红外摄像机有时也称为红外夜视摄像机

红外摄像机有时也称为红外夜视摄像机 红外摄像机有时也称为红外夜视摄像机，自从被应用于民用行业以来，这几年得到了迅速发展，在各行各业中都得到了普及。 2000年前后，红外夜视在国内开始起步，当时的监控系统多由集成商或工程商通过向外采购红外灯、摄像机、红外镜头和防护罩等各部件，自行组装和配置。由于系统涉及到光、机、电等多种领域的技术，且对技术实行的要求较高，任意组成部分的功能和彼此之间的配置，都影响到红外夜视系统的整体效能，也妨碍到人们使用这类产品的信心。 面对市场的演进，一些生产厂商开始将红外夜视系统引入一体化红外摄像机，即将红外灯内嵌至摄像机内，与具有红外感应性能的摄像机和专用红外镜头一起整机成形。红外摄像技术和产品由此走向成熟。 随着我国经济实力的逐年增长以及社会各界对监控行业的认同，监控类产品、尤其是红外摄像机正在逐步进入井喷式的应用时代。 记者就红外摄像机的发展、结构、产品、应用以及安装事项等采访了部分相关企业的负责人和技术人员，请他们就上述问做了一些说明。 红外技术进步带动红外摄像机发展 1800年红外线被英国天文科学家赫谢耳(Herschel)发现，美国贝尔实验室所在上世纪60年代初期发现了红外夜视技术，但由于诸多原因一直被广泛应用于军事领域，而在民用层面几乎没有市场。 在红外摄像机应用之前的闭路电视监控系统中，很多摄像机都普遍可以很好的解决在白天的监控需求，并且众多厂家的摄像机也都在水平分辨率和色彩还原等方面有了长足的进步。但是，当环境照度变得很低或是在完全没有任何光照的情况下，要想再使摄像机捕捉到符合监控需求的图像就变得比较困难了。过去，一般采取增强白光照明的方法来解决，但是大量电力的消耗带来了资源流失和成本增加的问题，同时增强环境照明也无益于监控设备的隐蔽，甚至可以提醒那些有恶意企图分子避开有效的监控范围实施不良行为或是犯罪活动。因此，生产厂家把目光逐渐集中到红外夜视系统上来，而用户对这类产品的使用意识也被唤醒，市场需求持续升温。 深圳市浩铭安防工程有限公司技术部经理林堪华介绍，在这种市场需求多样化和传统摄像机在实际应用中对光源的依赖性无法逾越的瓶颈愈发尖锐的大前提下，红外摄像技术和红外摄像机应时而生。红外摄像机是红外光源产生技术和视频捕捉技术不断发展的综合体现。随着各国对这项技术的持续投入和研究，及国内外制造商看好巨大市场需求而开始进行大规模的投资开发，红外夜视技术最终脱下了神秘的外衣而慢慢开始走向大众。时至今日，在当今全球进入高科技信息化时代，红外夜视技术发展迅猛，在国防、公安、商业、工业、小区、家居等领域广泛运用，也是国家“十一五”攻关计划之一。 随着相关技术的成熟和应用，红外摄像机正朝着两个各自分化的方向发展，即独立的红外光源发生器，感红外摄像机的搭配方式和红外光源模块与摄像机集成一体的组合方式。红外夜视技术分为主动红外夜视技术和被动红外夜视技术。主动红外夜视技术是通过主动照射并利用目标反射红外源的红外光来实施观察的夜视技术，对应装备为主动红外夜视仪。被动红外夜视技术是借助于目标自身发射的红外辐射来实现观察的红外技术，也称远红外技术，因其穿透能力和抗干扰能力强，在军事和卫星等方面有很大的用处。 目前，用于监控领域的红外技术主要采用主动式红外系统构成，本文所讲述的也是这种技术。红外摄像机的结构主要是由集成CCD/DSP/电源模块的主板，焊接有多颗红外光源LED的灯板，保护内部器件的外壳组成。 目前红外夜视系统中的CCD，采用CCD双峰芯片及多源DSP芯片，可以彻底解决彩色红外摄像机技术瓶颈，使彩色还原以及红外敏感度都得到很大的改善和提高。 镜头方面，镜头厂商也致力于研发红外专用的镜头，解决日间与夜间焦点不同的困扰，这也让红外夜视系统可以真正跨进日夜两用的领域。 红外光源技术在这几年也得到很大发展，我们经常听到的是红外光源卤素灯、LED红外灯等的比较。以下是3种现在使用的不同的灯源指标: 卤素灯: 这项技术在闭路监控系统中使用的时间最长也最为成熟，这种技术到现在还在室外远距离特殊环境中应用到，它只适于应用在夜间工作状态。特点:观测距离远，画质现优异，会产生很高温度，影响产品使用寿命(约5000小时); LED红外发光二极管: 这项技术由于它的价格低廉，在现在CCTV监控工程得到广泛应用。但它的照射距离比较 近，常规增加距离的方法是在投射窗口增加LED的数量。例如为了确保10米的投射距离，通常要使用12个LED，50米的投射距离就得使用到45个LED。它的特点:成本造价低、照射距离近、角度小(7-12度，犹如手筒光)光线分布不匀、体积大; LED-Array阵列集成技术: 新近由国外研发的新一代红外夜视技术，它的一个LED-Array的光学输出达到了800mw-1400mw，为普通LED的换代产品。LED-Array的发光半功率角为10-120?(可变角)，在室内可均匀照亮全部空间,由于LED-Array为高度集成的LED,而体积只有一个一分钱硬币的大小，LED-Array的寿命为5万个小时。起初只运用在航空飞机上面，由于民用夜间监控市场的发展,近年来,LED-Array正逐步走向民用市场，成为高质量夜间监控的理想选择。其特点是体积小巧、发光亮度强、照射均匀、使用寿命长……价格虽然略高，但物有所值。 此外，红外摄像机在功能上较传统摄像机有更针对性的特殊要求，如滤光片能允许红外光谱的穿透(传统摄像机采用的滤光片为保证色彩的还原，都限制除可见光谱外的红外，紫外等光谱的穿透)，CCD/DSP方面需要能对红外光谱及低照度方面有良好的成像性能，机板的电源模块要能提供足够响应灯板工作的电压电流，这直接影响设备的性能发挥和使用寿命。外壳方面由于红外LED和摄像机机芯的封装方式(半密闭/全密闭)各有偏重，但均对防水防潮方面尤为注重，因红外LED工作时产生热量较大，在实际应用中会因为环境水气湿度容易导致护罩镜面雾化，影响图像效果和设备的电气性能。目前解决这类问题主要是在护罩内搭载恒温散热器来最大限度的消除由此造成的影响。 红外摄像机的构造和功能比较 据了解，国内市场上目前生产红外摄像机及周边产品的企业有上百家，主要民族企业有万佳安电子、宏天威视、天地伟业等。 对于这些纷繁复杂的诸多企业，顾客该如何来选择适合自己的产品以及性价比最高的产品呢,另一方面，由于国家还没有制定关于红外摄像机的产品规范和，这给了当前不少红外摄像机企业以宣传和炒作各种“概念”的现象，以至于目前的市场上各种“主流”必现、厂厂都是“领先水平”。对此，顾客很难加以区分和透视。 深圳市众能达电子有限公司总工程师李志勇说，评价一款红外摄像机，必然要根据实际工程的需要和安装场地复杂性的要求。由于应用条件的不同，造成红外摄像机在体型大小和型号规格上也必然有着各自的特点。 去繁就简，我们可以从红外摄像机的工作原理来进行分析:红外线和红外灯的原理特性是，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。目前在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(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黑白摄像机和日夜转换型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。 红外线角度例图 红外灯工作条件 一般来说，红外摄像机的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。 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，表明它对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。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。 红外光的利用率和红暴问题 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。选择这类产品关系监控系统的隐蔽性需要。毕竟相关的器件及工艺控制的成本都较一般产品高。 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。选择红外摄像机不可避免的需要考虑该款产品针对这些问题的措施和合理设计是否有利减轻甚至消除起雾结霜问题。 红外摄像机的视窗玻璃清洁 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，整个工作时间段内在红外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他部件的正常工作。目前各厂商一般都采用在摄像机护罩内加装自动恒温散热器解决。 红外摄像机的封闭性 除恒温外，将红外摄像机做成封闭，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和湿度大的环境。 红外摄像机的照度和信噪比 摄像机的CCD是Charge Coupled Device(电荷耦合器件)的缩写，它是半导体成像器件，其照度值越低在黑白模式下呈现的图像越清晰，感红外的效果越好。 CCD像素也是CCD的主要性能指标，它决定了显示图像的清晰程度，分辨率越高，图像细节的表现越好;以及水平分辨率TV LINES，彩色摄像机的典型分辨率是在320,500电视线之间，主要有330线、380线、420线、460线、500线等不同档次。频带越宽，图像越清晰，线数值相对越大。最小照度(LUX)，也称灵敏度——CCD对环境光线的敏感程度，或者说是CCD正常成像时所需要的最暗光线。数值越小，表示需要的光线越少，摄像头也越灵敏。 目前市场上的CCD摄像机规格有从1/2"，1/3"到现在的1/4"，如果红外灯标称的有效距离是在1/2"摄像机条件下试验的，这时如使用1/3"摄像机或1/4"摄像机，有效距离就一定受影响，因为l/3"摄像机的光通量只有1/2"摄像机光通量的44%，所以必须要在规定下的环境中使用才能发挥出红外摄像机最好效果。 信噪比，它是视频信号中有用信号幅度的峰,峰值与随机杂波有效值之比，用分贝(dB)表示。信杂比又有不加权信杂比和加权信杂比之分，加权信杂比是指在摄像机输出至视频杂波测量仪之间加上6MHz低通滤波器和100KHz高通滤波器。此外，还有亮度信噪比和色度信噪比之分。CCD摄像机信噪比的典型值在45,55dB之间。一般的电视监控系统中要选50dB左右的，这样不仅能满足行业标准中规定系统信噪比不小于38dB的要求，更重要的是当环境照度不足时，信噪比越高的摄像机图像就越清晰。 红外摄像机的镜头 镜头的作用是把被观察目标的光像呈现在摄像机的靶面上，也称光学成像。光学镜头应满足成像清晰、透光率强、像面照度分布均匀、图像畸变小、光圈可调等要求。一般来说每个镜头都由多组不同曲面曲率的透镜按不同间距组合而成。间距和镜片曲率、透光系数等指标的选择决定了该镜头的焦距。摄像机镜头分为定焦镜头(自动和手动光圈)和变焦镜头(自动和手动光圈)。特殊镜头是根据特殊工作环境而专门设计的，一般有广角镜头、针孔镜头等。红外专用的镜头的出现，基本都能很好解决日间与夜间焦点不同的问题。 彩色系统的摄像机由于其自身装配的CCD红外滤光片容易将红外射线滤除掉，摄像机不能感应到红外夜视系统发出的红外射线，所以很多彩色摄像机不能与红外夜视系统共同搭配使用。并非所有摄像机都能适用于红外夜视系统，所以在选择红外夜视设备的时候，尽量使用色彩较好的摄像机系统中的黑白摄像机或使用昼夜两用的摄像机。要得到更优质的画面，可以选用低照度的摄像机来改善红外夜视的图像质量。 红外摄像机的照射距离 在工程实施实际过程中，选择红外灯的种类多数是选择它的夜视照射距离。在室外环境中，如果使用LED的红外灯来对100米外的观察环境，基本是不太可行，必须选用能照射远距离的卤素红外灯或可达到中长距离的LEDArray红外灯。但只对室内20-30米的观察环境，使用卤素红外灯将是资源的极大浪费，再就是未必得到要求的效果，这时就有必要使用LED的红外灯或LEDArray灯。 由于红外光源波长较长，反映到普通非红外镜头上会比可见光焦点略深一些，所以在用了红外灯夜间成像时，会感觉焦距稍微模糊一点。 自动光圈镜头，以适应昼夜照度很大的变化。 浩铭安防的林堪华说，另外，防护等级、能否在不同的使用环境下工作、外观和制造工艺优良、安装操作简易性、性价比上也是评价一款红外摄像机好坏的指标。 红外摄像机和日夜两用型摄像机的区别 我国安防监控系统领域虽然起步晚，但发展快，市场上对监控范围、监控距离、高分辨率、低度照和输出传输方式多样化诸方面要求也是越来越高，发展空间越来越大。但由于商家的炒作，一些人因此误解了另外一种摄像机、即日夜两用型摄像机，有不少人甚至把这两个不同类型的品种当成了一个品种。 日夜两用型摄像机由于也能在较暗的环境下摄影，因此有些人也单纯地将这类摄像机归类到红外摄像机，其实它与真正定义上的红外摄像机还是有功能与定位上的差距。这是因为目前的摄像机大多采用CCD作为感光组件，CCD本身就可以感应到红外光线，因此这些采用CCD作为感光组件的摄像机，只要在CCD前加上红外滤光镜，便具备红外摄像的能力，这也是目前市面上所谓的日夜两用型摄像机的基本运作原理。不过，这些摄像机仍旧需要光线(可见光)才能够拍摄到影像。只不过这种光线的需求比较低，也因此，日夜两用型摄像机有时也被称为低照度摄像机。 浩铭安防的林堪华表示，这些日夜两用型摄像机强调的是对光线的灵敏度，而红外摄像机强调的是对于光谱上光线的感应宽度，这完全是不同的设计概念与市场定位，并不能一概而论。 不可否认，近年来，大众对监控产品要求越来越高，不仅要实现全天候24小时监控，还要在照明条件不足的情况下呈现清晰的图像效果。为适应市场需求的变化，厂商竞相发展低照度摄像机。在这种市场大势所趋影响下，照度更低的摄像机无疑已经成为日夜两用摄像机一个重要的发展方向。 什么是低照度呢,所谓照度(LUX)是指亮度单位，1LUX约等于1烛光在1米距离的照度，目前在摄像机参数 规格中常见的最低照度，是指该摄像机只需在所标示的LUX数值下，就可获取清晰的图像，这个数值越小，说明CCD的灵敏度越高。目前市场上对低照度的定义众说纷纭，彩色摄像机从0.0004LUX-1LUX,黑白摄像机从0.0003LUX-0.1LUX都有，而日夜两用摄像机的低照度可达到0.0001-0.00015LUX。在普通的应用市场，日夜两用摄像机如能达到千分之几LUX，就基本可以满足普通用户的要求。而真正的红外摄像机则可以在零照度(0 Lux)下工作，且其拍摄的画面品质仍然优于这些日夜两用型摄像机。 目前的情况是，在某些低照度环境下，许多中国生产的日夜两用摄像机仍需配备一定的照明器材或红外设备，才能达到理想的图像效果，其中增加红外灯是常用的一种方法。对此，厂商一般采用两种方式，一是在日夜两用摄像机中设置红外设备接口，以便在摄像机外部添加红外灯;或者将红外灯直接嵌入摄像机内，做成一体机。 需要指出的是，日夜两用型摄像机在一些夜晚时的环境光线还不太差的场所，还是有实用上的价值。本刊所作的对比只是强调一下红外摄像机的功能特性以及两种摄像机之间的差异。 红外摄像机的未来发展 随着安防监控逐渐成为社会需求关注的热点，安防技术的发展也越来越受到社会各方面的重视，人们对监控的要求已由以前的可见光监控逐渐向夜间无光监控的方向发展。红外夜视系统是配合摄像机系统夜间正常监视而量身定制的设备，它能够使摄像机在环境光线低于一定状态时，仍可以得到清晰的监控图像，从而达到夜间理想的监视效果。它既能够获取清晰的图像，又可以保护监控设备的隐蔽性。 高崎电子的何长祥认为，经过这几年的夜视监控市场需求的增大，红外摄像机从无到有，从体积庞大到精致小巧，照射距离由近至远，逐渐自成“一体”，市场占有量逐年攀高。再加上这个领域产品技术门槛的降低、核心部件原材料供应地的增多，以及民用市场中人们日益增强的监控安保意识，和近几年全国范围内开展的“平安城市”、“科技强警”项目的全面启动，对黑暗环境下正常监控的需求普遍提高，都使得红外夜视市场持续升温。 国内许多安防企业也因此暗暗发力，潜心研发或调整策略，都想在红外摄像机领域行业中占有一席之地。目前，红外摄像机领域由于市场发展空间还比较大，还引来了原本是这个领域外的许多企业纷纷涉足其中，这也预示着这个领域将面临前所未有的市场竞争。企业能否胜出的关键在于是否具有真正的竞争实力和市场认可度，企业必须在技术上创新，产品上改良，推进品牌建设，才会推出更多让客户满意的产品。目前市场上最终用户对红外摄像机需求相当大，无论在国内市场还是在国外市场都非常活跃。 那么，谁能在这个领域领得先机,谁能拥有最先进的技术,红外摄像机在不久的将来又将会出现哪些新技术呢,业内人士预计，红外摄像机以后的发展将会朝更集约化的方向整合、包括含音频监听在内的讯号采集、包括远程网络甚至PTZ云台控制在内的一体化产品形式以及如何解决红外可视距离和结霜结雾的问题等。 众能达电子的李志勇说，值得一提的是，目前很多生产厂商都是以特定条件使用的红外一体机形式推出红外摄像机，用户无需过多的考虑太多零碎配件的技术参数，只需要选择采用特点合适红外需求技术的产品即可。而国内许多生产商也慢慢意识到产品的技术、质量、品牌、售后服务、安装、兼容、相应产品的完整性的问题。因此，这种趋势必将在近年内展现出来。 监控的发展方向在于夜视，夜视的发展方向在于红外，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。还有一些当年很领先的企业，死抱暴利不放，技术上固步自封，快速被市场淘汰。而另一些企业致力于开发更长距离的红外夜视系统，让产品的使用寿命逐步延长。相信这几年内行业市场将继续洗牌，一些企业将被无情的淘汰出局，一些企业将脱颖而出，成为市场的新宠，从而实现安防行业的升级和新的资源整合。