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每種自然光源和人造光源都有其*的色譜組成，這可能對(duì)某種攝像機(jī)有利，也可能對(duì)其不利。大部分黑白系統(tǒng)的圖像質(zhì)量只取決于照明光線的總能量，或攝像機(jī)所接收到的能量，而無(wú)法辨別光纖中的不同顏色。如果光源的光譜曲線正好落在傳感器的敏感區(qū)域內(nèi)，照明光線就可以得到zui率的運(yùn)用。

　　彩色CCTV系統(tǒng)的情況就復(fù)雜多了。對(duì)于可以感知可見(jiàn)光譜中所有這些顏色的光。而為了取得較好的彩色平衡，光源的光譜曲線必須與傳感器的靈敏度相匹配。大多數(shù)彩色攝像機(jī)都具有自動(dòng)白平衡控制功能，它可以通過(guò)電子電路自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)合適的彩色平衡效果。光源中必須包括所有可見(jiàn)光中的彩色，這樣才能在監(jiān)視器上重視這些顏色。太陽(yáng)、鎢絲燈、鹵鎢燈、氙燈等寬帶光源可以產(chǎn)生相當(dāng)好的彩色圖像，因?yàn)樗鼈兊墓庾V中含有所有顏色的頻率。汞弧光燈和鈉蒸氣燈等窄頻光源的光譜不連續(xù)，因此顏色再現(xiàn)效果較差。水銀燈發(fā)出的紅光很小，因此在汞弧燈下，紅色物體就會(huì)變成黑色的。同樣道理，高壓鈉燈發(fā)出大量的黃色光、橙色光和紅色光，藍(lán)色或藍(lán)綠色的物體在這種燈光下也會(huì)變成黑色、灰色和褐色。低壓鈉燈只產(chǎn)生黃色燈，因此不能用于彩色CCTV系統(tǒng)。

　　使用人工照明時(shí)，還要考慮照明光束的角度和鏡頭的視場(chǎng)角。寬束泛光燈能以相當(dāng)均勻的照度為大面積區(qū)域提供照明，從而產(chǎn)生亮度均勻的圖像。窄束光源或聚光燈只能照到小面積區(qū)域，照不到的區(qū)域會(huì)非常暗。照度不均勻的場(chǎng)景所形成的圖像也會(huì)具有不均勻的亮度。為了提高光線的利用率，攝像機(jī)鏡頭的視場(chǎng)角與光源的光束角相匹配。如果燈光只能照亮場(chǎng)景的一部分、攝像機(jī)的視場(chǎng)角應(yīng)該調(diào)整到觀察區(qū)域所需要的角度。使用自然照明時(shí)，不存在光束角問(wèn)題，自然光源通常能夠均勻地為整個(gè)場(chǎng)景提供照明。

　　所有具有一定溫度的物體都可以發(fā)光。改變發(fā)光體的溫度可以改變光線的強(qiáng)度和顏色。例如，鐵塊在逐漸加熱時(shí)，首先會(huì)變成暗黑色，接著變成血橙色；在鋼鐵廠里，鐵水呈現(xiàn)黃白色，因?yàn)樗臏囟缺妊壬牡蜏罔F塊高。白熾燈里的鎢絲在加熱時(shí)發(fā)出的光幾乎全是白光。物體加熱到能夠發(fā)光的狀態(tài)成為“白熾”，這也是“白熾燈”的由來(lái)。彩色電視系統(tǒng)中常用到的“色溫”就是指物體被加熱到不同顏色時(shí)的溫度。

　　有的發(fā)光物體被加熱時(shí)會(huì)同時(shí)在不同頻率上發(fā)出同等強(qiáng)度的光?？茖W(xué)家稱(chēng)該物體為黑體輻射體。黑體輻射體根據(jù)一定的物理定律發(fā)射紫外光、可見(jiàn)光和紅外光。

鎢絲燈和太陽(yáng)的發(fā)光特征與黑體類(lèi)似，它們能夠發(fā)出含有連續(xù)光譜的光，也就是說(shuō)，它們所發(fā)出的光包括所有波長(zhǎng)的單色光。其它像水銀燈、熒光燈、鈉燈和金屬弧燈等光源發(fā)出光在光譜上就不是連續(xù)的它們的發(fā)光頻帶較窄，水銀燈只發(fā)出藍(lán)綠色光，鈉燈則只發(fā)出橙黃色。

二、紅外燈的原理

　　采用常規(guī)的可見(jiàn)光照明，不僅不能隱蔽，反而更加暴露監(jiān)控目標(biāo)（在居民小區(qū)還有擾民問(wèn)題）。隱蔽的夜視監(jiān)控，目前都是采用紅外攝像技術(shù)。紅外攝像技術(shù)分為被動(dòng)紅外攝像技術(shù)和主動(dòng)紅外攝像技術(shù)。被動(dòng)紅外攝像技術(shù)是利用任何物質(zhì)在零度以上都有紅外光發(fā)射，人體和熱機(jī)發(fā)出的紅外光較強(qiáng)，其它物體發(fā)出的紅外光很微弱，利用特殊的紅外攝像機(jī)可以實(shí)現(xiàn)夜間監(jiān)控。但是，這種特殊的紅外攝像機(jī)造價(jià)昂貴，而且不能反映周?chē)h(huán)境狀況，因此在夜視系統(tǒng)中不被采用。在夜視系統(tǒng)中經(jīng)常采用主動(dòng)紅外攝像技術(shù)，即采用紅外輻射“照明”，產(chǎn)生人眼看不見(jiàn)而普通攝像機(jī)能捕捉到的紅外光，輻射“照明”景物和環(huán)境，應(yīng)用普通低照度黑白攝像機(jī)、白天彩色夜間自動(dòng)變黑白攝像機(jī)或紅外敏感型低照度彩色攝像機(jī)，感受周?chē)h(huán)境反射回來(lái)的紅外光實(shí)現(xiàn)夜視。

　　光是一種電磁波，它的波長(zhǎng)區(qū)間從幾個(gè)納米（10-9m）到1毫米（mm）左右。人眼可見(jiàn)的只是其中一部分，我們稱(chēng)其為可見(jiàn)光，可見(jiàn)光的波長(zhǎng)范圍為380nm-780nm，可見(jiàn)光波長(zhǎng)由長(zhǎng)到短分為紅、橙、黃、綠、青、蘭、紫光，波長(zhǎng)比紫光短的稱(chēng)為紫外光，波長(zhǎng)比紅外光長(zhǎng)的稱(chēng)為紅外光。

　　普通CCD黑白攝像機(jī)不僅能感受可見(jiàn)光，而且可以感受紅外光。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。而普通彩色攝像機(jī)不能感受紅外光，因此不能用于夜視。

三、紅外燈的種類(lèi)

　　紅外燈按其紅外光輻射機(jī)理分為半導(dǎo)體固體發(fā)光（紅外發(fā)射二極管）紅外燈和熱輻射紅外燈兩種。其原理及特性我們介紹如下：

　?。ㄒ唬┘t外發(fā)射二極管（LED）紅外燈

　　由紅外發(fā)光二極管矩陣組成發(fā)光體。紅外發(fā)射二極管由紅外輻射效率高的材料（常用砷化鎵GaAs）制成PN結(jié)，外加正向偏壓向PN結(jié)注入電流激發(fā)紅外光。光譜功率分布為中心波長(zhǎng)830--950nm，半峰帶寬約40nm左右，它是窄帶分布，為普通CCD黑白攝像機(jī)可感受的范圍。其zui大的優(yōu)點(diǎn)是可以*無(wú)紅暴，（采用940～950nm波長(zhǎng)紅外管）或僅有微弱紅暴（紅暴為有可見(jiàn)紅光）和壽命長(zhǎng)。

　　紅外發(fā)光二極管的發(fā)射功率用輻照度μW/m2表示。一般來(lái)說(shuō)，其紅外輻射功率與正向工作電流成正比，但在接近正向電流的zui大額定值時(shí)，器件的溫度因電流的熱耗而上升，使光發(fā)射功率下降。紅外二極管電流過(guò)小，將影響其輻射功率的發(fā)揮，但工作電流過(guò)大將影響其壽命，甚至使紅外二極管燒毀。

　　紅外發(fā)光二極管的伏安特性與普通硅二極管極為相似。當(dāng)電壓越過(guò)正向閾值電壓（約0.8V左右）電流開(kāi)始流動(dòng)，而且是一很陡直的曲線，表明其工作電流對(duì)工作電壓十分敏感。因此要求工作電壓準(zhǔn)確、穩(wěn)定，否則影響輻射功率的發(fā)揮及其可靠性。

　　紅外發(fā)光二極管輻射功率隨環(huán)境溫度的升高（包括其本身的發(fā)熱所產(chǎn)生的環(huán)境溫度升高）會(huì)使其輻射功率下降。紅外燈特別是遠(yuǎn)距離紅外燈，熱耗是設(shè)計(jì)和選擇時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題。

　　紅外發(fā)光二極管zui大輻射強(qiáng)度一般在光軸的正前方，并隨輻射方向與光軸夾角的增加而減小。輻射強(qiáng)度為zui大值的50%的角度稱(chēng)為半強(qiáng)度輻射角。不同封裝工藝型號(hào)的紅外發(fā)光二極管的輻射角度有所不同。

　　（二）熱輻射紅外燈

　　熱輻射現(xiàn)象是極為普通的，物體在溫度較低時(shí)產(chǎn)生的熱輻射全部是紅外光，所以人眼不能直接觀察到。當(dāng)加熱500度左右時(shí)，才會(huì)產(chǎn)生暗紅色的可見(jiàn)光，隨著溫度的上升，光變得更亮更白。在熱輻射光源中通過(guò)加熱燈絲來(lái)維持它的溫度，供輻射繼續(xù)不斷的進(jìn)行。維持一定的溫度而從外部提供的能量與因輻射而減少的能量達(dá)到平衡。

　　輻射體在不同加熱溫度時(shí)，輻射的峰值波長(zhǎng)是不同的，其光譜能量分布也是不同的，

　　經(jīng)特殊設(shè)計(jì)和工藝制成的紅外燈泡，其紅外光成分zui高可達(dá)92-95%。其光譜范圍是很寬的，普通黑白攝像機(jī)感受的光譜頻率范圍也是很寬的，且紅外燈泡一般可制成比較大的功率和大的輻照角度，因此可用于遠(yuǎn)距離紅外燈，這是它zui大的優(yōu)點(diǎn)。其zui大不足之處是包含可見(jiàn)光成份，即有紅暴，且使用壽命短，如果每天工作10小時(shí)，5000小時(shí)只能使用一年多，考慮散熱不夠，壽命還要短。

　　在克服熱輻射紅外燈缺點(diǎn)方面，首先是研制和應(yīng)用了高通紅外濾波鋼化玻璃。波長(zhǎng)愈長(zhǎng)，紅暴愈小，甚至可達(dá)到全無(wú)紅暴，但是，紅外光的效率愈低，紅外燈發(fā)熱就愈高。紅外玻璃的波長(zhǎng)可根據(jù)用戶對(duì)紅暴要求高低加以選擇，一般而言，相同有效輻照距離時(shí)，對(duì)紅暴要求愈高，造價(jià)愈高。紅外玻璃經(jīng)過(guò)鋼

化，可以耐受急冷急熱的變化，在內(nèi)部紅外燈泡由于可見(jiàn)光濾除的部分，轉(zhuǎn)化產(chǎn)生熱量，溫度會(huì)很高，外部冷風(fēng)及雨雪的突襲下，急冷而不致?lián)p壞。為提高熱輻射紅外燈的壽命，采用了光控開(kāi)關(guān)電路，以減小其工作時(shí)間；采用了變壓穩(wěn)壓整流電路，使其發(fā)光功率得以充分發(fā)揮而且提高了紅外燈的壽命；而更重要的是考慮燈絲冷阻是非常小的，如100W紅外燈泡，燈絲熱阻為529Ω，這時(shí)的工作電流只有0.4348A，而冷阻只有36Ω，紅外燈接通電源瞬間為6.39A瞬時(shí)功達(dá)到1470W，這一瞬間燈絲負(fù)荷過(guò)載達(dá)幾十倍，這對(duì)燈絲壽命有非常大的影響。人們研制的燈絲保護(hù)電路，相信紅外燈燈泡的工作壽命會(huì)成倍增長(zhǎng)。此外，還增加了延時(shí)開(kāi)關(guān)電路以防環(huán)境的光干擾。

四、紅外燈的選擇與使用

　　紅外燈的選擇zui重要的問(wèn)題是成套性，即紅外燈與攝像機(jī)、鏡頭、防護(hù)罩、供電電源等的成套性。在設(shè)計(jì)方案時(shí)對(duì)所有器材綜合考慮設(shè)計(jì)，把它作為一個(gè)紅外低照度夜視監(jiān)控系統(tǒng)工程來(lái)考慮設(shè)計(jì)。有的人買(mǎi)完了攝像機(jī)、鏡頭、防護(hù)罩、電源之后甚至安裝之后才去考慮購(gòu)買(mǎi)紅外燈，這是不正確的，在考慮成套性時(shí)，特別要注意以下幾個(gè)問(wèn)題。

　  （一）用黑白攝像機(jī)或特殊彩色攝像機(jī)

　　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(jiàn)光區(qū)域，還延長(zhǎng)到紅外區(qū)域，利用此特性，可以在夜間無(wú)可見(jiàn)光照明的情況下，用輔助紅外光源照明也可使CCD圖像傳感器清晰的成像。而普通彩色攝像機(jī)為了能傳輸彩色信號(hào)，從CCD器件的輸出信號(hào)中分離出綠藍(lán)紅三種基色視頻信號(hào)，然后合成彩色電視信號(hào)，其感光光譜只在可見(jiàn)光區(qū)域。

　　隨著技術(shù)的進(jìn)步出現(xiàn)白天彩色/晚上黑白攝像機(jī)，它采用兩個(gè)CCD進(jìn)行切換或采用一個(gè)CCD利用數(shù)字電路的切換來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是存在黑白照度偏高、有的對(duì)彩色色彩的不利影響等缺點(diǎn)。而紅外低照度彩色攝像機(jī)紅外感度比一般攝像機(jī)高4倍以上，隨著成本的降低，會(huì)成為發(fā)展趨勢(shì)的。

　?。ǘ┮筮x用低照度攝像機(jī)

　　攝像機(jī)的zui低照度是當(dāng)被攝景物的光亮度低到一定程度而使攝像機(jī)輸出的視頻信號(hào)電平低到某一規(guī)定值時(shí)的景物光亮度值。測(cè)定此參數(shù)時(shí)，還應(yīng)特別注明鏡頭的光圈F的大小。例如使用F1.2的鏡頭，當(dāng)被攝影景物的照度值低到0.02Lux時(shí)，攝像機(jī)輸出的視頻信號(hào)幅值為標(biāo)準(zhǔn)幅值700mv的50%-33%，則稱(chēng)此攝像機(jī)的zui低照度為0.02Lux/F1.2。有的攝像機(jī)生產(chǎn)廠家給出不同光圈F時(shí)的zui低照度。當(dāng)選擇攝像機(jī)zui低照度高于紅外燈要求時(shí)，紅外燈的有效距離將受到一定影響。應(yīng)當(dāng)提醒用戶的是市場(chǎng)上出售的攝像機(jī)技術(shù)性能標(biāo)出的zui低照度有兩種不正常情況，一種是攝像機(jī)制造商所標(biāo)的zui低照度是所謂的靶面照度，即CCD圖像傳感器上的光照度，它比景物照度低10倍左右；另一種是有個(gè)別攝像機(jī)制造商或銷(xiāo)售商虛報(bào)zui低照度。目前市場(chǎng)上比較經(jīng)濟(jì)的黑白攝像機(jī)，有的zui低照度標(biāo)為0.01～0.02lux，它們的實(shí)際zui低照度僅為0.1～0.2Lux，如果，使用的紅外燈要求攝像機(jī)的zui低照度為0.02Lux，必然影響紅外燈的有效照射距離，而購(gòu)買(mǎi)zui低照度0.02Lux的攝像機(jī)，價(jià)格可能比0.1～0.2Lux攝像機(jī)zui少高一倍左右。

　?。ㄈ┮髷z像機(jī)的尺寸規(guī)格

　　攝像機(jī)標(biāo)稱(chēng)尺寸日趨小型化，目前市場(chǎng)上的攝像機(jī)尺寸規(guī)格有1/2"、1/3"、1/4"，攝像機(jī)尺寸大，接收的光通量大，攝像機(jī)尺寸小，接受的光通量少，如紅外燈標(biāo)稱(chēng)的有效距離是1/2"攝像機(jī)條件下試驗(yàn)的，如采用1/3"或者1/4"攝像機(jī)，有效距離也將受到一定影響。1/3"攝像機(jī)光通量只有1/2”攝像機(jī)光通量的44%。

　?。ㄋ模╃R頭的尺寸規(guī)格

　　與攝像機(jī)的尺寸規(guī)格同理，不再贅述。需要注意的是紅外光源由于波長(zhǎng)長(zhǎng)，反映到普通非紅外鏡頭上會(huì)比可見(jiàn)光焦點(diǎn)略深一些，所以在用了紅外燈夜間成像時(shí)，會(huì)感覺(jué)焦距稍微模糊一點(diǎn)。

　?。ㄎ澹z像機(jī)和鏡頭的功能要求

　　攝像機(jī)有自動(dòng)電子快門(mén)功能，AGC自動(dòng)增益控制功能，鏡頭有自動(dòng)光圈，以適應(yīng)晝夜照度很大的變化。

　　（六）電源供應(yīng)

　　電視監(jiān)控系統(tǒng)前端設(shè)備的電源供應(yīng)要統(tǒng)一考慮設(shè)計(jì)。紅外燈的電源供應(yīng)，考慮到紅外管的工作電流對(duì)供電電壓十分敏感，而電纜長(zhǎng)度不同對(duì)直流電壓衰減不同。在多個(gè)紅外燈距控制室的距離相差較大時(shí)，采用DC12V集中供電可能使距控制室近的紅外燈供電電壓高，距控制室遠(yuǎn)的紅外燈供電電壓低。加之電源電壓調(diào)整上的偏差，可能造成電壓過(guò)高的紅外燈壽命縮短甚至燒壞，電壓低的紅外燈發(fā)射功率不足。因此建議盡可能采用AC22V供電或配一對(duì)一的直流穩(wěn)壓電源，這種直流穩(wěn)壓電源有的在電網(wǎng)電壓波動(dòng)在AC100V-245V時(shí)輸出直流電壓都是穩(wěn)定的，保證紅外燈紅外輻射功率都是穩(wěn)定可靠的。

　　防護(hù)罩對(duì)紅外燈的效果也有影響，紅外光在傳輸過(guò)程中，通過(guò)不同介質(zhì)，透射率和反射率也不同。不同的視窗玻璃，特別是自動(dòng)除霜鍍膜玻璃，對(duì)紅外光的衰減也不同。