淺談監(jiān)控?cái)z像頭加裝紅外燈的技術(shù)

摘 要：安全是一個(gè)社會和企業(yè)賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，尤其是在現(xiàn)代化技術(shù)高度發(fā)展的今天，犯罪更趨智能化，手段更隱蔽，加強(qiáng)現(xiàn)代化的安防技術(shù)就顯得更為重要。視頻監(jiān)控系統(tǒng)是安防領(lǐng)域中的重要組成部分，是安全系統(tǒng)中最關(guān)鍵的子系統(tǒng)。隨著社會的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對安全的要求也變?yōu)楦涌量?，因此要求視頻監(jiān)控系統(tǒng)能在各種惡劣的環(huán)境下進(jìn)行全天候的實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。由于紅外監(jiān)控一體攝像機(jī)只經(jīng)歷了不到5年的發(fā)展階段，如何在原有設(shè)備上實(shí)現(xiàn)夜視功能以至實(shí)現(xiàn)全天候的實(shí)時(shí)監(jiān)控，成為企業(yè)技術(shù)改造的難點(diǎn)，針對這些問題，本論文提出了基于彩轉(zhuǎn)黑攝像機(jī)加裝紅外燈的解決技術(shù)方案，最大化的利用了原有的監(jiān)控設(shè)備實(shí)現(xiàn)全天候的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

關(guān)鍵詞：視頻監(jiān)控系統(tǒng)；彩轉(zhuǎn)黑攝像機(jī)；紅外線

中圖分類號：TP23

1 紅外線及紅外攝像技術(shù)

光是一種電子磁波，其波長范圍為1納米（1nm=10-9m）至1毫米（1mm=10-3m），人眼可以看見的光稱為可見光?？梢姽獾牟ㄩL范圍為380nm-780nm，可見光波長由長至短可分成紅、橙、黃、綠、青、蘭、紫七種，波長比紫光短的看不見的光稱為紫外光，波長比紅光長的看不見的光稱為紅外光。

紅外攝像技術(shù)分為被動紅外攝像技術(shù)和主動紅外攝像技術(shù)兩種。被動紅外攝像技術(shù)是利用所有物體在絕對零度以上都有紅外光發(fā)射的原理。由于人體和發(fā)熱體發(fā)出的紅外光較強(qiáng)，其它非發(fā)熱物體發(fā)出的紅光很微弱，因此，利用特殊的紅外攝像機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)夜間監(jiān)控。被動紅外攝像技術(shù)由于設(shè)備造價(jià)高且環(huán)境攝像效果差，在一般企業(yè)級應(yīng)用不多。

主動紅外攝像技術(shù)是利用半導(dǎo)體固體發(fā)光（LED）或紅外線燈或熱輻射紅外燈人為產(chǎn)生紅外輻射，發(fā)出人眼看不見的紅外光去照射景物和環(huán)境，利用普通低照度CCD去感受周圍環(huán)境反射回來的紅外光，從而實(shí)現(xiàn)夜視功能

2 紅外線和黑白CCD

在實(shí)際應(yīng)用中，我們發(fā)現(xiàn)黑白攝像機(jī)比彩色攝像機(jī)具有更高的靈敏度，可以在較暗的環(huán)境里獲得不錯的圖像，特別在有紅外光源配合使用時(shí)更是可以做到0LUX（可見光）。

由于黑白CCD圖像傳感器具有很寬的感光光譜范圍，其感光光譜不但包括可見光區(qū)域，還延長到紅外區(qū)域，利用此特性，可以在夜間無可見光照明的情況下，用輔助紅外光源照明也可使CCD圖像傳感器清晰地成像。而普通彩色攝像機(jī)為了能傳輸彩色信號，從CCD器件的輸出信號中分離出綠藍(lán)紅三種基色視頻信號，然后合成彩色電視信號，其感光光譜只在可見光區(qū)域。

普通CCD黑白攝像機(jī)可以感受光的光譜特性如圖3所示。

由圖可見，黑白CCD它不僅能感受可見光，而且可感受波長大于760nm至400μm紅外光。這就是利用普通CCD黑白攝像機(jī)、配合紅外燈可以比較經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)夜視的基本原理。

3 紅外燈的分類及產(chǎn)品特點(diǎn)

紅外燈按紅外光輻射機(jī)理分為半導(dǎo)體固體發(fā)光（LED）和紅外線燈或熱輻射紅外燈兩類。

3.1 熱輻射紅外燈的原理與特點(diǎn)。物體在溫度較低時(shí)產(chǎn)生的熱輻射都是紅外光。當(dāng)加熱到500℃以上時(shí)，才會產(chǎn)生暗紅色的可見光，隨著溫度的上升，光變得更亮更白。在熱輻射光源中，通過加熱燈絲來保證輻射不斷的進(jìn)行。輻射體在不同溫度時(shí)，輻射出的峰值波長是不同的，其光譜能量的分布也是不同的。根據(jù)上述原理，熱輻射紅外燈，其紅外光成分可達(dá)92%。功率可達(dá)到375W，使用壽命可達(dá)2000-5000d小時(shí)，輻射角可達(dá)60-80°。紅外燈發(fā)射的紅外光譜范圍很寬，波長在800-2500nm之間，這與普通黑白攝像機(jī)感受的寬光譜范圍相一致。

3.2 LED紅外燈的特點(diǎn)。光譜功率分布比較集中的窄帶分布，其中心波長為830-950nm，半峰帶寬約為40nm，滿足一般CCD黑白攝像機(jī)可感受范圍。它的最大優(yōu)點(diǎn)是可以完全無“紅暴”。LED紅外燈因其成本造價(jià)低，成為目前使用最多的紅外產(chǎn)品，其使用壽命一般為6000小時(shí)。

4 監(jiān)控?cái)z像頭加裝紅外燈的技術(shù)方案

紅外燈的選擇最重要的問題是紅外燈與攝像機(jī)、鏡頭、防護(hù)罩，供電電源等成套性。

考慮系統(tǒng)設(shè)備的成套性時(shí)要特別注意以下幾個(gè)問題：

4.1 加裝對象必須是黑白攝像機(jī)或日夜兩用型攝像機(jī)。黑白攝像機(jī)采用的CCD傳感器有很寬的感光光譜范圍，利用輔助紅外燈照明就可在CCD傳感器上清晰的成像，日夜兩用型攝像機(jī)采用兩個(gè)CCD進(jìn)行切換或者采用一個(gè)CCD傳感器，利用數(shù)字電路的切換也可以實(shí)現(xiàn)紅外燈泡照射攝像。

4.2 要求紅外燈與攝像機(jī)CCD尺寸規(guī)格要協(xié)調(diào)。目前市場上的CCD攝像機(jī)規(guī)格有1/2，1/3，1/4，如果紅外燈標(biāo)稱的有效距離是在1/2攝像機(jī)條件下試驗(yàn)的，這時(shí)如使用1/3攝像機(jī)或1/4攝像機(jī)有效距離就一定受影響，因?yàn)閘/3攝像機(jī)的光通量只有1/2攝像機(jī)光通量的44%。因此針對不同CCD尺寸建議選配相應(yīng)有效距離的紅外燈。

4.3 電源供電。紅外燈對工作電流影響非常敏感，在距離較遠(yuǎn)的多個(gè)紅外燈同時(shí)采用DC12V集中供電時(shí)，由于電路衰減可造成各紅外燈供電電壓高低不一致，影響發(fā)射功率，導(dǎo)致紅外分布不均勻紅外成像質(zhì)量不高，因此在條件許可的情況下，盡量采用AC220V供電為宜。

5 紅外燈的安裝調(diào)試

5.1 攝像機(jī)設(shè)置為自動電子快門、自動增益控制等參數(shù)，以適應(yīng)晝夜照度的變化。

5.2 應(yīng)盡量避免紅外攝像機(jī)視場內(nèi)有全黑色物體、空曠處、水等容易吸收紅外光線的物體，如果紅外線光被吸收或減弱，將會大大削弱紅外線的反射與攝像機(jī)的效果。

5.3 考慮被攝像景物的反光程度。紅外線具有與可見光相同的反射、折射等特性，故在目標(biāo)景物周圍沒有良好的反光環(huán)境（如建筑物、圍墻、標(biāo)牌）時(shí)應(yīng)考慮一定的距離余量。

5.4 紅外線燈不可直接面對攝像機(jī)，攝像機(jī)所見的紅外光線如同人類看到的日光一樣，會使影像出現(xiàn)反白現(xiàn)象。

5.5 紅外線燈不一定與攝像機(jī)安裝在同一位置，若攝像機(jī)離被照物體遠(yuǎn)可考慮將紅外線燈安裝在兩者之間。同位置安裝最佳方式是紅外線燈與攝像機(jī)上下重疊架設(shè)。

5.6 紅外線燈安裝高度不應(yīng)超過4米，太高會影響光線的反射率。角度應(yīng)由上向下俯角20度為佳，仰角過大反射率降低。

5.7 必須保障紅外線燈的工作指標(biāo)，紅外線燈的供電電源功率必須高于紅外燈本身的工作功率

6 總結(jié)

隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，視頻監(jiān)控技術(shù)在工作生活中應(yīng)用越來越廣泛，視頻監(jiān)控也由原來的事后追朔朝著事前防范的功能轉(zhuǎn)變。

本文結(jié)合目前企業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀，提出了基于黑白攝像機(jī)或日夜兩用型攝像機(jī)加裝紅外燈改造方案，最大化的利用了原有的監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行了技術(shù)改造升級，實(shí)現(xiàn)全天候的視頻監(jiān)控。

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作者簡介：楊振宇（1980.2-），男，碩士，中級職稱，研究方向：大規(guī)模集成電路布局、企業(yè)安防監(jiān)控平臺改造、項(xiàng)目管理。

作者單位：廣西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司信息中心，南寧 530001