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紅外技術(shù)之led光源紅外監(jiān)控?cái)z像機(jī)工程

目錄:解決方案星級:3星級人氣:-發(fā)表時(shí)間:2012-08-01 10:47:00
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  隨著時(shí)代的進(jìn)步,技術(shù)不斷更新發(fā)展,我們都了解夜視技術(shù)目前民用視頻監(jiān)控中也獲得了廣泛應(yīng)用。實(shí)際上,夜視技術(shù)是借助于光電成像器件實(shí)現(xiàn)夜間觀察的一種光電技術(shù)。在軍事上的應(yīng)用有很長時(shí)間了,超毅電子進(jìn)行過一段時(shí)間深入了解,發(fā)現(xiàn)這個(gè)行業(yè)的產(chǎn)品包括微光夜視和紅外夜視兩類:微光夜視技術(shù)是通過帶像增強(qiáng)管的一種夜視技術(shù),它實(shí)際就是對夜天光照亮的微弱目標(biāo)像進(jìn)行增強(qiáng),以供觀察的光電成像技術(shù)。

 微光夜視儀,是目前國外生產(chǎn)量和裝備量最大和用途最廣的夜視器材,它又可分為直接觀察(如夜視觀察儀、武器瞄準(zhǔn)具、夜間駕駛儀、夜視眼鏡)和間接觀察(如微光電視)兩種;而紅外夜視技術(shù)則分為主動(dòng)紅外夜視技術(shù)和被動(dòng)紅外夜視技術(shù)。被動(dòng)紅外夜視技術(shù)是借助于目標(biāo)自身發(fā)射的紅外輻射來實(shí)現(xiàn)觀察的紅外技術(shù),它根據(jù)目標(biāo)與背景或目標(biāo)各部分之間的溫差或熱輻射差來發(fā)現(xiàn)目標(biāo),其對應(yīng)裝備為熱像儀。這里主要講主動(dòng)紅外夜視技術(shù),它是通過主動(dòng)照射并利用目標(biāo)反射紅外源的紅外光來實(shí)施觀察的一種夜視技術(shù),其對應(yīng)裝備為主動(dòng)紅外夜視儀,實(shí)際核心就是紅外攝像機(jī)。

 紅外光源、由非直視型光電器件CCDCMOS圖像傳感器為核心組成的攝像機(jī)和成像畫面所需的鏡頭等配合選擇是主導(dǎo)紅外攝像機(jī)夜間監(jiān)視的效果優(yōu)劣的三大因素。為獲得好的夜間監(jiān)視質(zhì)量,本文將重點(diǎn)介紹在應(yīng)用紅外攝像機(jī)時(shí),對其紅外光源、攝像機(jī)及其鏡頭等的配套選擇上應(yīng)注意的幾個(gè)要點(diǎn),以供工程商等用戶選用參考。

 一、紅外光源的選擇

  紅外光是一種波長大于780nm的不可見光。一般,產(chǎn)生這種不可見光的方法有下列三種。
  。直接使用白熾燈或氙燈發(fā)出的紅外光。即在這兩種燈上安裝可見光濾鏡,濾去可見光,只讓看不見的紅外射線射出;
  。使用紅外發(fā)光二極管LEDLED陣列來產(chǎn)生紅外光。這種器件是通過砷化鎵(GaAs)半導(dǎo)體中的電子與空穴復(fù)合來產(chǎn)生紅外光;
  。使用紅外激光二極管LD,也可作紅外光源。但它要把處于較低能態(tài)的電子激發(fā)或泵浦到較高能態(tài)上去,通過大量粒子分布反轉(zhuǎn),共振而維持受激輻射紅外光。

 第一種光源為熱紅外光源,其最大的優(yōu)點(diǎn)是可制成比較大的功率和大的輻照角度,因此照射的距離遠(yuǎn)。其最大不足之處是包含可見光成份,即有紅暴,且使用壽命短,如果每天工作10小時(shí),5000小時(shí)只能使用一年多,若考慮散熱不夠,壽命還要短。為提高熱輻射紅外燈的壽命,使用時(shí)還必須采用光控開關(guān)電路,以減小其工作時(shí)間。此外,還增加了延時(shí)開關(guān)電路以防環(huán)境光的干擾。

 第二種是使用半導(dǎo)體砷化鎵發(fā)光二極管陣列組成的紅外燈,尤其現(xiàn)在使用新技術(shù)開發(fā)生產(chǎn)的陣列式集成發(fā)光芯片LEDArray。其一個(gè)LED-Array的光學(xué)輸出達(dá)到了800mw-1000mw,而成為普通LED的換代產(chǎn)品,LED-Array的發(fā)光半功率角為10-120°(可變角)。由于LED-Array為高度集成的LED,而體積只有一個(gè)一分錢硬幣的大小,在室內(nèi)可均勻照亮全部空間,其壽命為50,000個(gè)小時(shí)。它最初是運(yùn)用在航空飛機(jī)上面,近年來由于民用夜間監(jiān)控市場的發(fā)展,LED-Array才逐步走向民用市場,成為高質(zhì)量夜間監(jiān)控的一種理想選擇。

 雖然,紅外LEDLED-Array淘汰了熱紅外光源,但對于1km以上的超遠(yuǎn)距離場景的監(jiān)控,還是要選擇紅外LD光源。因?yàn)榘雽?dǎo)體激光器具有比LED亮度高、方向性強(qiáng)等特點(diǎn)。

 通常,在選擇紅外光源時(shí)要注意以下的幾個(gè)要點(diǎn)。

  A、要根據(jù)監(jiān)視距離選用紅外燈
  因紅外發(fā)光二極管LED可裝在鏡頭上,與感紅外攝像機(jī)配用,或直接裝在攝像機(jī)與鏡頭接口周圍的機(jī)殼上。顯然,這兩種裝配的紅外LED少,其照射的距離肯定不如單獨(dú)的紅外LED燈照射的遠(yuǎn)。一般,50m以上,最好選用單獨(dú)的紅外燈為好,另LD多用于1km以上距離的監(jiān)控場景的夜視照明,但LD的光束細(xì)而強(qiáng),為使紅外光束照亮一定范圍的場景,使用時(shí)還需要通過一個(gè)擴(kuò)束鏡頭擴(kuò)束才行。
  B
紅外燈距離選擇要留有余量
  選擇紅外燈時(shí),特別注意標(biāo)稱距離與實(shí)際輻照距離的差距。因?yàn)橛行┥a(chǎn)廠標(biāo)稱的可視距離往往偏大,所以在選擇紅外燈輻照距離時(shí)要進(jìn)行實(shí)際測試,并且要留有充足的余量,才能使所觀察的場景的照度可靠。
  C、要選用散熱好的光源
  因?yàn)榘l(fā)光管都有發(fā)熱與散熱問題,尤其功率大距離遠(yuǎn)的光源發(fā)熱量大,所以必須要選用散熱好的光源,才能保證工作穩(wěn)定可靠。
  D、應(yīng)選用穩(wěn)流源驅(qū)動(dòng)的光源
  因?yàn)?/font>LED是電流驅(qū)動(dòng)器件,其發(fā)光亮度與功率同驅(qū)動(dòng)電流成正比,而不是電壓。因此,為保持發(fā)光強(qiáng)度不變,必須要選用穩(wěn)流源驅(qū)動(dòng)的光源。
  E、要選用有
槽型光電開關(guān)
自動(dòng)控制電路的供電電路并與燈板分開的紅外光源
  因?yàn)榧t外燈的供電電路與燈板不分開,就會(huì)應(yīng)發(fā)光管工作產(chǎn)生的熱量影響供電電路的元件性能,從而導(dǎo)致發(fā)光管發(fā)光不穩(wěn)定,有了這種光控開關(guān)的電路,就能使紅外燈白天關(guān)閉,夜晚打開。

 二、鏡頭等的選擇

 攝像機(jī)鏡頭是紅外攝像機(jī)的關(guān)鍵設(shè)備,它的質(zhì)量(指標(biāo))優(yōu)劣直接影響到系統(tǒng)的成像效果,因此,鏡頭選擇是否恰當(dāng)即關(guān)系到系統(tǒng)質(zhì)量,又關(guān)系到工程造價(jià)。因此,在選擇鏡頭時(shí)要注意以下幾個(gè)要點(diǎn):

  A、最好選紅外鏡頭
  因普通的光學(xué)鏡頭,物體反射回鏡頭的紅外光不能有效聚焦到CCD靶面上,此時(shí)紅外夜視效果就會(huì)大打折扣,因而最好選用紅外鏡頭。尤其是彩轉(zhuǎn)黑攝像機(jī),不選用紅外鏡頭就不能使日夜監(jiān)視焦面一致,致使日夜圖像不能都保持清晰。
  B、選用鏡頭的成像尺寸最好與攝像機(jī)中圖像傳感器的尺寸一致
  選用的鏡頭的成像尺寸應(yīng)與攝像機(jī)中圖像傳感器的尺寸一致,如圖像傳感器的尺寸是1/2",則鏡頭的成像尺寸必須是1/2"的。當(dāng)鏡頭的成像尺寸比攝像機(jī)感光面的尺寸大時(shí),不會(huì)影響成像,但實(shí)際成像的視場角要比該鏡頭的標(biāo)稱視場角小,而當(dāng)鏡頭的成像尺寸比攝像機(jī)的感光面的尺寸小時(shí),就會(huì)影響成像,并表現(xiàn)為成像的畫面四周被鏡筒遮擋,在畫面的四個(gè)角上就會(huì)出現(xiàn)黑角。
  由此可知,對1/3"的攝像機(jī),可選用1/3"1/2"2/3"的鏡頭;對1/2"的攝像機(jī),可選用1/2"、2/3"的鏡頭,而不能用1/3的鏡頭。
  因?yàn)?/font>CCD就像人的眼睛,鏡頭就像人們用的眼鏡,眼鏡太小,眼睛就會(huì)看不清周邊的事物。
  C、最好選鏡頭與攝像機(jī)的接口安裝方式一致
  鏡頭與攝像機(jī)的接口安裝方式有C型安裝和CS型安裝兩種,兩者最好一致。如果選用了C型鏡頭,則需加一5mm厚的接圈即可。若不加接圈就直接接到CS接口攝像機(jī)上,則可能使鏡頭的后鏡面碰到CCD的敏感面的保護(hù)玻璃,而造成CCD攝像機(jī)的損壞,這一點(diǎn)在實(shí)用中需特別引起注意。
  D、最好選自動(dòng)光圈鏡頭,以適應(yīng)晝夜照度很大的變化
  由于日夜監(jiān)控,其照度變化范圍很大,因而最好選用能自動(dòng)根據(jù)照度變化的自動(dòng)光圈鏡頭,以使圖像保持清晰。
  E、鏡頭的分辨率與透光率要達(dá)到要求
  用的成像鏡頭的分辨率必須要大于攝像機(jī)的分辨率,否則達(dá)不到所要求的清晰效果。并且鏡頭中鏡片的透光率要好,即對光的衰減要非常小。
  F、監(jiān)視距離1公里以上,還需選用激光擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡頭
  要根據(jù)欲觀察場景的大小與距離選擇合適的激光擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡頭,使激光束能照亮所需監(jiān)控的場景,以便監(jiān)控場景的反射光能被攝像機(jī)所接收。
  G、注意選擇有性能好的視窗玻璃的防護(hù)罩
  除選紅外燈、攝像機(jī)、鏡頭外,還要注意防護(hù)罩、供電電源等的成套綜合考慮。因?yàn)榉雷o(hù)罩對紅外燈的效果就有影響,如紅外光通過不同介質(zhì),透射率和反射率就不同。例如,不同的視窗玻璃,特別是自動(dòng)除霜鍍膜玻璃,對紅外光的衰減也不同,所以要注意選擇具有性能好的視窗玻璃的防護(hù)罩。

 三、攝像機(jī)的選擇

 目前攝像機(jī)的感光器件有CMOSCCD兩種。同CCD一樣,CMOS圖像傳感芯片對紅外光波也有反應(yīng),但它在890-980nm范圍內(nèi)靈敏度比CCD圖像傳感芯片要高出許多,并隨波長增加而衰減的梯度也慢一些。隨著CMOS圖像芯片的飛速發(fā)展,其噪音訊號進(jìn)一步降低,且星光級的CMOS攝像機(jī)也已有面市。因此,不一定局限在CCD攝像機(jī)中選擇,可充分利用各自的優(yōu)勢選取。一般,紅外攝像機(jī)的選擇要點(diǎn)如下。

  A、應(yīng)選低照度攝像機(jī),其照度要求一般≤0.02Lux
  有些攝像機(jī)制造商或銷售商虛報(bào)最低照度,使夜視有效距離大大降低,因此最好能具體測試。月光級和星光級等增感度攝像機(jī)可工作在很暗的條件下,但有些反光系數(shù)小的地方還是達(dá)不到要求,如沙漠,綠地,林區(qū)等。在這種情況下,就需要采用由高性能像增強(qiáng)器和CCIR制式的黑白CCD通過纖維面板和光錐直接耦合而成的微光夜視攝像機(jī)??傊?,照度越低越好,由于目前還不規(guī)范,不能相信生產(chǎn)廠所標(biāo)稱的最低照度,要在實(shí)用條件下進(jìn)行測試為好,通常照度要求一般≤0.02Lux。
  B、選用的紅外攝像機(jī)圖像傳感器的尺寸越大越好
  因1/4CCD不能用于15m以上紅外夜視的有效距離,因?yàn)?/font>1/4CCD的光通量只有1/3CCD50%。而CCD尺寸大,接受的光通量大;CCD尺寸小,接受的光通量就少。所以,夜視攝像機(jī)多選1/2CCD,1/3的要測試可行的也可,但絕對不能選1/4的。
  C、紅外攝像機(jī)要有自動(dòng)電子快門與自動(dòng)增益控制(AGC)功能
  因?yàn)橛辛诉@些功能,才能使信號調(diào)整到比較好的狀態(tài),以滿足觀察的效果。
  D、需隱蔽場合選CMOS超微型攝像機(jī)
  由于低功耗、高集成、小體積只有CMOS圖像傳感器才能辦到,因而可作成襯衫鈕扣、西裝鈕扣般大小的CMOS攝像機(jī)。加上相應(yīng)的紅外光源的更加小型化,以及高效能電池的推出,使第三只眼睛將會(huì)無處不在。這樣,帶上一副夜視眼鏡和一頂配有紅外光源和CMOS超微型攝像機(jī)的帽子,黑夜將如同白晝。顯然,這將改變我們整個(gè)社會(huì)生活的面貌。
  E、選配好攝像機(jī)的配套穩(wěn)壓小電源
  攝像機(jī)的電源的選取要注意如下兩點(diǎn)
  1.選穩(wěn)壓電源。因市電AC220V不穩(wěn),如只選一交流變直流12V的變壓器而不穩(wěn)壓就會(huì)使攝像機(jī)中的電路工作不穩(wěn)定,從而使攝像機(jī)的工作不穩(wěn),所需性能就達(dá)不到要求;
  2.選比攝像機(jī)的電流要大近一倍以上的小電源為好。如攝像機(jī)的電流為200mA250mA,一般選500mA即足夠。若選太大如1A1臺攝像機(jī)就體積偏大與價(jià)錢偏貴;太小如等于攝像機(jī)的電流就可能發(fā)。
 ?。ㄒ蜻B續(xù)工作時(shí)間太長)而影響可靠性與工作壽命等。
 


 結(jié)語

 由上可知,三種紅外光源各有其優(yōu)劣,但熱紅外光源基本被紅外LEDLED-Array光源所淘汰。因?yàn)橛?/font>LED-Array也完全可照射到幾百米監(jiān)控場景的距離。至于1km以上的超遠(yuǎn)距離的監(jiān)控場景,還是應(yīng)選用紅外LD光源為好。因?yàn)樗牧炼雀撸粋€(gè)LD頂好多LED,所以紅外LD光源的體積小、重量輕,是超遠(yuǎn)距離的最佳選擇。

 紅外攝像機(jī)的選擇最重要的問題是成套性。除選好紅外光源外,對攝像機(jī)、鏡頭、防護(hù)罩、供電電源等的配套要綜合考慮。只有按文中所述的選擇要點(diǎn)綜合考慮了,才能取到事半功倍的效果。

 

紅外攝像機(jī) 槽型光電開關(guān) 紅外夜視技術(shù) 紅外LED

http://www.muhoyc.cn/Article/007_1.html

   

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