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技术之透析红外夜视监控系统的技术问题

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来源: 作者: 2018-10-28 11:59:27

技术之透析红外夜视监控系统的技术问题

导读:

技术到家的话,100米以上的红外夜视并不是什么难事。技术到家,指的是必须同时精通红外灯技术,红外感应摄像机技术和红外感应镜头技术,三者缺一不可。

技术到家的话,100米以上的红外夜视并不是什么难事。技术到家,指的是必须同时精通红外灯技术,红外感应摄像机技术和红外感应镜头技术,三者缺一不可。 技术到家的话,100米以上的红外夜视并不是什么难事。技术到家,指的是必须同时精通红外灯技术,红外感应摄像机技术和红外感应镜头技术,三者缺一不可。 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,但是,这毕竟是一个新兴产业,大量劣质产品泛滥市场,影响了人们对红外夜视产品的信任。本文涉及到了红外夜视监控中的常见技术问题,希望能为工程商和用户对红外夜视监控的进一步认识提供有价值的参考。 许多的红外灯制造商信誓旦旦地标称自己的红外灯照射距离是100米或200米等等,还发明了"足米"这一名词,从而误导工程商好像红外灯真的有固定照射距离。而不管厂家如何宣传,工程商就是不信并认为标称100米的红外灯能勉强用到50米就不错了。 那么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。也有还算专业的人士和厂家,朦胧地意识到红外灯要想达到理想的照射效果,需要优秀的摄像机和性能出色的红外镜头。而最经常听到的说法是,需要0.001Lux以上的红外感应摄像机,最好是黑白的;需要某种特别的红外镜头,红外透过率达到百分之九十五以上。问题是,任何一个从事专业光学研究和制造的工作者都知道,这些所谓的红外透过率达到百分之九十五以上的镜头,真的要达到百分之九十五以上的红外透过率是比较困难的。 有些厂家把能不能制造出无红暴红外灯当作一个技术问题来宣传,好像有红暴就是低技术,无红暴就是高技术。其实,有无红暴只是一个选择问题,并不是技术问题。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?正确回答这个问题,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。为什么要多芯片呢?来自一些厂家的理论是:红外灯照射距离不够是因为能量不够,更多的芯片集合在一起,当然能量就大,想当然地认为照射距离更远。固然,更远的距离需要更大的能量,但并不是红外灯发出了较多红外光,摄像机就能接收更多有效的反射红外光。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,不坏才怪呢。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?不论是制造商还是工程商想当然地认可这种说法,他们认为红外灯发射视角越大,选用镜头的余地也就越大,选择广角镜头不会出现"手电筒"现象。所以说,大家都拼命地说自己的红外灯的视角是如何之大。这种好像很有道理的说法其实是很不科学的。 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。长春佶达的红外灯的发射角度是用镜头的焦距来表示的,如SK-4.2W-16红外灯,4.2W表示该灯的额定功率是4.2瓦;16表示该灯的发射角度与f16mm的镜头角度一致,两者可以配套。 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。 由于众所周知的原因,市场上大量充斥虚标F值的镜头,尤其是变焦镜头,只标短焦不标长焦因而误导工程商,致使用户根本无法辨清谁家卖的是真货。建议用户要到专业大型厂家购买镜头。 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。 摄像机虚标指标的现象特别严重,我曾拿过一款0.1勒克斯摄像机和一款标称0.0001勒克斯的摄像机作对比,后者竟不如前者。更多的摄像机厂家,人为地提高信号强度,灵敏度是很不错,但信噪比很差,导致夜间图像雪花点很多很大。 不同的厂家的红外产品会有不同红外夜视距离的标准。我看还是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。(:小曾)

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