仿三星監(jiān)控?cái)z像機(jī)
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紅外夜視監(jiān)控的三大技術(shù)八項(xiàng)問題
作者/遠(yuǎn)望者科技有限公司發(fā)表在<安全與自動化>
2005-12-26
在前一段時(shí)間的安防大展上，看到一個(gè)似乎很專業(yè)的紅外燈廠家，搞了一個(gè)好像農(nóng)村大鍋鍋蓋一樣大的巨型紅外燈，號稱可以達(dá)到幾千米，很是嚇人，問他配套什么樣的攝像機(jī)，什么樣的鏡頭，在什么環(huán)境下可以達(dá)到標(biāo)稱的效果，則不知所云。這么多的紅外燈制造商信誓旦旦地標(biāo)稱自己的紅外燈照射距離是100米或200米等等，還發(fā)明了“足米”這一名詞，從而誤導(dǎo)工程商好像紅外燈真的有固定照射距離。而不管廠家如何宣傳，工程商就是不信并認(rèn)為標(biāo)稱100米的紅外燈能勉強(qiáng)用到50米就不錯(cuò)了。很多負(fù)責(zé)任的工程商，更是買了無數(shù)的紅外燈也達(dá)不到用戶的要求，真是有苦難言。
那么，紅外燈真的有固定照射距離嗎？紅外夜視監(jiān)控就只涉及紅外燈技術(shù)嗎？無數(shù)的事實(shí)證明，答案是否定的。事實(shí)上，就任何紅外燈本身來說，不存在固定的照射距離，任何孤立地標(biāo)注紅外燈照射距離的做法，都是很不科學(xué)的。也有還算專業(yè)的人士和廠家，朦朧地意識到紅外燈要想達(dá)到理想的照射效果，需要的攝像機(jī)和性能出色的紅外鏡頭。而zui經(jīng)常聽到的說法是，需要0.001Lux以上的紅外感應(yīng)攝像機(jī)，是黑白的；需要某種特別的紅外鏡頭，紅外透過率達(dá)到百分之九十五以上。問題是，任何一個(gè)從事專業(yè)光學(xué)研究和制造的工作者都知道，這些所謂的紅外透過率達(dá)到百分之九十五以上的鏡頭，真的要達(dá)到百分之九十五以上的紅外透過率是比較困難的。
而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(gè)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(gè)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?，F(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(gè)水平？正確回答這個(gè)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)簦?、多芯片LED，3、單芯片LED。鹵素?zé)羰且粋€(gè)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，?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(gè)問題?？蒐EDzui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?？傮w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。匹配高質(zhì)量的開關(guān)電源，交流輸入電壓從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，輸入電源線選用抗高／低溫、超柔軟抗彎曲的。有一個(gè)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*的。比如長春佶達(dá)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(gè)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(gè)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*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(gè)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?？梢杂萌齻€(gè)辦法解決。*，采用自動聚焦一體化攝像機(jī)；第二，采用IR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(gè)做法，*，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(gè)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(cuò)，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(gè)人做紅外產(chǎn)品就會有一百個(gè)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)?？蛻舻臉?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)閼?yīng)用的環(huán)境不同，效果也會大相徑庭，留有一定余量。
結(jié)語
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?，F(xiàn)在市場上的“夜鷹”系統(tǒng)，距離已經(jīng)做到500米以上，功率還不到50瓦。正在開發(fā)的1500米夜視系統(tǒng)明年3月就可面世。
視頻監(jiān)控的發(fā)展方向在于室外，室外監(jiān)控的發(fā)展方向在于夜視，夜視的發(fā)展方向在于紅外技術(shù)，這個(gè)趨勢越來越明顯。在紅外夜視這個(gè)領(lǐng)域，中國企業(yè)已經(jīng)走在世界zui前列，一些*技術(shù)令國外同行*。但是，這畢竟是一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)，大量劣質(zhì)產(chǎn)品泛濫市場，影響了人們對紅外夜視產(chǎn)品的信任。另外，還有一些當(dāng)年很的企業(yè)，因?yàn)樗辣П├环拧⒓夹g(shù)上固步自封，很快就被市場拋棄的現(xiàn)象存在，值得令人深思。
本文涉及到了紅外夜視監(jiān)控中的常見技術(shù)問題和疑難解惑，借此機(jī)會與廣大讀者和工程商做一個(gè)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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