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0431-81702023
光学工程
红外夜视技术解析

红外灯的测试方法
      本文包括了:照射距离、测试条件、测试设备、测试方法。
      照射距离:红外灯的照射距离没有国家标准,一般评估其质量是照射斑马板的距离来计算的。同一个红外灯在不同的夜视系统中有效距离相去甚远。所以,对于有效距离必须单独做针对性的测试评估。 
      测试条件:环境照度小于0.001lux,(550 nm 平均值),气候能见度大于10 Km。
      测试设备:F=1.5~2.0 的镜头一个。低照度的黑白摄像机一个(0.1Lux)。一米的斑马板一个。电源,显示设备等
      测试方法:调试好摄像监控系统,然后打开红外灯,正面照射10m处的斑马板,调整清楚图像以后,将斑马板后移,直到看不见斑马板为止。此时的摄像机到斑马板的距离X0.6就是这个红外灯对于这套设备的有效距离。
镜头与红外灯的调试
      本文包括了:一、定焦镜头后焦距的调整方法是怎样的 ;二、红外灯的分类;三、镜头与红外灯的安装与调整;四、在调试过程中应注意的问题;
一、定焦镜头后焦距的调整方法是怎样的? 
      使用摄像机的自动电子快门功能,将镜头光圈调到最大,聚焦环按景物实际距离调整,然后调节后焦距直至图像最清晰为止.变焦镜头后焦距的调整方法是怎样的?
      1.打开摄像机自动电子快门功能
      2.用控制器将镜头光圈调到最大
      3.将摄像机对准30米以外的物体,聚焦调至无穷远处(大部分镜头是面对镜头将前面的聚焦调节环顺时针旋转到头)
      4.用控制器调整镜头变焦将景物推至最远,调整镜头后焦距使景物最清楚
      5.用控制器调整镜头变焦将景物拉至最近,微调镜头聚焦使景物最清楚
      6. 重复4-5步数遍,直至景物在镜头变焦过程中始终清楚
二、红外灯有不同的功率及715、830nM两种波长,波长的选择取决于什么因素?
      1.如果用户不介意红外光线被肉眼所见,715nM的红外灯由于其照明距离远,效果好应为首选。
      2.如果考虑到红暴问题,必须使用830nM的红外灯,应使用低照度的摄像机。
      3.选择相对孔径较大的镜头。
      4.红外灯的发散角应与镜头的视场角相匹配
      最大照明范围取决于天气条件、物体的反光率和周围的光照水平,红外聚光灯最远的投射范围如下:500W=150-200米 300W=80-120米 50W=15-30米 30W=5-15米
三、镜头的安装与调整

      镜头的安装方式:有C式和CS式两种,两者的螺纹均为1英寸32牙,直径为1英寸,差别是镜头距CCD靶面的距离不同,C式安装座从基准面到焦点的距离为17.562毫米,比CS式距离CCD靶面多一个专用接圈的长度,CS式距焦点距离为12.5毫米。别小看这一个接圈,如果没有它,镜头与摄像头就不能正常聚焦,图象变得模糊不清。所以在安装镜头前,先看一看摄像头和镜头是不是同一种接口方式,如果不是,就需要根据具体情况增减接圈。有的摄像头不用接圈,而采用后像调节环(如松下产品),调节时,用螺丝刀拧松调节环上的螺丝,转动调节环,此时CCD靶面会相对安装基座向后(前)运动,也起到接圈的作用。另外(如SONY,JVC)采用的方式类似后像调节环,它的固定螺丝一般在摄像机的侧面。拧松后,调节顶端的一个齿轮,也可以使图象清晰而不用加减接圈。
      AGC ON/OFF(自动增益控制):摄像头内有一个将来自CCD的信号放大到可以使用水准的视频放大器,其放大即增益,等效于有较高的灵敏度,然而在亮光照的环境下放大器将过载,使视频信号畸变。当开关在ON时,在低亮度条件下完全打开镜头光圈,自动增加增益以获得清晰的图象。开关在OFF时,在低亮度下可获得自然而低噪声的图像。
      ATW ON/OFF(自动白平衡):开关拨到ON时,通过镜头来检测光源的特性/色温,从而自动连续设定白电平,即使特性/色温改变也能控制红色和蓝色信号的增益。
      ALC/ELC(自动亮度控制/电子亮度控制):当选择ELC时,电子快门根据射入的光线亮度而连续自动改变CCD图像传感器的曝光时间(一般从1/50到1/10000秒连续调节)。选择这种方式时,可以用固定或手动光圈镜头替代ALC自动光圈镜头。
需要注意的是:在室外或明亮的环境下,由于ELC控制范围有限,还是应该选择ALC式镜头;在某些独特的照明条件下,可能出现下列情况:
      ① 在聚光灯或窗户等高亮度物体上有强烈的拖尾或模糊现象。
      ② 图象显著地闪烁和色彩重现性不稳定。
      ③ 白平衡有周期性变化,如果发生这些现象,应使用ALC镜头。以固定光圈镜头采用ELC方式时,图象的景深可能小于使用ALC式镜头所获得的景深。因此,摄像头在完全打开固定光圈镜头而采用ELC方式时。景深会比使用ALC式镜头时小,而且图象上远处的物体可能不在焦点上。当镜头是自动光圈镜头时,需要将开关拨到ALC方式。
      BLC ON/OFF(背光补偿开关):当强大而无用的背景照明影响到中部重要物体的清晰度时,应该把开关拨到ON位置。
四、注意: 
     ① 当与云台配用或照明迅速改变时,建议把该开关放在OFF位置,因为在ON位置时,镜头光圈速度变慢;

     ② 如果所需物体不在图像中间时,背光补偿可能不会充分发挥作用。
LL/INT(同步选择开关):此开关用以选择摄像头同步方式,INT为内同步2,1隔行同步;LL为电源同步。有些摄像头还有一个LL PHASE电源同步相位控制器。当摄像头使用于电源同步状态时,此装置可调整视频输出信号的相位,调整范围大概是一帧。(调整需要专业人员进行)
VIDEO/DC(镜头控制信号选择开关):ALC自动光圈镜头的控制信号有两种,当需要将直流控制信号的自动光圈镜头安装在摄像头上时,应该选择DC位置,需要安装视频控制信号的自动光圈镜头时,应该选择VIDEO位置。当选择ALC自动光圈视频驱动镜头时,还会有一个视频电平控制(VIDEO LEVEL L/H)可能需要调整,该控制器调节输出给自动光圈镜头的控制电平,用以控制镜头光圈的开大和缩小(凹进光亮)。在摄像头的配件中,有一个黑色的小插头,插头有四个针,联接摄像头上的黑色插座。如果用DC驱动的自动光圈镜头,镜头上已经做好了插头,只要插在插座上,把选择开关拨到DC即可;如果用视频驱动的自动光圈镜头,需要用户根据说明书上的标注,用烙铁焊好。由于厂家定义不同,所以焊法也有区别,请安装时留意。
       SOFT/SHARP(细节电平选择开关):该开关用以调节输出图像是清晰(SHARP)还是平滑(SOFT),通常出厂设定在SHARP位置。
       FLICKERLESS(无闪动方式):在电源频率为50Hz的地区,CCD积累时间为1/50秒,如果使用NISC制式摄像机,其垂直同步频率为60Hz,这样将造成视觉影像不同步,在监视器上出现闪动;反之,在电源为60Hz的地区用PAL制式摄像机也会有此现像。为克服此现像,在电子快门设置了无闪动方式档,对NISC制式摄像机提供1/100秒,对PAL制式摄像机提供1/120秒的固定快门速度,可以防止监视器上图像出现闪烁。
      手动电子快门:有些用户使用CCD摄取运动速度比较快的物体,如果以1/50秒速度拍摄,会产生拖尾现象,严重影响图像质量。有些摄像头给出了手动电子快门,使CCD的电荷偶合速度固定在某一值,例如1/500、1/1000、1/2000秒等等,此时CCD的电荷偶合速度提高,这样采集下来的图像相对来说会减少拖尾现象,而且对于观测高速运动或电火花一类物体,必须使用此设置。所以,某些专用摄像头给出了手动电子快门,提供给特殊用途的用户。手动电子快门的调整需要参看随机说明书,在此就不在赘述了。
      补充说明:有很多用户要求在晚间没有光线的环境下监控,请注意:由于CCD摄像头同样是以光线反射来成像,如果没有光,它的图像只会是一片漆黑再加上很多雪花。如何得到图像呢?一种方法是加可见光照明,如路灯、探照灯;一种是加红外灯(特别是要求不能安装可见光源的场合),对于彩色CCD摄像头,对红外灯响应不够,有一些日夜两用彩色摄像头在夜间会自动转换成黑白模式。所以,你的监控系统要求夜间使用,一定要采用黑白CCD摄像头。 红外灯有室内、室外,短距离和长距离之分,一般常用室内10-20米范围的红外灯,由于墙壁的反射,图像效果还不错;用在室外长距离的红外灯效果就不会很理想,而且价格昂贵,不到必要时一般不采用。

红外一体化摄像机的性能分析与选择
      红外一体化摄像机的性能分析与选择: 包括:红外线和红外灯的原理特性、红外一体摄像机成像原理、红外一体化摄像机的性能分析:1.红外灯工作条件;2.红外光的利用率和红暴问题;3.红外摄像机的起雾结霜问题;4.红外摄像机的视窗玻璃清洁;5.红外摄像机的恒温;6.红外摄像机的全封闭
      在安防电视监控系统中,随着人们安全防范意识的提高、对重要场所24小时连续监控电视监控的需要和红外成像技术的成熟,红外一体化摄像机的使用率越来越高,已逐渐发展成为一种趋势,不仅在银行、金库、博物馆、档案馆、图书文献库、监狱等重要部门应用,而且也在居民小区等一般电视监控工程中得到使用。
一、红外线和红外灯的原理特性
      光是一种电磁波,具有与无线电波一样的本质。它的波长区间从几个纳米(1nm=10-9m)到1毫米(mm)左右。人眼可见的只是其中一部分,我们称其为可见光,可见光的波长范围为380nm~780nm,可见光波长由长到短分为红、橙、黄、绿、青、兰、紫光,波长比紫光短的称为紫外光,波长比红外光长的称为红外光。红外光线的波长在780nm~1000μm之间,位于无线电波与可见光之间。
       红外灯按其红外线辐射机理分为半导体固体发光(红外发射二极管IR LED)红外灯和热辐射红外灯两种。目前在CCTV红外摄像机中前者使用较多。
      红外发射二极管(IR LED)红外灯的原理是:由红外发光二极管矩阵组成发光体。红外发射二极管由红外辐射效率高的材料(常用砷化镓GaAs)制成PN结,外加正向偏置电压向PN结注入电流激发红外光。光谱功率分布为中心波长830~950nm,半峰带宽约40nm左右,它是窄带分布,为普通CCD黑白摄像机可感受的范围。
      红外发光二极管的发射功率用辐照度μW/m2表示。红外二极管的最大辐射强度一般在光轴的正前方,并随辐射方向与光轴夹角的增加而减小。辐射强度为最大值的50%的角度称为半强度辐射角,即半功率角。不同封装工艺型号的红外发光二极管的辐射角度有所不同。
二、红外一体摄像机成像原理
      在夜视监控系统中,常规的办法是利用可见光照明,但这种方式存在不能隐蔽、容易暴露监控目标等缺点,因此使用较少;目前隐蔽、科学的夜视监控是采用红外摄像技术。红外摄像技术分为被动式和主动式。被动红外摄像技术是利用任何物质在绝对零度(-273℃)以上都有红外线辐射,物体的温度越高,辐射出的红外线越多。利用此原理制成的摄像机最典型的就是红外热像仪,但是,这种特殊的红外摄像机造价昂贵,因此仅限于军事或特殊场合使用。而主动红外摄像技术,是采用红外灯辐射“照明”(主要是红外光线),应用普通低照度黑白摄像机、彩色转黑白摄像机或红外低照度彩色摄像机,感受周围景物和环境反射回来的红外光实现夜视监控。主动红外摄像技术成熟,稳定,成为夜视监控的主流。
      红外一体化摄像机是将摄像机、防护罩、红外灯、供电散热单元等综合成为一体的摄像设备。它实现夜视的基本原理是利用普通CCD黑白摄像机可以感受红外光的光谱特性(即可以感受可见光,也可以感受红外光),配合红外灯作为“照明源”来夜视成像。红外灯的功率和角度,摄像机的配置,一定焦距的感红外镜头,以及是否有良好的供电散热处理是判断红外一体化摄像机性能的重要参数。

      目前市场上也有许多产品是摄像机与红外线投射器分开的,这需要用户对红外灯和摄像机的性能有足够的了解,能够根据红外灯的角度、摄像机镜头参数等作合理的搭配。
三、红外一体化摄像机的性能分析
      红外一体化摄像机在监控摄像机中具有夜视距离远、隐蔽性强、性能稳定等突出优势,因而在CCTV夜视监控中占据了大部分的市场。如何在纷杂的红外一体化摄像机市场中辨别优劣呢?性能优良的红外一体化摄像机必须能够具备以下性能:
1.红外灯工作条件
      一般来说,其红外灯辐射功率与正向工作电流成正比,但在接近正向电流的最大额定值时,器件的温度因电流的热耗而上升,使光发射功率下降。红外二极管电流过小,将影响其辐射功率的发挥,但工作电流过大将影响其寿命,甚至使红外二极管烧毁。
      当电压越过正向阈值电压(约0.8V左右)电流开始流动,而且是一很陡直的曲线,表明其工作电流要求十分敏感。因此要求工作电流准确、稳定,否则影响辐射功率的发挥及其可靠性。辐射功率随环境温度的升高(包括其本身的发热所产生的环境温度升高)会使其辐射功率下降。红外灯特别是远距离红外灯,热耗是设计和选择时应注意的问题。 
      因此,红外灯的使用必须有良好的恒流电源供电、良好的散热设计。中路通讯公司的变焦MCD、MDD、MED、MBB系列摄像机都安装了大功率红外灯(最多可达24颗),且采用了大功率恒流电源供电,内部循环散热设计,因而能达到远距离夜视(最远可达220米)和红外灯寿命长的效果。 
2.红外光的利用率和红暴问题
什么是红暴呢?红暴是由于所发射的红外线中包含可见光的成分。
      红外灯可以做到完全无红暴(采用940~950nm波长红外管)或仅有微弱红暴。中路通讯公司采用美国奥克斯特(AUCSITER)红外技术,通过在保证红外灯功率的前提下,降低红外灯自身热耗,调整红外光线角度,使红外灯的有效利用率达到了90%。在红外灯的选择上,挑选波长较大(910nm)的红外灯,严格降低红暴,达到了微红暴效果。
3.红外* 的起雾结霜问题
      雾、霜的形成是由于空气中的饱和水蒸气遇冷凝结而成,因冷环境的强、弱分别凝结成霜和雾。红外摄像机在工作过程中,尤其是室外摄像机常常会因四季变化、昼夜温差、以及雨雪环境等原因在防护罩视窗玻璃上形成雾或霜,导致摄像机无法看清物体,直接影响监控效果。中路通讯公司通过采用先进的电子除霜电路,有效的控制腔体内的饱和水蒸气浓度,做到了自动除雾除霜。
4.红外* 的视窗玻璃清洁
      摄像机在雨雪天或粉尘大的环境下工作,防护罩的视窗玻璃容易出现污垢,造成摄像机视线遮挡。解决的办法通常是在防护罩上增加雨刷,通过控制雨刷清洁玻璃;另外一种办法是使用* 雨刷视窗玻璃。与普通视窗玻璃相比,* 雨刷视窗玻璃具有排斥水、灰尘、雪花的功能。
5.红外摄像机的恒温

      由于配置了发热量较大的红外灯,红外灯在启动后,整个工作时间段内(以12小时计)在红外摄像机前部会有热量集中,即腔体内前端温度偏高,如不能散热均匀定会影响摄像机等其它部件的正常工作。中路通讯公司通过设计使用具有强制散热散冷作用的自动冷暖空调,良好的解决了这一问题。
      自动冷暖空调采用珀尔帖效应原理,测温控制电路可以自动调节,将防护罩内温度恒定在摄像机正常工作温度范围内,出厂时罩内温度设置在+5℃以下加热、+40℃以上致冷。实验表明该红外一体化摄像机可在-40℃~+70℃(阳光直射)的室外自然环境下正常工作。
6.红外摄像机的全封闭
      除恒温外,使用自动冷暖空调的另一优点是可以将红外摄像机做成全封闭,不留 任何散热孔,阻止灰尘、湿气、腐蚀性气体的进入,使其能够适应粉尘大的恶劣环境,如大型煤矿也可正常使用。
红外灯介绍及简单的选型
红外灯
      1. 红外灯的红暴 :有红暴指的是红外灯有可见红光,无红暴反之。
      2. 防爆红外灯:选用高强度材料制成能防护一般的外力破坏的红外灯。
      3. 红外灯波长对红外灯的影响:波长愈长,红暴愈小,甚至可达到全无红暴,但是,红外光的效率愈低,红外灯发热就愈高。
      4. 选用红外灯:最重要的是成套性,与摄像机、镜头、防护罩、供电电源等的成套性。
      5. 摄像机的选用:不能与普通彩色摄像机共用,它不能感受红外灯,应选择黑白摄像机或者特殊彩色摄像机(自动感应红外,彩色黑白自动转换)。摄像机有自动电子快门功能,AGC自动增益控制功能,镜头有自动光圈,以适应昼夜照度很大的变化,红外灯对电压有严格要求应该尽量选用交流24V或者直流的一对一稳压电源,室外的光线比较繁杂,因而室外比室内要选用辐照距离大一些的效果会更好。
      6.  除配套性外,还要考虑到以下因素:
      a) 红外灯时,在选择红外灯辐照距离时留有余地。 
      b) 护罩对红外灯的效果也有影响,红外光在传输过程中,通过不同介质,透射率和反射率也不同。不同的视窗玻璃,,特别是自动除霜镀膜玻璃,对红外光的衰减也不同。除此外还有可能反射红外7.  红外灯的其它小常识:随着红外夜视系统的迅速发展,红外灯生产供应厂家也会增加,但红灯产品并非象有的人想象的那样容易,在技术、检测仪器设备等方面条件也不同,希望用户多多加比较,慎重选择。 用户使用红外灯首先要仔细阅读使用说明书,特别是为保证人身设备安全的注意事项。检查前面所讲述的配套性方面是否达到要求,应考虑到的影响因素是否考虑到,如未达到要求,可及时调整所用器材。用户不应擅自提高供电电压,因为红外灯在设计时,既考虑到其辐照度的充分发挥,又考虑到其安全可靠性。提高供电电压,可能使红外灯烧毁,更不应擅自拆改红外灯。如果这样做,生产厂家可能不再负责维修。如果红外灯出现问题,应与生产厂家或供货商联系。
关于使用红外照明设备(红外灯)注意事项
      红外照明设备和红外灯的基础知识、如何选择红外照明的接受设备、调试安装时的注意事项一、需要了解的基础知识   
      1. 红外线是人类肉眼无法看见的光线, 它的特性与可见光一样。它可以利用摄像机完成成像,大部分黑白摄像机可以完成,并不是所有的黑白摄像机都可以。对彩色摄像机而言,一般不能配合使用。只有具有接收红外功能的彩色摄像机才能对红外线有成像作用。
      2. 在红外波长曲线中, 730NM呈现一般可见红光;840NM以上则大量减少可见光, 只有发光元件基部微露红光,即常说的有红爆;940NM则肉眼完全看不见,即无红爆。
      3. 夜间利用CCTV系统, 使用红外照明补光, 其可以实现的有效距离是由摄像机的红外灵敏度、景物对红外的反射系数、镜头功能优化值以及环境气候条件等多项因素决定。红外照明器由企业产品管理标准核验。
二、如何选择红外照明的接收设备
      1. 摄像机:国际上对摄像机在红外区的灵敏度还未有标准执行。因此在选择此设备时应校验其对红外光线的吸收率, 吸收透过率越高则呈象效果越好。当然CCD靶面越大越好。
      2. 镜头:选择镜头的捕光能力最大(即F值最小)的产品, 并在夜间无可见光环境下选择自动光圈镜头最佳。但在有杂光的夜间环境中三可变的变倍镜头可强制打开些光圈会有较好效果。
三、调试安装时注意事项
      1. 调试红外线灯必须夜间进行。在夜间通过呈像设备(如监视器等)调整红外光束照明位置。并可以有效调整镜头光圈的设置。
      2. 红外线灯不可直接面对摄像机, 摄像机所见的红外光线如同人类看到的日光一样,会使影像出现反白现象。
      3. 红外线灯不一定与摄像机安装在同一位置, 若摄像机离被照物体远可考虑将红外线灯安装在两者之间。同位置安装最佳方式是红外线灯与摄像机上下重叠架设。
      4. 红外线灯安装高度不应超过4米, 太高会影响光线的反射率。角度应由上向下俯角20度为佳, 仰角过大反射率降低。
      5. 必须保障红外线灯的工作指标(详见产品说明书), 如红外线灯的供电电源功率必须高于红外灯本身的工作功率等。线,导致图像一片白色或有光圈。

 


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