王 毅

摘要：本文指出紅外攝像機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中存在的一些問題及解決方法，提出紅外攝像機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，并對紅外攝像機(jī)的發(fā)展趨勢進(jìn)行展望。

關(guān)鍵詞：紅外攝像機(jī)；紅外燈；濾光片

1前言

隨著電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、多媒體技術(shù)的迅速發(fā)展，安防監(jiān)控已由傳統(tǒng)的模擬監(jiān)控走向高度集成的數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控。傳統(tǒng)的安防監(jiān)控系統(tǒng)已逐步向以圖像處理為核心的、融合了網(wǎng)絡(luò)、傳感、通信技術(shù)的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)過渡。隨著安防監(jiān)控市場需求的不斷增加。紅外攝像機(jī)在安防監(jiān)控系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，并扮演著越來越重要的角色。

在以前的安防監(jiān)控過程中，攝像機(jī)系統(tǒng)在正常照度環(huán)境下能夠獲得較好的監(jiān)視效果，但當(dāng)攝像機(jī)附近的環(huán)境照度低于一定值時(shí)，要想使攝像機(jī)獲得正常的監(jiān)視效果，就需要利用可見光進(jìn)行照明。但這種方式存在不能隱蔽、容易暴露監(jiān)控目標(biāo)等缺點(diǎn)。紅外攝像技術(shù)是目前安防監(jiān)控領(lǐng)域常用的一種夜視技術(shù)，它利用CCD攝像機(jī)可以感受紅外光的特性。采用紅外燈作為輔助光源進(jìn)行照明。使攝像機(jī)系統(tǒng)在環(huán)境照度低于一定值時(shí)，仍可以提供清晰的監(jiān)控圖像畫面，從而獲得理想的監(jiān)視效果。

本文對安防監(jiān)控中的紅外攝像機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行分析，指出紅外攝像機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中存在的問題及解決方法，提出紅外攝像機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，并對紅外攝像機(jī)的發(fā)展趨勢進(jìn)行展望，期望對安防行業(yè)從業(yè)人員在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和產(chǎn)品選擇方面有所幫助。

2紅外攝像機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中存在的問題及解決方法

2.1低照度(需要紅外燈進(jìn)行輔助照明)環(huán)境下攝像效果不理想

目前常用的配合紅外攝像機(jī)使用的LED紅外燈波長在850nm左右，紅外燈的照射角度可以在一定范圍內(nèi)進(jìn)行選擇，紅外燈照射角度越小，照射距離就越遠(yuǎn)，紅外燈照射角度越大，照射距離就越近。對于已經(jīng)選定的攝像機(jī)和鏡頭，如果紅外燈的照射角度不夠，就會(huì)出現(xiàn)所謂的手電筒現(xiàn)象，即得到的監(jiān)控畫面中央明亮而周圍較暗，得不到用戶滿意的監(jiān)控效果。如果紅外燈的照射角度過大，監(jiān)控畫面的周圍會(huì)顯得過于明亮，監(jiān)控畫面中央的圖像反而看不清楚。因此，要根據(jù)具體的環(huán)境情況進(jìn)行選擇，在走廊等狹長區(qū)域。選擇照射角度小的紅外燈?？梢员ＷC一定的照射距離，同時(shí)配備焦距長些的鏡頭；在相對寬敞的區(qū)域，選擇照射角度大些的紅外燈，同時(shí)配備短焦距的鏡頭，能夠得到較好的監(jiān)控效果。

2.2正常照度環(huán)境下色彩還原效果不理想

正常照度環(huán)境下，紅外攝像機(jī)在彩色模式下工作，紅外攝像機(jī)的CCD除了能感應(yīng)可見光，還能感應(yīng)紅外光，然而紅外光通過信號處理后影響圖像還原的亮度和色度，會(huì)導(dǎo)致監(jiān)控圖像偏色。使監(jiān)控畫面質(zhì)量下降。給紅外攝像機(jī)加裝一個(gè)紅外濾光片，紅外濾光片可以阻擋紅外光進(jìn)入紅外攝像機(jī)的CCD。使紅外攝像機(jī)在正常照度環(huán)境下只能感應(yīng)到可見光，從而解決了圖像偏色的問題。當(dāng)環(huán)境照度低于一定值時(shí)，紅外攝像機(jī)在黑白模式下工作，此時(shí)需要LED紅外燈進(jìn)行輔助照明，紅外攝像機(jī)需要感應(yīng)紅外光，不需要加裝紅外濾光片了?？紤]到焦點(diǎn)偏移等問題，實(shí)際應(yīng)用中采用雙濾光片切換的工作方式。雙濾光片由紅外截止濾光片和全光譜光學(xué)玻璃組成，正常照度環(huán)境下，紅外截止濾光片工作，使圖像色彩不失真，環(huán)境照度低于一定值時(shí)。紅外截止濾光片自動(dòng)移開，全光譜光學(xué)玻璃工作，使紅外攝像機(jī)具有良好的夜視功能。

2.3攝像圖像的白霧現(xiàn)象

產(chǎn)生的原因：(1)LED紅外燈發(fā)射出的紅外線通過紅外攝像機(jī)遮陽罩或紅外攝像機(jī)防護(hù)罩前端的視窗玻璃反射回鏡頭。(2)LED紅外燈發(fā)射出的紅外線照射到紅外攝像機(jī)鏡頭里。(3)紅外攝像機(jī)散熱效果不好。導(dǎo)致紅外攝像機(jī)CCD過熱。產(chǎn)生白霧的現(xiàn)象。解決的方法：(1)讓鏡頭的隔離圈直接穿過紅外攝像機(jī)防護(hù)罩前端的視窗玻璃。(2)縮短紅外攝像機(jī)遮陽罩尺寸。(3)使紅外攝像機(jī)具有良好的散熱功能。

2.4防水效果不理想

解決的方法：(1)采用先進(jìn)的加工工藝制作紅外攝像機(jī)防護(hù)罩。提高設(shè)備接口處的加工精度，使設(shè)備接口處能夠很好的密合。(2)在紅外攝像機(jī)防護(hù)罩接口處加防水膠圈。(3)在紅外攝像機(jī)防護(hù)罩螺絲口處及進(jìn)線孔打防水膠。

2.5設(shè)備使用壽命短

LED具有高可靠性和壽命長的優(yōu)點(diǎn)，然而現(xiàn)在有的LED紅外燈壽命卻很短。正常工作中LED紅外燈的電能其中一部分直接轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏玫墓饽埽瑫r(shí)有一部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊o用的熱能，系統(tǒng)長時(shí)間工作。LED紅外燈會(huì)產(chǎn)生大量熱量。很多紅外攝像機(jī)生產(chǎn)廠家采用加大紅外燈工作電流的方法增加紅外燈輻射功率，其目的是為了增加紅外燈的照射距離，然而紅外燈工作電流越大溫度越高，當(dāng)產(chǎn)生的熱量太多而沒有采取適當(dāng)?shù)纳岽胧r(shí)，就會(huì)造成設(shè)備內(nèi)溫度過高，導(dǎo)致LED紅外燈過快老化。對于紅外一體化攝像機(jī)，攝像機(jī)與LED紅外燈都安裝在攝像機(jī)防護(hù)罩內(nèi)。如果散熱不好，攝像機(jī)的CCD長時(shí)間在高溫環(huán)境中工作，壽命也會(huì)大大縮短。解決的方法：(1)使LED紅外燈在額定電壓下工作，LED紅外燈采用恒流驅(qū)動(dòng)方式，同時(shí)把LED紅外燈工作電流調(diào)整到正常使用范圍內(nèi)。(2)給LED紅外燈板加裝一層鋁質(zhì)的散熱片，在不影響LED紅外燈正常工作的情況下，使LED紅外燈工作時(shí)產(chǎn)生的大量熱量及時(shí)迅速地傳導(dǎo)到設(shè)備外殼上。(3)設(shè)備外殼采用易散熱的金屬材料制作。(4)設(shè)備內(nèi)置自動(dòng)溫控電路，采用風(fēng)扇進(jìn)行散熱。

2.6霧和霜影響畫面清晰度

由于周圍溫度的差異和天氣的變化等因素，紅外攝像機(jī)在工作時(shí)。容易在防護(hù)罩視窗玻璃上產(chǎn)生薄霧或淺層白霜，致使紅外攝像機(jī)視物模糊，畫面清晰度降低。

解決的方法：(1)在紅外攝像機(jī)防護(hù)罩視窗玻璃前安裝可控制的雨刷，利用雨刷清潔防護(hù)罩玻璃。(2)紅外攝像機(jī)防護(hù)罩內(nèi)配加熱組件，通過加熱的方式達(dá)到除霧除霜的目的。

2.7臨界點(diǎn)的跳變

如果僅僅使用簡單的元器件配合光敏電阻的方式控制雙濾光片的切換。有時(shí)會(huì)發(fā)生臨界點(diǎn)的反復(fù)跳變。解決方法是采用智能芯片配合光敏電阻進(jìn)行控制。其邏輯控制能力能有效控制雙濾光片的正常切換。

3紅外攝像機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

3.1對于紅外一體化攝像機(jī)的情況

目前，生產(chǎn)廠家都推出在特定條件下使用的紅外一體化攝像機(jī)，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要選擇與應(yīng)用環(huán)境特點(diǎn)相符合的產(chǎn)品。在選擇紅外一體化攝像機(jī)時(shí)，技術(shù)人員需要了解用戶的使用要求和現(xiàn)場環(huán)境的實(shí)際情況，了解紅外一體化攝像機(jī)各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)的確切含義。選擇產(chǎn)品時(shí)要根據(jù)生產(chǎn)廠家的規(guī)模，知名度，國際、國內(nèi)市場占有率，技術(shù)支持能力，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)肅性，是否具有完善的售后服務(wù)體系等因素來考慮，選擇大品牌的產(chǎn)品。比較而言，大品牌的產(chǎn)品工藝先進(jìn)，性能穩(wěn)定，配置合理，質(zhì)量合格。如果條件允許，可以在批量

選購前對產(chǎn)品進(jìn)行試用，更好地了解產(chǎn)品的性能和質(zhì)量，做到心中有數(shù)。

3.2對于攝像機(jī)外配紅外燈的情況

設(shè)計(jì)時(shí)要明確可視距離的概念，可視距離是通過監(jiān)視器所能夠看到的有效的清晰圖像的最大距離，它是由攝像機(jī)的靈敏度。鏡頭光通量，紅外燈的性能，現(xiàn)場景物反射紅外光效果，供電電源的質(zhì)量及攝像機(jī)防護(hù)罩視窗玻璃的透光性能等的匹配情況綜合來決定的。

攝像機(jī)要選擇日夜兩用型超低照度攝像機(jī)。一般的攝像機(jī)難以滿足24小時(shí)監(jiān)控都獲得清晰圖像的需求，日夜兩用型超低照度攝像機(jī)對外界光線的敏感程度較一般的攝像機(jī)有明顯的提高，即使在環(huán)境照度非常低的情況下，這種攝像機(jī)也可以拍攝到人眼看不到的物體，它的出現(xiàn)受到了安防監(jiān)控市場的歡迎，它在各種照度環(huán)境下均可表現(xiàn)出很好的攝像效果。正常照度環(huán)境下，攝像機(jī)在彩色模式下工作，環(huán)境照度低于一定值時(shí)自動(dòng)轉(zhuǎn)換成黑白模式，其水平分辨率和最低景物照度均比正常照度環(huán)境下有很大幅度的提升。日夜兩用型超低照度攝像機(jī)能很好地解決低照度情況下正常監(jiān)控的問題，特別是配備LED紅外燈，可以得到高清晰度的黑白圖像，實(shí)現(xiàn)零照度下的監(jiān)控。

攝像機(jī)鏡頭是紅外安防監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，它的質(zhì)量優(yōu)劣直接影響到整套系統(tǒng)的成像效果，因此，鏡頭選擇是否合適非常重要。選擇鏡頭時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：(1)鏡頭的成像尺寸應(yīng)與攝像機(jī)CCD靶面尺寸一致。(2)鏡頭的分辨率。(3)鏡頭焦距與視野角度。(4)光通量。(5)是否為感紅外鏡頭。

為了提高攝像機(jī)對紅外光以及被攝景物的敏感度，應(yīng)盡可能選用光通量大的鏡頭。

紅外燈要選擇一致性好、發(fā)光效率高、發(fā)熱量小的LED紅外燈。產(chǎn)品應(yīng)是依據(jù)行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量檢測合格的產(chǎn)品。

紅外燈選配電源應(yīng)滿足其所需的電功率，否則會(huì)發(fā)生照射距離達(dá)不到要求的情況。應(yīng)該選擇交流220V集中供電，在LED紅外燈及攝像機(jī)等前端設(shè)備處設(shè)置直流開關(guān)電源進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換的方式為前端設(shè)備供電。即使電網(wǎng)電壓在一定范圍內(nèi)波動(dòng)。開關(guān)電源輸出的直流電壓也是穩(wěn)定的，保證了前端設(shè)備正常、穩(wěn)定工作。如果采用大功率穩(wěn)壓電源對前端設(shè)備集中供電，當(dāng)前端設(shè)備數(shù)量較多且與供電室的距離不同時(shí)，容易造成距供電室較遠(yuǎn)的設(shè)備供電電壓不足，設(shè)備不能正常工作。距供電室較近的設(shè)備供電電壓過高，損壞前端設(shè)備的現(xiàn)象。

防護(hù)罩的視窗玻璃對紅外燈的輻射效果也有影響。不同的視窗玻璃。對于紅外光輻射的反射率和透射率不同，設(shè)計(jì)選型時(shí)要充分考慮。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)還要考慮被攝景物的反光程度。由于紅外光也具有反射、折射等特性。因此，被攝景物如果沒有良好的反光環(huán)境，設(shè)計(jì)選型時(shí)要考慮留一定的距離余量。

4紅外攝像機(jī)的發(fā)展趨勢

紅外攝像機(jī)發(fā)展的趨勢主要表現(xiàn)為：數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化。

現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)并正在不斷發(fā)展完善的紅外高速球是綜合一體化攝像機(jī)、攝像機(jī)防護(hù)罩、云臺(tái)、紅外燈等各項(xiàng)功能的產(chǎn)品，它實(shí)現(xiàn)了在普通高速球上配置紅外燈的想法，設(shè)備的外觀設(shè)計(jì)充滿了現(xiàn)代80在紅外高速球的性能上，采用了變焦變光同步技術(shù)，紅外燈可以根據(jù)鏡頭的變倍切換，近距離開小燈，遠(yuǎn)距離開大燈，兩組紅外燈交替工作，解決了系統(tǒng)發(fā)熱量大的問題，保證了紅外高速球的穩(wěn)定性。它既具有紅外攝像機(jī)清晰的夜視效果，又具有高速球的自動(dòng)巡航、帶預(yù)置位、多方位監(jiān)控、高速捕捉畫面、聯(lián)動(dòng)報(bào)警等功能。

紅外攝像機(jī)加裝網(wǎng)絡(luò)模塊，配備超寬動(dòng)態(tài)一體機(jī)等將成為紅外攝像機(jī)的發(fā)展趨勢。

紅外攝像機(jī)將會(huì)更加方便地聯(lián)動(dòng)其它安全防范設(shè)備，如溫度、濕度、煙感、入侵等探測器，同時(shí)可以聯(lián)動(dòng)警號、鎖具等動(dòng)作設(shè)備。這使得它可以方便地組成一套功能強(qiáng)大的安全防范系統(tǒng)。