淺析紅外攝像機(jī)技術(shù)現(xiàn)狀

■程岳寅

淺析紅外攝像機(jī)技術(shù)現(xiàn)狀

■程岳寅

隨著安全防范行業(yè)不斷的發(fā)展、技術(shù)的不斷更新，用戶對(duì)晝夜24小時(shí)監(jiān)控的需求也愈發(fā)的強(qiáng)烈。因此配有紅外光源的前端視頻采集設(shè)備在視頻監(jiān)控領(lǐng)域所扮演的角色也更加突出。2010年SONY、三星等國(guó)際廠商也都競(jìng)相推出了新款紅外攝像機(jī)。雖然SONY只是在配用CMOS圖像傳感器的高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)上推出了幾款紅外設(shè)備，但是從中可以明顯的感覺出來(lái)國(guó)際廠商開始重視紅外攝像機(jī)監(jiān)控市場(chǎng)，并且加大了紅外攝像機(jī)設(shè)計(jì)開發(fā)的投入。

為了滿足晝夜監(jiān)控的需求，我國(guó)生產(chǎn)廠家早在2001－2003年間就開始探索紅外攝像機(jī)領(lǐng)域了。從最早的攝像機(jī)加紅外燈板的模組到攝像機(jī)和紅外燈的一體化設(shè)計(jì)，從LED紅外燈通電即亮模式到光敏電阻、雙濾光片的引入應(yīng)用，從基本的視頻監(jiān)控要求到防水防暴、強(qiáng)光抑制、人臉識(shí)別、隱私遮蔽等各式各樣結(jié)構(gòu)功能的出現(xiàn)，無(wú)不見證著我國(guó)紅外攝像機(jī)技術(shù)和市場(chǎng)的長(zhǎng)足發(fā)展。2006年以后，隨著越來(lái)越多的生產(chǎn)廠家涌入該領(lǐng)域，紅外攝像機(jī)市場(chǎng)逐步形成了供大于求的局面，廠家間的競(jìng)爭(zhēng)也愈發(fā)白熱化。身處安防行業(yè)群雄逐鹿的時(shí)代，紅外攝像機(jī)產(chǎn)品也和其他安防產(chǎn)品一樣，有著同樣的時(shí)代印記?？陀^的說(shuō)，手工作坊的充斥、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)制的缺失都在某種程度上制約著紅外攝像機(jī)市場(chǎng)的發(fā)展。國(guó)際巨頭廠商的加入，勢(shì)必會(huì)給紅外攝像機(jī)市場(chǎng)打入一劑強(qiáng)心劑。商場(chǎng)如戰(zhàn)場(chǎng)，適者生存、優(yōu)勝劣汰的案例，每天都在上演。如何提高產(chǎn)品的品質(zhì)、不斷的創(chuàng)新，如何拿出滿足客戶需求的紅外攝像機(jī)產(chǎn)品和解決方案，如何能在新一輪的洗牌、競(jìng)爭(zhēng)中生存下來(lái)，筆者認(rèn)為是每個(gè)有著強(qiáng)烈憂患意識(shí)的企業(yè)都應(yīng)該仔細(xì)思考的問(wèn)題！

下面筆者就結(jié)合天地偉業(yè)數(shù)碼科技有限公司10余年的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)以及近期的研發(fā)成果，分三個(gè)方面闡釋紅外攝像機(jī)技術(shù)的改進(jìn)和突破。

光源

紅外攝像機(jī)的進(jìn)步離不開紅外光源的發(fā)展，可以說(shuō)，紅外攝像機(jī)的發(fā)展史也是一部紅外光源的發(fā)展史。

紅外燈簡(jiǎn)單可以分為1.鹵素?zé)襞菁訛V光片2.激光管3.LED發(fā)光二極管三個(gè)種類。目前市場(chǎng)上使用最多的是Φ5、Φ8、Φ10等LED發(fā)光二極管。眾所周知，紅外攝像機(jī)紅外燈長(zhǎng)時(shí)間工作后，會(huì)發(fā)散出大量的熱量，對(duì)機(jī)體內(nèi)部CCD，DSP處理芯片，PCB電路板等器件都有不同程度的損傷。另外，市面上紅外燈元器件本身品質(zhì)也存在著參差不齊的現(xiàn)象，在長(zhǎng)時(shí)間應(yīng)用后，也會(huì)出現(xiàn)損壞。因此以上兩個(gè)方面都制約著紅外攝像機(jī)的使用壽命。

針對(duì)該問(wèn)題，天地偉業(yè)公司不僅選用高品質(zhì)的紅外燈元器件，而且在新光源的引入上也不停的做著努力和嘗試。比如最近推出的冷光源智能紅外攝像機(jī)TC-C6530RBF【注：冷光源就是利用化學(xué)能、電能、生物能激發(fā)的光源】。冷光源的發(fā)光原理是在電場(chǎng)作用下，產(chǎn)生電子，碰撞激發(fā)熒光材料產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象。其具有十分優(yōu)良的光學(xué)、變閃特性。冷光源即便長(zhǎng)時(shí)間工作，也不會(huì)使得機(jī)體內(nèi)部溫度飆升。因此采用冷光源紅外燈和普通紅外燈搭配的設(shè)計(jì)，就有效減少了光源的發(fā)熱量，延長(zhǎng)了整機(jī)使用壽命。

■ 圖1：激光紅外云臺(tái)

■ 圖2：紅外高速球Aladdin

■ 圖3：球面VS非球面

說(shuō)到紅外光源，也就不得不談到距離這個(gè)概念。時(shí)下，最遠(yuǎn)有效紅外距離也就在100米左右【注：有些采用紅外燈陣列的攝像機(jī)或者球機(jī)距離可以達(dá)到120－150米】。面對(duì)中遠(yuǎn)距離，較大范圍的野外無(wú)光環(huán)境的監(jiān)控，采用LED發(fā)光二極管的紅外一體機(jī)或者紅外球機(jī)就顯得無(wú)能為力了。天地偉業(yè)為了滿足客戶中遠(yuǎn)距離夜晚監(jiān)控需求，也率先、創(chuàng)造性的推出了集合紅外激光和紅外LED的前端視頻采集設(shè)備。采用紅外激光的設(shè)備，有效夜視距離就可以達(dá)到200－300米左右。

光源控制

在夜間或者無(wú)光環(huán)境的監(jiān)控中，紅外光作為一種人工補(bǔ)光光源與日間的自然光相比有非常大的差異。首先，紅外光光照面積有限；其次，光照距離有限；再次，對(duì)于不同“景深”的被監(jiān)控景物，紅外光反射回來(lái)的光強(qiáng)也有所不同。因此對(duì)于這種人造光源的控制顯得格外重要。毫不夸張的說(shuō)，即便是相同的紅外模組，采用不同的控制機(jī)制，夜間視頻效果也會(huì)千差萬(wàn)別。

下面筆者就舉倆個(gè)案例進(jìn)行說(shuō)明。比如工程應(yīng)用中，我們經(jīng)常會(huì)遇到的“手電筒效應(yīng)”就是早期紅外攝像機(jī)的軟肋之一。紅外光線照射到的面積上亮度非常高，和周邊未照射到的區(qū)域形成非常大的反差，導(dǎo)致監(jiān)控效果很差。為了有效避免“手電筒效應(yīng)”，天地偉業(yè)公司進(jìn)行了光源控制系統(tǒng)的革新。紅外高速球Aladdin就是采用了變倍聯(lián)動(dòng)紅外燈分組啟動(dòng)機(jī)制，使得雙層紅外燈板在進(jìn)行照射時(shí)亮度均勻，有效避免了手電筒效應(yīng)。值得一提的是，天地偉業(yè)的激光紅外云臺(tái)也是采用了與此相似的光源控制系統(tǒng)，在近距離監(jiān)控中使用紅外燈進(jìn)行補(bǔ)光，當(dāng)對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行變倍大操作時(shí)，設(shè)備會(huì)自動(dòng)啟用激光進(jìn)行照明。

對(duì)于一些室內(nèi)，半室外夜間監(jiān)控場(chǎng)景，普通的紅外攝像機(jī)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)畫面過(guò)曝的現(xiàn)象。具體來(lái)說(shuō)就是靠近攝像機(jī)的物體會(huì)反射回來(lái)更多的紅外光，比如人臉過(guò)曝現(xiàn)象。天地偉業(yè)公司很早推出了紅外光強(qiáng)度可調(diào)，同時(shí)帶有菜單設(shè)置功能的紅外攝像機(jī)，目的就在于可以根據(jù)不同的監(jiān)控場(chǎng)景需求進(jìn)行調(diào)節(jié)。上文提到的冷光源智能紅外攝像機(jī)，在光源控制方面又有了新的突破。所謂智能，就是攝像機(jī)會(huì)根據(jù)畫面亮度自動(dòng)調(diào)節(jié)紅外光強(qiáng)度，有效避免夜晚時(shí)人臉過(guò)曝等現(xiàn)象。

紅外攝像機(jī)結(jié)構(gòu)以及整機(jī)設(shè)計(jì)

一款性能卓越的紅外攝像機(jī)除了要有高品質(zhì)的光源、優(yōu)秀的光源控制系統(tǒng)，更重要的在于整機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)以及鏡頭CCD等核心元器件的組合搭配。

從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上講，如果沒有良好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，那么紅外攝像機(jī)的散熱系統(tǒng)就無(wú)從談起。一如上文提到的紅外高速球Aladdin，正是進(jìn)行了雙風(fēng)扇散熱，氣流內(nèi)循環(huán)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，才有效解決雙層紅外燈板散熱的問(wèn)題。再比如不正是有了已經(jīng)非常成熟的雙玻璃結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，才有效阻止紅外光進(jìn)入鏡頭，避免了反光現(xiàn)象嗎？另外我們現(xiàn)在非常成熟的雙濾光片技術(shù)，如果沒有穩(wěn)定可靠的切換結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，那么可能雙濾光片技術(shù)也只會(huì)曇花一現(xiàn)。從電路設(shè)計(jì)上說(shuō)，只有有效的光控開關(guān)電路，才能消除紅外燈在開/關(guān)臨界時(shí)的閃爍，減少紅外燈工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換帶來(lái)的負(fù)面影響，延長(zhǎng)其使用壽命；只有低功耗高可靠的橫流源驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)，才能保障紅外發(fā)光二極管光功率的穩(wěn)定，提高使用效率，延長(zhǎng)工作壽命。

作為一個(gè)系統(tǒng)的解決方案，紅外攝像機(jī)的CCD，鏡頭都要求非常高，匹配度要求非常好。單從鏡頭這個(gè)角度切入，就可以看出整體方案的重要！普通鏡頭可見光可以聚焦到一個(gè)焦平面上，近紅外區(qū)域的光線會(huì)聚焦形成另外一個(gè)焦平面，因此會(huì)形成倆個(gè)焦點(diǎn)面的偏移，導(dǎo)致畫面模糊。因此天地偉業(yè)公司的紅外視頻采集設(shè)備就采用了專門定制的紅外鏡頭，不僅可以消除近紅外光區(qū)的焦面偏移，而且采用了非球面鏡片，也只有這樣才能為用戶完美呈現(xiàn)高解像度高對(duì)比度的畫面。

紅外攝像機(jī)的分類以及場(chǎng)景應(yīng)用

紅外攝像機(jī)經(jīng)過(guò)了近10年的發(fā)展演變，種類也是紛繁復(fù)雜。從外形結(jié)構(gòu)上可以將紅外視頻采集設(shè)備分為紅外半球、紅外一體機(jī)、紅外球機(jī)、紅外云臺(tái)等等；從光源的角度又可以分為L(zhǎng)ED紅爆攝像機(jī)、LED無(wú)紅爆攝像機(jī)、冷光源攝像機(jī)、激光紅外攝像機(jī)等等；從特殊要求上還可以分為防水紅外攝像機(jī)、防暴紅外攝像機(jī)等等。

對(duì)于紅外攝像機(jī)的使用場(chǎng)合，萬(wàn)變不離其宗，無(wú)外乎是實(shí)現(xiàn)晝夜24小時(shí)的監(jiān)控。筆者要指出的是，由于現(xiàn)今市場(chǎng)上行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制度的不健全，導(dǎo)致很多紅外攝像機(jī)參數(shù)虛標(biāo)的情況，一定要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的情況，客戶的要求選配具有一定品牌影響力的產(chǎn)品！

結(jié)束語(yǔ)

誠(chéng)然，紅外攝像機(jī)技術(shù)目前來(lái)說(shuō)，還是有需要改進(jìn)革新之處。例如如何繼續(xù)提高紅外光的利用率，有效防止紅外攝像機(jī)起霧結(jié)霜，保證紅外攝像機(jī)的全封閉，更加有效的散熱防水，徹底解決白天色彩還原不夠、臨界值點(diǎn)紅外燈反復(fù)跳變以及延長(zhǎng)紅外燈使用壽命等等。盡管紅外攝像機(jī)目前占據(jù)著60%的前端攝像機(jī)市場(chǎng)，但筆者認(rèn)為隨著安防行業(yè)不斷的規(guī)范成熟，用戶需求不斷的被挖掘，紅外攝像機(jī)技術(shù)和市場(chǎng)勢(shì)必還會(huì)有新的突破和發(fā)展。

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