紅外一體攝像機性能分析與選擇

    在安防電視監(jiān)控系統(tǒng)中，隨著人們安全防范意識的提高、對重要場所24小時連續(xù)監(jiān)控電視監(jiān)控的需要和紅外成像技術(shù)的成熟，紅外一體化攝像機的使用率越來越高，已逐漸發(fā)展成為一種趨勢，不僅在銀行、金庫、博物館、檔案館、圖書文獻庫、監(jiān)獄等重要部門應(yīng)用，而且也在居民小區(qū)等一般電視監(jiān)控工程中得到使用。

    一、紅外線和紅外燈的原理特性

    光是一種電磁波，具有與無線電波一樣的本質(zhì)。它的波長區(qū)間從幾個納米（1nm=10-9m）到1毫米（mm）左右。人眼可見的只是其中一部分，我們稱其為可見光，可見光的波長范圍為380nm～780nm，可見光波長由長到短分為紅、橙、黃、綠、青、蘭、紫光，波長比紫光短的稱為紫外光，波長比紅外光長的稱為紅外光。紅外光線的波長在780nm～1000μm之間，位于無線電波與可見光之間。

    紅外燈按其紅外線輻射機理分為半導(dǎo)體固體發(fā)光（紅外發(fā)射二極管IR LED）

    紅外燈和熱輻射紅外燈兩種。目前在CCTV紅外攝像機中前者使用較多。

    紅外發(fā)射二極管（IR LED）紅外燈的原理是：由紅外發(fā)光二極管矩陣組成發(fā)光體。紅外發(fā)射二極管由紅外輻射效率高的材料（常用砷化鎵GaAs）制成PN結(jié)，外加正向偏置電壓向PN結(jié)注入電流激發(fā)紅外光。光譜功率分布為中心波長830～950nm，半峰帶寬約40nm左右，它是窄帶分布，為普通CCD黑白攝像機可感受的范圍。

    紅外發(fā)光二極管的發(fā)射功率用輻照度μW/m2表示。紅外二極管的最大輻射強度一般在光軸的正前方，并隨輻射方向與光軸夾角的增加而減小。輻射強度為最大值的50%的角度稱為半強度輻射角，即半功率角。不同封裝工藝型號的紅外發(fā)光二極管的輻射角度有所不同。

    二、紅外一體攝像機成像原理

    在夜視監(jiān)控系統(tǒng)中，常規(guī)的辦法是利用可見光照明，但這種方式存在不能隱蔽、容易暴露監(jiān)控目標(biāo)等缺點，因此使用較少；目前隱蔽、科學(xué)的夜視監(jiān)控是采用紅外攝像技術(shù)。紅外攝像技術(shù)分為被動式和主動式。被動紅外攝像技術(shù)是利用任何物質(zhì)在絕對零度（-273℃）以上都有紅外線輻射，物體的溫度越高，輻射出的紅外線越多。利用此原理制成的攝像機最典型的就是紅外熱像儀，但是，這種特殊的紅外攝像機造價昂貴，因此僅限于軍事或特殊場合使用。而主動紅外攝像技術(shù)，是采用紅外燈輻射“照明”（主要是紅外光線），應(yīng)用普通低照度黑白攝像機、彩色轉(zhuǎn)黑白攝像機或紅外低照度彩色攝像機，感受周圍景物和環(huán)境反射回來的紅外光實現(xiàn)夜視監(jiān)控。主動紅外攝像技術(shù)成熟，穩(wěn)定，成為夜視監(jiān)控的主流。

    紅外一體化攝像機是將攝像機、防護罩、紅外燈、供電散熱單元等綜合成為一體的攝像設(shè)備。它實現(xiàn)夜視的基本原理是利用普通CCD黑白攝像機可以感受紅外光的光譜特性（即可以感受可見光，也可以感受紅外光），配合紅外燈作為“照明源”來夜視成像。紅外燈的功率和角度，攝像機的配置，一定焦距的感紅外鏡頭，以及是否有良好的供電散熱處理是判斷紅外一體化攝像機性能的重要參數(shù)。

    目前市場上也有許多產(chǎn)品是攝像機與紅外線投射器分開的，這需要用戶對紅外燈和攝像機的性能有足夠的了解，能夠根據(jù)紅外燈的角度、攝像機鏡頭參數(shù)等作合理的搭配。

    三、紅外一體化攝像機的性能分析

    紅外一體化攝像機在監(jiān)控攝像機中具有夜視距離遠、隱蔽性強、性能穩(wěn)定等突出優(yōu)勢，因而在CCTV夜視監(jiān)控中占據(jù)了大部分的市場。如何在紛雜的紅外一體化攝像機市場中辨別優(yōu)劣呢？性能優(yōu)良的紅外一體化攝像機必須能夠具備以下性能：

    1. 紅外燈工作條件

    一般來說，其紅外燈輻射功率與正向工作電流成正比，但在接近正向電流的最大額定值時，器件的溫度因電流的熱耗而上升，使光發(fā)射功率下降。紅外二極管電流過小，將影響其輻射功率的發(fā)揮，但工作電流過大將影響其壽命，甚至使紅外二極管燒毀。

    當(dāng)電壓越過正向閾值電壓（約0.8V左右）電流開始流動，而且是一很陡直的曲線，表明其工作電流要求十分敏感。因此要求工作電流準(zhǔn)確、穩(wěn)定，否則影響輻射功率的發(fā)揮及其可靠性。輻射功率隨環(huán)境溫度的升高(包括其本身的發(fā)熱所產(chǎn)生的環(huán)境溫度升高)會使其輻射功率下降。紅外燈特別是遠距離紅外燈，熱耗是設(shè)計和選擇時應(yīng)注意的問題。

    因此，紅外燈的使用必須有良好的恒流電源供電、良好的散熱設(shè)計。中路通訊公司的變焦MCD、MDD、MED、MBB系列攝像機都安裝了大功率紅外燈（最多可達24顆），且采用了大功率恒流電源供電，內(nèi)部循環(huán)散熱設(shè)計，因而能達到遠距離夜視（最遠可達220米）和紅外燈壽命長的效果。

    2. 紅外光的利用率和紅暴問題

    什么是紅暴呢？紅暴是由于所發(fā)射的紅外線中包含可見光的成分。

    紅外燈可以做到完全無紅暴（采用940～950nm波長紅外管）或僅有微弱紅暴。中路通訊公司采用美國奧克斯特（AUCSITER）紅外技術(shù)，通過在保證紅外燈功率的前提下，降低紅外燈自身熱耗，調(diào)整紅外光線角度，使紅外燈的有效利用率達到了90%。在紅外燈的選擇上，挑選波長較大（910nm）的紅外燈，嚴(yán)格降低紅暴，達到了微紅暴效果。

    3. 紅外攝像機的起霧結(jié)霜問題

    霧、霜的形成是由于空氣中的飽和水蒸氣遇冷凝結(jié)而成，因冷環(huán)境的強、弱分別凝結(jié)成霜和霧。紅外攝像機在工作過程中，尤其是室外攝像機常常會因四季變化、晝夜溫差、以及雨雪環(huán)境等原因在防護罩視窗玻璃上形成霧或霜，導(dǎo)致攝像機無法看清物體，直接影響監(jiān)控效果。中路通訊公司通過采用先進的電子除霜電路，有效的控制腔體內(nèi)的飽和水蒸氣濃度，做到了自動除霧除霜。

    4. 紅外攝像機的視窗玻璃清潔

    攝像機在雨雪天或粉塵大的環(huán)境下工作，防護罩的視窗玻璃容易出現(xiàn)污垢，造成攝像機視線遮擋。解決的辦法通常是在防護罩上增加雨刷，通過控制雨刷清潔玻璃；另外一種辦法是使用隱形雨刷視窗玻璃。與普通視窗玻璃相比，隱形雨刷視窗玻璃具有排斥水、灰塵、雪花的功能。

    5. 紅外攝像機的恒溫

    由于配置了發(fā)熱量較大的紅外燈，紅外燈在啟動后，整個工作時間段內(nèi)（以12小時計）在紅外攝像機前部會有熱量集中，即腔體內(nèi)前端溫度偏高，如不能散熱均勻定會影響攝像機等其它部件的正常工作。中路通訊公司通過設(shè)計使用具有強制散熱散冷作用的自動冷暖空調(diào)，良好的解決了這一問題。

    自動冷暖空調(diào)采用珀爾帖效應(yīng)原理，測溫控制電路可以自動調(diào)節(jié)，將防護罩內(nèi)溫度恒定在攝像機正常工作溫度范圍內(nèi)，出廠時罩內(nèi)溫度設(shè)置在+5℃以下加熱、+40℃以上致冷。實驗表明該紅外一體化攝像機可在-40℃～+70℃（陽光直射）的室外自然環(huán)境下正常工作。

    6. 紅外攝像機的全封閉

    除恒溫外，使用自動冷暖空調(diào)的另一優(yōu)點是可以將紅外攝像機做成全封閉，不留任何散熱孔，阻止灰塵、濕氣、腐蝕性氣體的進入，使其能夠適應(yīng)粉塵大的惡劣環(huán)境，如大型煤礦也可正常使用。