǎo)致單芯片led紅外燈快速壞掉.
      要想保證紅外燈的壽命,首先要選用高等級的led芯片.高等級芯片功率大、一致性好、發(fā)光效率高、發(fā)熱量很小,一顆高等級led比普通led的品質(zhì)好10 倍,當(dāng)然價(jià)格也非常昂貴.其次,光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要合理、發(fā)光要均勻、利用率要高、散熱要快.第三,要嚴(yán)格控制工作電壓.led對電壓非常敏感,電壓稍高 led管芯就會燒掉;而電壓略低則發(fā)光量又會大大降低.最好匹配高質(zhì)量的開關(guān)電源,交流輸入電壓最好從170伏到270伏電壓都能做到較好的穩(wěn)壓,以適合 惡劣的供電環(huán)境.第四,輸入電源線最好選用抗高/低溫、超柔軟抗彎曲的.有一個廠家生產(chǎn)的紅外燈,輸入電源線可在低溫零下60度、高溫零上250度正常使 用,零下四、五十度線纜仍像絲綢一般柔軟,這樣的產(chǎn)品才值得信賴.
 
角度的問題
    紅外燈是不是視角越大越好?不論是制造商還是工程商想當(dāng)然地認(rèn)可這種說法,他們認(rèn)為紅外燈發(fā)射視角越大,選用鏡頭的余地也就越大,選擇廣角鏡頭不會出現(xiàn) “手電筒”現(xiàn)象.所以說,大家都拼命地說自己的紅外燈的視角是如何之大.這種好像很有道理的說法其實(shí)是很不科學(xué)的.
        首先,使用大視角度的紅外燈配合小視角度的鏡頭,存在光的浪費(fèi)現(xiàn)象.比如,一盞紅外燈,發(fā)光角度是80度(相當(dāng)于f3.5mm鏡頭的角度),如果配合 f35mm的鏡頭,那么會有相當(dāng)部分的光是在鏡頭視場以外,也就是說部分紅外光都浪費(fèi)了.一般情況下,紅外燈的視角要與鏡頭的視角相一致,效果是最佳的. 比如有的紅外燈,燈的發(fā)射角度是用鏡頭的焦距來表示的.其sk-4.2w-16紅外燈,含義是這樣的:“-4.2w”表示該燈的額定功率是4.2 瓦;“-16”表示該燈的發(fā)射角度與f16mm的鏡頭角度一致,兩者是可以配套的.其紅外燈按角度分類,目前包括“-4”、“-8”、“-16”、 “-35”四個系列,可以和市場上的常用鏡頭配套.
         其次,并不是紅外燈的發(fā)射角度越大,畫面效果就越好.有的場合如果紅外燈角度過大,還會影響成像.比如走廊,因其“狹長”的特點(diǎn),如果紅外燈的發(fā)射角度過 大,則近處邊緣的成像就會太亮,形成“光幕”現(xiàn)象;遠(yuǎn)處中心反而看不見,只有一片發(fā)白現(xiàn)象.所以,走廊的紅外燈應(yīng)該是鏡頭角度的二分之一或三分之一.
       第三,可以利用“接燈”技術(shù),兩個窄角紅外燈搭配并調(diào)整位置,可以達(dá)到廣角燈的效果,市場上的“夜鷹”系列紅外夜視系統(tǒng),就是利用“接燈”這種技術(shù),做到了既望遠(yuǎn)又廣角.在同樣功率條件下,“接燈”技術(shù)可以成倍提高作用距離.
    總體而言,紅外燈的發(fā)射角度的問題既是選擇問題也是技術(shù)問題.不同焦距的鏡頭應(yīng)選擇相適應(yīng)發(fā)射角度的紅外燈,紅外燈的發(fā)射角度無論在什么樣的條件下都不應(yīng) 該大于鏡頭的視角,而在狹長環(huán)境中的應(yīng)用,就該選用比鏡頭視角更小乃至三分之一的紅外燈.窄視角紅外燈通過搭配,可以得到理想的廣角效果,效果更佳、成本 更低.

通光量的問題
    相對孔徑?jīng)Q定了鏡頭的通光能力,相對孔徑為f1.0的鏡頭通光量是相對孔徑f2.0的鏡頭通光量四倍.同樣的攝像機(jī)、紅外燈,分別搭配上述兩種鏡頭,紅外作用距離可相差一倍.
    大孔徑鏡頭在紅外監(jiān)控方面,比常規(guī)普通鏡頭好四到十倍,按理說應(yīng)該成為紅外夜視監(jiān)控的必須配套產(chǎn)品.但由于成本高昂,技術(shù)難度大,絕大多數(shù)紅外產(chǎn)品制造商不具備供貨能力.
    由于眾所周知的原因,市場上大量充斥虛標(biāo)f值的鏡頭,尤其是變焦鏡頭,只標(biāo)短焦不標(biāo)長焦因而誤導(dǎo)工程商,致使用戶根本無法辨清誰家賣的是真貨,誰家以次充好.建議用戶要到專業(yè)大型廠家購買鏡頭.

焦點(diǎn)偏移的問題
    可見光與紅外光由于波長不同,成像焦點(diǎn)不在一個平面上,導(dǎo)致在白天可見光條件下圖像清晰,而夜間紅外光條件下模糊,或者夜間紅外光條件下圖像清晰,白天可 見光條件下圖像模糊.可以用三個辦法解決.第一,采用自動聚焦一體化攝像機(jī);第二,采用ir專用焦點(diǎn)不偏移鏡頭;第三,采用專業(yè)的調(diào)整工具,在現(xiàn)有鏡頭條 件下也可以實(shí)現(xiàn)不偏移.

色彩問題
    所有的黑白攝像機(jī)都是感應(yīng)紅外光的.紅外光線在可見光條件下對于彩色攝像機(jī)來講是一種雜光,會降低彩色攝像機(jī)的清晰度和色彩還原,彩色攝像機(jī)的濾光片就是 阻止紅外線參與成像.要想使彩色攝像機(jī)感應(yīng)紅外線現(xiàn)在有兩個做法,第一,切換濾光片,在可見光條件下?lián)踝〖t外線進(jìn)入;在無可見光的條件下移開濾光片,讓紅 外線進(jìn)入,這種方案得到的圖像質(zhì)量好,但成本高并且切換機(jī)構(gòu)會導(dǎo)致出現(xiàn)一定的故障率.第二,在濾光片上打開一個特定的紅外線通道,允許與紅外燈波長相同的 紅外光線進(jìn)來,這種辦法不增加成本,但色彩還原略差.

靈敏度的問題
    攝像機(jī)靈敏度是紅外夜視監(jiān)控的核心部分.靈敏度越好,對紅外線的感應(yīng)能力也越強(qiáng).當(dāng)然,靈敏度越好的攝像機(jī)價(jià)格也越昂貴.一般來講,50米以內(nèi)的紅外夜視 系統(tǒng),選用0.1勒克斯的攝像機(jī)就比較好;50米到100米范圍的夜視系統(tǒng)應(yīng)該選用0.01勒克斯的攝像機(jī);100米以上的夜視系統(tǒng)應(yīng)選用0.001勒克 斯以上的攝像機(jī).當(dāng)然,隨著靈敏度提高,攝像機(jī)的價(jià)格會有較大的遞增.
       當(dāng)然,和其它許多產(chǎn)品一樣,攝像機(jī)虛標(biāo)指標(biāo)的現(xiàn)象特別嚴(yán)重.我曾拿過一款0.1勒克斯攝像機(jī)和一款標(biāo)稱0.0001勒克斯的攝像機(jī)作對比,后者竟不如前 者.更多的攝像機(jī)廠家,人為地提高信號強(qiáng)度,靈敏度是很不錯,但信噪比很差,導(dǎo)致夜間圖像“雪花點(diǎn)”很多很大.

距離的問題
    一百個人做紅外產(chǎn)品就會有一百個紅外夜視距離的標(biāo)準(zhǔn).我看還是應(yīng)該以客戶的應(yīng)用效果為標(biāo)準(zhǔn).客戶的標(biāo)準(zhǔn)是什么?是看清人!什么“可視距離”、“發(fā)現(xiàn)距 離”,這些不確定的說法都是含混不清的.不同檔次的攝像機(jī)、鏡頭之間的匹配,對于同一盞紅外燈發(fā)出的光線感應(yīng)度可能相差許多倍,可視距離也可相差很多.所 以說,把某一盞紅外燈具體地定為是多少米的說法是不甚科學(xué).一盞紅外燈的作用距離,只能與確定品質(zhì)的攝像機(jī)和鏡頭共同匹配才能確定其作用距離.還有,因?yàn)?應(yīng)用的環(huán)境不同,效果也會大相徑庭,最好留有一定余量.

總結(jié):
       紅外夜視到底能做到多遠(yuǎn)?技術(shù)到家的話,100米以上的紅外夜視系統(tǒng)并不是什么難事.技術(shù)到家,指的是必須同時(shí)精通紅外燈技術(shù),紅外感應(yīng)攝像機(jī)技術(shù)和紅外 感應(yīng)鏡頭技術(shù),三者缺一不可.現(xiàn)在市場上產(chǎn)品,距離已經(jīng)做到500米以上, 只是造價(jià)比較高,民用市場還比較受限制. 紅外夜視監(jiān)控中,存在很多的常見技術(shù)問題和疑難解惑,本文借此機(jī)會與廣大讀者和工程商做一個溝通,同時(shí)希望能為工程商和用戶對紅外夜視監(jiān)控的進(jìn)一步認(rèn)識提 供有價(jià)值的參考.

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