解析红外摄像机日常使用下会产生的问题

红暴问题
有些厂家把能不能制造出无红暴红外灯当做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拥有更高的效率,应当做为红外夜视监控的首选项。

寿命问题
监控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制造原理。目前红外灯主要有三种制造模式: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。为什么做多芯片呢?一些来自厂家的理论是: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多少红外光,摄像机就能接收多少红外光。多芯片led因其结构上的固有缺点没有发光焦点,发光光学系统不合理,有用光效率也比较低(当然,比卤素灯强几倍),其优点没有有效地发挥出来。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最怕的就是高热啊,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、发光光学系统合理,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红外灯快速坏掉。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,一颗高等级led比普通led的品质好10倍,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抗高/低温、超柔软抗弯曲的。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,零下四、五十度线缆仍像丝绸一般柔软,这样的产品才值得信赖。

角度的问题
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,存在光的浪费现象.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都浪费了.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.比如有的红外灯,灯的发射角度是用镜头的焦距来表示的.其sk-4.2w-16红外灯,含义是这样的:“-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,两者是可以配套的.其红外灯按角度分类,目前包括“-4”、“-8”、“-16”、“-35”四个系列,可以和市场上的常用镜头配套。
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。

通光量的问题
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,比常规普通镜头好四到十倍,按理说应该成为红外夜视监控的必须配套产品.但由于成本高昂,技术难度大,绝大多数红外产品制造商不具备供货能力。
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,谁家以次充好。建议用户要到专业大型厂家购买镜头。

焦点偏移的问题
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。可以用三个办法解决。第一,采用自动聚焦一体化摄像机;第二,采用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不偏移。

色彩问题
所有的黑白摄像机都是感应红外光的。红外光线在可见光条件下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个做法,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出现一定的故障率。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。

灵敏度的问题
监控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。
当然,和其它许多产品一样,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。

距离的问题
一百个人做红外产品就会有一百个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”,这些不确定的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是不甚科学.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。

更新日期:2010-5-18

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