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淺談紅外線攝像機(jī)的原理特性

閱讀：980發(fā)布時間：2015-7-6

　　光是一種電磁波，通常人們將紅外光劃分為近、中、遠(yuǎn)紅外三部分。近紅外指波長為0.75～3.0微米；中紅外指波長為3.0～20微米；遠(yuǎn)紅外則指波長為20～1000微米。
　　
　　光是一種電磁波，具有與無線電波一樣的本質(zhì)。它的波長區(qū)間從幾個納米（1nm=10-9m）到1毫米（mm）左右。人眼可見的只是其中一部分，我們稱其為可見光，可見光的波長范圍為380nm～780nm，可見光波長由長到短分為紅、橙、黃、綠、青、蘭、紫光，波長比紫光短的稱為紫外光，波長比紅外光長的稱為紅外光。紅外光線的波長在780nm～1000μm之間，位于無線電波與可見光之間。
　　
　　紅外燈按其紅外線輻射機(jī)理分為半導(dǎo)體固體發(fā)光（紅外發(fā)射二極管IRLED）
　　
　　紅外發(fā)射二極管（IRLED）紅外燈的原理是：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)，外加正向偏置電壓向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。
　　
　　紅外發(fā)光二極管的發(fā)射功率用輻照度μW/m2表示。紅外二極管的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%的角度稱為半強(qiáng)度輻射角，即半功率角。不同封裝工藝型號的紅外發(fā)光二極管的輻射角度有所不同。
　　
　　紅外燈有不同的功率及715、830nM兩種波長，波長的不同決定了紅外燈照明距離和效果：
　　
　　715nM的紅外燈由于其照明距離遠(yuǎn)，效果好，但是會產(chǎn)生紅暴情況（家用數(shù)碼相機(jī)的補(bǔ)光用的就是這種紅外燈）；
　　
　　使用830nM的紅外燈基本沒有紅暴現(xiàn)象或是紅暴很小
　　
　　一般市場上主要采用紅外發(fā)射二極管的紅外燈，其原理及特性我們介紹如下：由紅外發(fā)光二級管矩陣組成發(fā)光體。紅外發(fā)射二級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。其zui大的優(yōu)點是可以*無紅暴，（采用940～950nm波長紅外管）或僅有微弱紅暴（紅暴為有可見紅光）和壽命長。紅外發(fā)光二極管的發(fā)射功率用輻照度μW/m2表示。針對這一情況，富士康公司FI-930C和FI-970C在設(shè)計時充分考慮了這個問題，采用率發(fā)光二極管，在攝像機(jī)里面內(nèi)置散熱系統(tǒng)，使攝像機(jī)穩(wěn)定工作時間達(dá)到25000小時！
　　
　　紅外線是一種光波，它的波長區(qū)間從幾個納米（nm）到1毫米（mm）左右。人眼可見的只是其中一部分，我們稱其為可見光，可見光的波長范圍為380nm~780nm，可見光波長由長到短分為紅、橙、黃、綠、青、蘭、紫光，波長比紅光長的稱為紅外光。紅外光線的波長在780nm~1000μm之間，介于無線電波與可見光之間。
　　
　　紅外攝像機(jī)其實就是將監(jiān)控攝像機(jī)、防護(hù)罩、紅外燈、供電散熱單元等綜合成一體的監(jiān)控設(shè)備。目前監(jiān)控工程中zui常用的紅外防水?dāng)z像機(jī)是主動紅外，由LED發(fā)出紅外線，利用CCD或CMOS可以感受紅外光的光譜特性（即可以感受可見光，也可以感受紅外光），配合紅外燈作為“照明源”來夜視成像。市場上以發(fā)射波長850nm和940nm的紅外LED為主。早期的紅外夜視系統(tǒng)不是用在民用的，主要應(yīng)用于軍事方面，但由于主動紅外夜視系統(tǒng)發(fā)射紅外線，易于被敵軍發(fā)現(xiàn)，因而在軍事上已基本被淘汰。軍事領(lǐng)域主要用紅外熱成像儀（即被動紅外攝像機(jī)），其攝像系統(tǒng)能感應(yīng)零度（-273℃）以上的物體發(fā)出的紅外線輻射，物體的溫度越高，輻射出的紅外線越多并且容易成像。由于目標(biāo)市場和制造成本問題，很少有生產(chǎn)民用攝像機(jī)的安防廠家生產(chǎn)被動紅外攝像機(jī)。
　　
　　紅外燈是紅外攝像機(jī)的核心部件，市場主要有兩種類別，一種是傳統(tǒng)型的圓珠LED燈，是比較傳統(tǒng)和常用的一種紅外光源，后來封裝不同的“食人魚”紅外燈，也可將之劃分為傳統(tǒng)紅外燈；另一種是兩年前風(fēng)靡一時的“陣列式”紅外光源，其原理是將諸多發(fā)光芯片加以集成，光電轉(zhuǎn)化效率比普通的要高，普通LED的光電轉(zhuǎn)換率是10%，而“陣列式”紅外攝像機(jī)的光電轉(zhuǎn)換率可提升到25%以上，這也正是“陣列式”紅外防水?dāng)z像機(jī)照使所有物體“太白”的原因。夜間，人臉和衣服在圖像上很難區(qū)別開來。另外，其發(fā)熱量無法像傳統(tǒng)紅外燈一樣固定在監(jiān)控攝像頭的鏡頭周圍，市場上所見到的“陣列式”紅外攝像機(jī)，多為燈板與鏡頭分離，紅外燈分別固定在上下或是左右兩側(cè)。
　　
　　紅外光源關(guān)系到監(jiān)控攝像機(jī)的壽命和距離，一般來說，紅外燈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，器件的溫度因電流的熱耗而上升，使光發(fā)射功率下降。紅外二極管電流過小，將影響其輻射功率的發(fā)揮，但工作電流過大將影響其壽命，甚至使紅外二極管燒毀。因此要求工作電流準(zhǔn)確、穩(wěn)定，否則影響輻射功率的發(fā)揮及其可靠性。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)計和選擇時應(yīng)注意的問題。[1]
　　
　　成像原理
　　
　　在夜視監(jiān)控系統(tǒng)中，常規(guī)的辦法是利用可見光照明，但這種方式存在不能隱蔽、容易暴露監(jiān)控目標(biāo)等缺點，因此使用較少，隱蔽、科學(xué)的夜視監(jiān)控是采用紅外攝像技術(shù)。紅外攝像技術(shù)分為被動式和主動式。被動紅外攝像技術(shù)是利用任何物質(zhì)在零度（-273℃）以上都有紅外線輻射，物體的溫度越高，輻射出的紅外線越多。利用此原理制成的攝像機(jī)zui典型的就是紅外熱像儀，但是，這種特殊的紅外攝像機(jī)造價昂貴，因此于軍事或特殊場合使用。而主動紅外攝像技術(shù)，是采用紅外燈輻射“照明”（主要是紅外光線），應(yīng)用普通低照度黑白攝像機(jī)、彩色轉(zhuǎn)黑白攝像機(jī)或紅外低照度彩色攝像機(jī)，感受周圍景物和環(huán)境反射回來的紅外光實現(xiàn)夜視監(jiān)控。主動紅外攝像技術(shù)成熟，穩(wěn)定，成為夜視監(jiān)控的主流。
　　
　　紅外一體化攝像機(jī)是將攝像機(jī)、防護(hù)罩、紅外燈、供電散熱單元等綜合成為一體的攝像設(shè)備。它實現(xiàn)夜視的基本原理是利用普通CCD黑白攝像機(jī)可以感受紅外光的光譜特性（即可以感受可見光，也可以感受紅外光），配合紅外燈作為“照明源”來夜視成像。紅外燈的功率和角度，攝像機(jī)的配置，一定焦距的感紅外鏡頭，以及是否有良好的供電散熱處理是判斷紅外一體化攝像機(jī)性能的重要參數(shù)。
　　
　　市場上也有許多產(chǎn)品是攝像機(jī)與紅外線投射器分開的，這需要用戶對紅外燈和攝像機(jī)的性能有足夠的了解，能夠根據(jù)紅外燈的角度、攝像機(jī)鏡頭參數(shù)等作合理的搭配。

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