红外在安防摄像机中的应用及发展趋势
为了满足昼夜监控的需求，我国生产厂家早在2001－2003年间就开始探索红外摄像机领域了。从最早的摄像机加红外灯板的模组到摄像机和红外灯的一体化设计，从LED红外灯通电即亮模式到光敏电阻、双滤光片的引入应用，从基本的视频监控要求到防水防暴、强光抑制、人脸识别、隐私遮蔽等各式各样结构功能的出现，无不见证着我国红外摄像机技术和市场的长足发展。2006年以后，随着越来越多的生产厂家涌入该领域，红外摄像机市场逐步形成了供大于求的局面，厂家间的竞争也愈发白热化。身处安防行业群雄逐鹿的时代，红外摄像机产品也和其他安防产品一样，有着同样的时代印记。客观的说，手工作坊的充斥、行业标准机制的缺失都在某种程度上制约着红外摄像机市场的发展。国际巨头厂商的加入，势必会给红外摄像机市场打入一剂强心剂。商场如战场，适者生存、优胜劣汰的案例，每天都在上演。如何提高产品的品质、不断的创新，如何拿出满足客户需求的红外摄像机产品和解决方案，如何能在新一轮的洗牌、竞争中生存下来，笔者认为是每个有着强烈忧患意识的企业都应该仔细思考的问题！ 红外摄像机结构以及整机设计 一款性能卓越的红外摄像机除了要有高品质的光源、优秀的光源控制系统，更重要的在于整机的结构设计、电路设计以及镜头CCD等核心元器件的组合搭配。 从结构设计上讲，如果没有良好的结构设计，那么红外摄像机的散热系统就无从谈起。一如上文提到的红外高速球，正是进行了双风扇散热，气流内循环的结构设计，才有效解决双层红外灯板散热的问题。再比如不正是有了已经非常成熟的双玻璃结构设计，才有效阻止红外光进入镜头，避免了反光现象吗？另外我们现在非常成熟的双滤光片技术，如果没有稳定可靠的切换结构设计，那么可能双滤光片技术也只会昙花一现。从电路设计上说，只有有效的光控开关电路，才能消除红外灯在开/关临界时的闪烁，减少红外灯工作状态转换带来的负面影响，延长其使用寿命；只有低功耗高可靠的横流源驱动电路设计，才能保障红外发光二极管光功率的稳定，提高使用效率，延长工作寿命。 作为一个系统的解决方案，红外摄像机的CCD，镜头都要求非常高，匹配度要求非常好。单从镜头这个角度切入，就可以看出整体方案的重要！普通镜头可见光可以聚焦到一个焦平面上，近红外区域的光线会聚焦形成另外一个焦平面，因此会形成俩个焦点面的偏移，导致画面模糊。因此红外视频采集设备就采用了专门定制的红外镜头，不仅可以消除近红外光区的焦面偏移，而且采用了非球面镜片，也只有这样才能为用户完美呈现高解像度高对比度的画面。 光源 红外摄像机的进步离不开红外光源的发展，可以说，红外摄像机的发展史也是一部红外光源的发展史。红外灯简单可以分为1.卤素灯泡加滤光片2.激光管3.LED发光二极管三个种类。目前市场上使用最多的是Φ5、Φ8、Φ10等LED发光二极管。众所周知，红外摄像机红外灯长时间工作后，会发散出大量的热量，对机体内部CCD，DSP处理芯片，PCB电路板等器件都有不同程度的损伤。另外，市面上红外灯元器件本身品质也存在着参差不齐的现象，在长时间应用后，也会出现损坏。因此以上俩个方面都制约着红外摄像机的使用寿命。 针对该问题，某公司不仅选用高品质的红外灯元器件，而且在新光源的引入上也不停的做着努力和尝试。冷光源的发光原理是在电场作用下，产生电子，碰撞激发荧光材料产生发光现象。其具有十分优良的光学、变闪特性。冷光源即便长时间工作，也不会使得机体内部温度飙升。因此采用冷光源红外灯和普通红外灯搭配的设计，就有效减少了光源的发热量，延长了整机使用寿命。 另外针对市场上出现的点阵灯，某公司也做了深入研究，推出了基于第三代点阵灯的红外摄像机。第三代点阵灯从寿命上看，功耗更低，整机散热性能好，具有独特的封装技术，使红外灯损耗每年低于5%衰减；从效果上考量，使用第三代点阵灯监控画面更干净，层次感强，光线均匀集中，亮度高。室外测试比较，传统的红外效果雪花现象明显（图2），点阵灯效果雪花现象很轻微（图3），层次感以及画面清晰度都表现优异。 说到红外光源，也就不得不谈到距离这个概念。时下，最远有效红外距离也就在100米左右（注：有些采用红外灯阵列的摄像机或者球机距离可以达到120－150米）。面对中远距离，较大范围的野外无光环境的监控，采用LED发光二极管的红外一体机或者红外球机就显得无能为力了。为了满足客户中远距离夜晚监控需求，也率先、创造性的推出了集合红外激光和红外LED的前端视频采集设备。采用红外激光的设备，有效夜视距离就可以达到200－300米左右。 光源控制 在夜间或者无光环境的监控中，红外光作为一种人工补光光源与日间的自然光相比有非常大的差异。首先，红外光光照面积有限；其次，光照距离有限；再次，对于不同“景深”的被监控景物，红外光反射回来的光强也有所不同。因此对于这种人造光源的控制显得格外重要。毫不夸张的说，即便是相同的红外模组，采用不同的控制机制，夜间视频效果也会千差万别。 下面笔者就举俩个案例进行说明。比如工程应用中，我们经常会遇到的“手电筒效应”就是早期红外摄像机的软肋之一。红外光线照射到的面积上亮度非常高，和周边未照射到的区域形成非常大的反差，导致监控效果很差。为了有效避免“手电筒效应”，某公司进行了光源控制系统的革新。红外高速球就是采用了变倍联动红外灯分组启动机制，使得双层红外灯板在进行照射时亮度均匀，有效避免了手电筒效应。值得一提的是，激光红外云台也是采用了与此相似的光源控制系统，在近距离监控中使用红外灯进行补光，当对摄像机进行变倍大操作时，设备会自动启用激光进行照明。 对于一些室内，半室外夜间监控场景，普通的红外摄像机经常会出现画面过曝的现象。具体来说就是靠近摄像机的物体会反射回来更多的红外光，比如人脸过曝现象。某公司很早推出了红外光强度可调，同时带有菜单设置功能的红外摄像机，目的就在于可以根据不同的监控场景需求进行调节。所谓智能，就是摄像机会根据画面亮度自动调节红外光强度，有效避免夜晚时人脸过曝等现象。