淺析紅外攝像機技術現狀

■程岳寅

淺析紅外攝像機技術現狀

■程岳寅

隨著安全防范行業不斷的發展、技術的不斷更新，用戶對晝夜24小時監控的需求也愈發的強烈。因此配有紅外光源的前端視頻采集設備在視頻監控領域所扮演的角色也更加突出。2010年SONY、三星等國際廠商也都競相推出了新款紅外攝像機。雖然SONY只是在配用CMOS圖像傳感器的高清網絡攝像機上推出了幾款紅外設備，但是從中可以明顯的感覺出來國際廠商開始重視紅外攝像機監控市場，并且加大了紅外攝像機設計開發的投入。

為了滿足晝夜監控的需求，我國生產廠家早在2001－2003年間就開始探索紅外攝像機領域了。從最早的攝像機加紅外燈板的模組到攝像機和紅外燈的一體化設計，從LED紅外燈通電即亮模式到光敏電阻、雙濾光片的引入應用，從基本的視頻監控要求到防水防暴、強光抑制、人臉識別、隱私遮蔽等各式各樣結構功能的出現，無不見證著我國紅外攝像機技術和市場的長足發展。2006年以后，隨著越來越多的生產廠家涌入該領域，紅外攝像機市場逐步形成了供大于求的局面，廠家間的競爭也愈發白熱化。身處安防行業群雄逐鹿的時代，紅外攝像機產品也和其他安防產品一樣，有著同樣的時代印記。客觀的說，手工作坊的充斥、行業標準機制的缺失都在某種程度上制約著紅外攝像機市場的發展。國際巨頭廠商的加入，勢必會給紅外攝像機市場打入一劑強心劑。商場如戰場，適者生存、優勝劣汰的案例，每天都在上演。如何提高產品的品質、不斷的創新，如何拿出滿足客戶需求的紅外攝像機產品和解決方案，如何能在新一輪的洗牌、競爭中生存下來，筆者認為是每個有著強烈憂患意識的企業都應該仔細思考的問題！

下面筆者就結合天地偉業數碼科技有限公司10余年的設計經驗以及近期的研發成果，分三個方面闡釋紅外攝像機技術的改進和突破。

光源

紅外攝像機的進步離不開紅外光源的發展，可以說，紅外攝像機的發展史也是一部紅外光源的發展史。

紅外燈簡單可以分為1.鹵素燈泡加濾光片2.激光管3.LED發光二極管三個種類。目前市場上使用最多的是Φ5、Φ8、Φ10等LED發光二極管。眾所周知，紅外攝像機紅外燈長時間工作后，會發散出大量的熱量，對機體內部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也存在著參差不齊的現象，在長時間應用后，也會出現損壞。因此以上兩個方面都制約著紅外攝像機的使用壽命。

針對該問題，天地偉業公司不僅選用高品質的紅外燈元器件，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TC-C6530RBF【注：冷光源就是利用化學能、電能、生物能激發的光源】。冷光源的發光原理是在電場作用下，產生電子，碰撞激發熒光材料產生發光現象。其具有十分優良的光學、變閃特性。冷光源即便長時間工作，也不會使得機體內部溫度飆升。因此采用冷光源紅外燈和普通紅外燈搭配的設計，就有效減少了光源的發熱量，延長了整機使用壽命。

■ 圖1：激光紅外云臺

■ 圖2：紅外高速球Aladdin

■ 圖3：球面VS非球面

說到紅外光源，也就不得不談到距離這個概念。時下，最遠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或者球機距離可以達到120－150米】。面對中遠距離，較大范圍的野外無光環境的監控，采用LED發光二極管的紅外一體機或者紅外球機就顯得無能為力了。天地偉業為了滿足客戶中遠距離夜晚監控需求，也率先、創造性的推出了集合紅外激光和紅外LED的前端視頻采集設備。采用紅外激光的設備，有效夜視距離就可以達到200－300米左右。

光源控制

在夜間或者無光環境的監控中，紅外光作為一種人工補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，對于不同“景深”的被監控景物，紅外光反射回來的光強也有所不同。因此對于這種人造光源的控制顯得格外重要。毫不夸張的說，即便是相同的紅外模組，采用不同的控制機制，夜間視頻效果也會千差萬別。

下面筆者就舉倆個案例進行說明。比如工程應用中，我們經常會遇到的“手電筒效應”就是早期紅外攝像機的軟肋之一。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域形成非常大的反差，導致監控效果很差。為了有效避免“手電筒效應”，天地偉業公司進行了光源控制系統的革新。紅外高速球Aladdin就是采用了變倍聯動紅外燈分組啟動機制，使得雙層紅外燈板在進行照射時亮度均勻，有效避免了手電筒效應。值得一提的是，天地偉業的激光紅外云臺也是采用了與此相似的光源控制系統，在近距離監控中使用紅外燈進行補光，當對攝像機進行變倍大操作時，設備會自動啟用激光進行照明。

對于一些室內，半室外夜間監控場景，普通的紅外攝像機經常會出現畫面過曝的現象。具體來說就是靠近攝像機的物體會反射回來更多的紅外光，比如人臉過曝現象。天地偉業公司很早推出了紅外光強度可調，同時帶有菜單設置功能的紅外攝像機，目的就在于可以根據不同的監控場景需求進行調節。上文提到的冷光源智能紅外攝像機，在光源控制方面又有了新的突破。所謂智能，就是攝像機會根據畫面亮度自動調節紅外光強度，有效避免夜晚時人臉過曝等現象。

紅外攝像機結構以及整機設計

一款性能卓越的紅外攝像機除了要有高品質的光源、優秀的光源控制系統，更重要的在于整機的結構設計、電路設計以及鏡頭CCD等核心元器件的組合搭配。

從結構設計上講，如果沒有良好的結構設計，那么紅外攝像機的散熱系統就無從談起。一如上文提到的紅外高速球Aladdin，正是進行了雙風扇散熱，氣流內循環的結構設計，才有效解決雙層紅外燈板散熱的問題。再比如不正是有了已經非常成熟的雙玻璃結構設計，才有效阻止紅外光進入鏡頭，避免了反光現象嗎？另外我們現在非常成熟的雙濾光片技術，如果沒有穩定可靠的切換結構設計，那么可能雙濾光片技術也只會曇花一現。從電路設計上說，只有有效的光控開關電路，才能消除紅外燈在開/關臨界時的閃爍，減少紅外燈工作狀態轉換帶來的負面影響，延長其使用壽命；只有低功耗高可靠的橫流源驅動電路設計，才能保障紅外發光二極管光功率的穩定，提高使用效率，延長工作壽命。

作為一個系統的解決方案，紅外攝像機的CCD，鏡頭都要求非常高，匹配度要求非常好。單從鏡頭這個角度切入，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焦平面上，近紅外區域的光線會聚焦形成另外一個焦平面，因此會形成倆個焦點面的偏移，導致畫面模糊。因此天地偉業公司的紅外視頻采集設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高解像度高對比度的畫面。

紅外攝像機的分類以及場景應用

紅外攝像機經過了近10年的發展演變，種類也是紛繁復雜。從外形結構上可以將紅外視頻采集設備分為紅外半球、紅外一體機、紅外球機、紅外云臺等等；從光源的角度又可以分為LED紅爆攝像機、LED無紅爆攝像機、冷光源攝像機、激光紅外攝像機等等；從特殊要求上還可以分為防水紅外攝像機、防暴紅外攝像機等等。

對于紅外攝像機的使用場合，萬變不離其宗，無外乎是實現晝夜24小時的監控。筆者要指出的是，由于現今市場上行業標準制度的不健全，導致很多紅外攝像機參數虛標的情況，一定要根據現場的情況，客戶的要求選配具有一定品牌影響力的產品！

結束語

誠然，紅外攝像機技術目前來說，還是有需要改進革新之處。例如如何繼續提高紅外光的利用率，有效防止紅外攝像機起霧結霜，保證紅外攝像機的全封閉，更加有效的散熱防水，徹底解決白天色彩還原不夠、臨界值點紅外燈反復跳變以及延長紅外燈使用壽命等等。盡管紅外攝像機目前占據著60%的前端攝像機市場，但筆者認為隨著安防行業不斷的規范成熟，用戶需求不斷的被挖掘，紅外攝像機技術和市場勢必還會有新的突破和發展。

本文由天津天地偉業數碼科技有限公司提供