浅析红外摄像机技术现状

■程岳寅

浅析红外摄像机技术现状

■程岳寅

随着安全防范行业不断的发展、技术的不断更新，用户对昼夜24小时监控的需求也愈发的强烈。因此配有红外光源的前端视频采集设备在视频监控领域所扮演的角色也更加突出。2010年SONY、三星等国际厂商也都竞相推出了新款红外摄像机。虽然SONY只是在配用CMOS图像传感器的高清网络摄像机上推出了几款红外设备，但是从中可以明显的感觉出来国际厂商开始重视红外摄像机监控市场，并且加大了红外摄像机设计开发的投入。

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！

下面笔者就结合天地伟业数码科技有限公司10余年的设计经验以及近期的研发成果，分三个方面阐释红外摄像机技术的改进和突破。

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。因此以上两个方面都制约着红外摄像机的使用寿命。

针对该问题，天地伟业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。比如最近推出的冷光源智能红外摄像机TC-C6530RBF【注：冷光源就是利用化学能、电能、生物能激发的光源】。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。

■ 图1：激光红外云台

■ 图2：红外高速球Aladdin

■ 图3：球面VS非球面

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。天地伟业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”，天地伟业公司进行了光源控制系统的革新。红外高速球Aladdin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，天地伟业的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。天地伟业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。上文提到的冷光源智能红外摄像机，在光源控制方面又有了新的突破。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。

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Aladdin，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。因此天地伟业公司的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。

红外摄像机的分类以及场景应用

红外摄像机经过了近10年的发展演变，种类也是纷繁复杂。从外形结构上可以将红外视频采集设备分为红外半球、红外一体机、红外球机、红外云台等等；从光源的角度又可以分为LED红爆摄像机、LED无红爆摄像机、冷光源摄像机、激光红外摄像机等等；从特殊要求上还可以分为防水红外摄像机、防暴红外摄像机等等。

对于红外摄像机的使用场合，万变不离其宗，无外乎是实现昼夜24小时的监控。笔者要指出的是，由于现今市场上行业标准制度的不健全，导致很多红外摄像机参数虚标的情况，一定要根据现场的情况，客户的要求选配具有一定品牌影响力的产品！

结束语

诚然，红外摄像机技术目前来说，还是有需要改进革新之处。例如如何继续提高红外光的利用率，有效防止红外摄像机起雾结霜，保证红外摄像机的全封闭，更加有效的散热防水，彻底解决白天色彩还原不够、临界值点红外灯反复跳变以及延长红外灯使用寿命等等。尽管红外摄像机目前占据着60%的前端摄像机市场，但笔者认为随着安防行业不断的规范成熟，用户需求不断的被挖掘，红外摄像机技术和市场势必还会有新的突破和发展。

本文由天津天地伟业数码科技有限公司提供