紅外攝像機概述及系統設計

王 毅

摘要：本文指出紅外攝像機在實際應用中存在的一些問題及解決方法，提出紅外攝像機系統的設計方法，并對紅外攝像機的發展趨勢進行展望。

關鍵詞：紅外攝像機；紅外燈；濾光片

1前言

隨著電子技術、網絡通信技術、多媒體技術的迅速發展，安防監控已由傳統的模擬監控走向高度集成的數字化、智能化、網絡化監控。傳統的安防監控系統已逐步向以圖像處理為核心的、融合了網絡、傳感、通信技術的數字視頻監控系統過渡。隨著安防監控市場需求的不斷增加。紅外攝像機在安防監控系統中得到了廣泛的應用，并扮演著越來越重要的角色。

在以前的安防監控過程中，攝像機系統在正常照度環境下能夠獲得較好的監視效果，但當攝像機附近的環境照度低于一定值時，要想使攝像機獲得正常的監視效果，就需要利用可見光進行照明。但這種方式存在不能隱蔽、容易暴露監控目標等缺點。紅外攝像技術是目前安防監控領域常用的一種夜視技術，它利用CCD攝像機可以感受紅外光的特性。采用紅外燈作為輔助光源進行照明。使攝像機系統在環境照度低于一定值時，仍可以提供清晰的監控圖像畫面，從而獲得理想的監視效果。

本文對安防監控中的紅外攝像機的發展現狀進行分析，指出紅外攝像機在實際應用中存在的問題及解決方法，提出紅外攝像機系統的設計方法，并對紅外攝像機的發展趨勢進行展望，期望對安防行業從業人員在系統設計和產品選擇方面有所幫助。

2紅外攝像機在實際應用中存在的問題及解決方法

2.1低照度(需要紅外燈進行輔助照明)環境下攝像效果不理想

目前常用的配合紅外攝像機使用的LED紅外燈波長在850nm左右，紅外燈的照射角度可以在一定范圍內進行選擇，紅外燈照射角度越小，照射距離就越遠，紅外燈照射角度越大，照射距離就越近。對于已經選定的攝像機和鏡頭，如果紅外燈的照射角度不夠，就會出現所謂的手電筒現象，即得到的監控畫面中央明亮而周圍較暗，得不到用戶滿意的監控效果。如果紅外燈的照射角度過大，監控畫面的周圍會顯得過于明亮，監控畫面中央的圖像反而看不清楚。因此，要根據具體的環境情況進行選擇，在走廊等狹長區域。選擇照射角度小的紅外燈。可以保證一定的照射距離，同時配備焦距長些的鏡頭；在相對寬敞的區域，選擇照射角度大些的紅外燈，同時配備短焦距的鏡頭，能夠得到較好的監控效果。

2.2正常照度環境下色彩還原效果不理想

正常照度環境下，紅外攝像機在彩色模式下工作，紅外攝像機的CCD除了能感應可見光，還能感應紅外光，然而紅外光通過信號處理后影響圖像還原的亮度和色度，會導致監控圖像偏色。使監控畫面質量下降。給紅外攝像機加裝一個紅外濾光片，紅外濾光片可以阻擋紅外光進入紅外攝像機的CCD。使紅外攝像機在正常照度環境下只能感應到可見光，從而解決了圖像偏色的問題。當環境照度低于一定值時，紅外攝像機在黑白模式下工作，此時需要LED紅外燈進行輔助照明，紅外攝像機需要感應紅外光，不需要加裝紅外濾光片了。考慮到焦點偏移等問題，實際應用中采用雙濾光片切換的工作方式。雙濾光片由紅外截止濾光片和全光譜光學玻璃組成，正常照度環境下，紅外截止濾光片工作，使圖像色彩不失真，環境照度低于一定值時。紅外截止濾光片自動移開，全光譜光學玻璃工作，使紅外攝像機具有良好的夜視功能。

2.3攝像圖像的白霧現象

產生的原因：(1)LED紅外燈發射出的紅外線通過紅外攝像機遮陽罩或紅外攝像機防護罩前端的視窗玻璃反射回鏡頭。(2)LED紅外燈發射出的紅外線照射到紅外攝像機鏡頭里。(3)紅外攝像機散熱效果不好。導致紅外攝像機CCD過熱。產生白霧的現象。解決的方法：(1)讓鏡頭的隔離圈直接穿過紅外攝像機防護罩前端的視窗玻璃。(2)縮短紅外攝像機遮陽罩尺寸。(3)使紅外攝像機具有良好的散熱功能。

2.4防水效果不理想

解決的方法：(1)采用先進的加工工藝制作紅外攝像機防護罩。提高設備接口處的加工精度，使設備接口處能夠很好的密合。(2)在紅外攝像機防護罩接口處加防水膠圈。(3)在紅外攝像機防護罩螺絲口處及進線孔打防水膠。

2.5設備使用壽命短

LED具有高可靠性和壽命長的優點，然而現在有的LED紅外燈壽命卻很短。正常工作中LED紅外燈的電能其中一部分直接轉變為有用的光能，同時有一部分轉變為無用的熱能，系統長時間工作。LED紅外燈會產生大量熱量。很多紅外攝像機生產廠家采用加大紅外燈工作電流的方法增加紅外燈輻射功率，其目的是為了增加紅外燈的照射距離，然而紅外燈工作電流越大溫度越高，當產生的熱量太多而沒有采取適當的散熱措施時，就會造成設備內溫度過高，導致LED紅外燈過快老化。對于紅外一體化攝像機，攝像機與LED紅外燈都安裝在攝像機防護罩內。如果散熱不好，攝像機的CCD長時間在高溫環境中工作，壽命也會大大縮短。解決的方法：(1)使LED紅外燈在額定電壓下工作，LED紅外燈采用恒流驅動方式，同時把LED紅外燈工作電流調整到正常使用范圍內。(2)給LED紅外燈板加裝一層鋁質的散熱片，在不影響LED紅外燈正常工作的情況下，使LED紅外燈工作時產生的大量熱量及時迅速地傳導到設備外殼上。(3)設備外殼采用易散熱的金屬材料制作。(4)設備內置自動溫控電路，采用風扇進行散熱。

2.6霧和霜影響畫面清晰度

由于周圍溫度的差異和天氣的變化等因素，紅外攝像機在工作時。容易在防護罩視窗玻璃上產生薄霧或淺層白霜，致使紅外攝像機視物模糊，畫面清晰度降低。

解決的方法：(1)在紅外攝像機防護罩視窗玻璃前安裝可控制的雨刷，利用雨刷清潔防護罩玻璃。(2)紅外攝像機防護罩內配加熱組件，通過加熱的方式達到除霧除霜的目的。

2.7臨界點的跳變

如果僅僅使用簡單的元器件配合光敏電阻的方式控制雙濾光片的切換。有時會發生臨界點的反復跳變。解決方法是采用智能芯片配合光敏電阻進行控制。其邏輯控制能力能有效控制雙濾光片的正常切換。

3紅外攝像機系統設計方法

3.1對于紅外一體化攝像機的情況

目前，生產廠家都推出在特定條件下使用的紅外一體化攝像機，在系統設計時需要選擇與應用環境特點相符合的產品。在選擇紅外一體化攝像機時，技術人員需要了解用戶的使用要求和現場環境的實際情況，了解紅外一體化攝像機各項技術參數的確切含義。選擇產品時要根據生產廠家的規模，知名度，國際、國內市場占有率，技術支持能力，執行標準嚴肅性，是否具有完善的售后服務體系等因素來考慮，選擇大品牌的產品。比較而言，大品牌的產品工藝先進，性能穩定，配置合理，質量合格。如果條件允許，可以在批量

選購前對產品進行試用，更好地了解產品的性能和質量，做到心中有數。

3.2對于攝像機外配紅外燈的情況

設計時要明確可視距離的概念，可視距離是通過監視器所能夠看到的有效的清晰圖像的最大距離，它是由攝像機的靈敏度。鏡頭光通量，紅外燈的性能，現場景物反射紅外光效果，供電電源的質量及攝像機防護罩視窗玻璃的透光性能等的匹配情況綜合來決定的。

攝像機要選擇日夜兩用型超低照度攝像機。一般的攝像機難以滿足24小時監控都獲得清晰圖像的需求，日夜兩用型超低照度攝像機對外界光線的敏感程度較一般的攝像機有明顯的提高，即使在環境照度非常低的情況下，這種攝像機也可以拍攝到人眼看不到的物體，它的出現受到了安防監控市場的歡迎，它在各種照度環境下均可表現出很好的攝像效果。正常照度環境下，攝像機在彩色模式下工作，環境照度低于一定值時自動轉換成黑白模式，其水平分辨率和最低景物照度均比正常照度環境下有很大幅度的提升。日夜兩用型超低照度攝像機能很好地解決低照度情況下正常監控的問題，特別是配備LED紅外燈，可以得到高清晰度的黑白圖像，實現零照度下的監控。

攝像機鏡頭是紅外安防監控系統的關鍵部件，它的質量優劣直接影響到整套系統的成像效果，因此，鏡頭選擇是否合適非常重要。選擇鏡頭時應注意以下幾點：(1)鏡頭的成像尺寸應與攝像機CCD靶面尺寸一致。(2)鏡頭的分辨率。(3)鏡頭焦距與視野角度。(4)光通量。(5)是否為感紅外鏡頭。

為了提高攝像機對紅外光以及被攝景物的敏感度，應盡可能選用光通量大的鏡頭。

紅外燈要選擇一致性好、發光效率高、發熱量小的LED紅外燈。產品應是依據行業相關標準質量檢測合格的產品。

紅外燈選配電源應滿足其所需的電功率，否則會發生照射距離達不到要求的情況。應該選擇交流220V集中供電，在LED紅外燈及攝像機等前端設備處設置直流開關電源進行電壓轉換的方式為前端設備供電。即使電網電壓在一定范圍內波動。開關電源輸出的直流電壓也是穩定的，保證了前端設備正常、穩定工作。如果采用大功率穩壓電源對前端設備集中供電，當前端設備數量較多且與供電室的距離不同時，容易造成距供電室較遠的設備供電電壓不足，設備不能正常工作。距供電室較近的設備供電電壓過高，損壞前端設備的現象。

防護罩的視窗玻璃對紅外燈的輻射效果也有影響。不同的視窗玻璃。對于紅外光輻射的反射率和透射率不同，設計選型時要充分考慮。

系統設計時還要考慮被攝景物的反光程度。由于紅外光也具有反射、折射等特性。因此，被攝景物如果沒有良好的反光環境，設計選型時要考慮留一定的距離余量。

4紅外攝像機的發展趨勢

紅外攝像機發展的趨勢主要表現為：數字化、智能化、網絡化、集成化。

現在已經出現并正在不斷發展完善的紅外高速球是綜合一體化攝像機、攝像機防護罩、云臺、紅外燈等各項功能的產品，它實現了在普通高速球上配置紅外燈的想法，設備的外觀設計充滿了現代80在紅外高速球的性能上，采用了變焦變光同步技術，紅外燈可以根據鏡頭的變倍切換，近距離開小燈，遠距離開大燈，兩組紅外燈交替工作，解決了系統發熱量大的問題，保證了紅外高速球的穩定性。它既具有紅外攝像機清晰的夜視效果，又具有高速球的自動巡航、帶預置位、多方位監控、高速捕捉畫面、聯動報警等功能。

紅外攝像機加裝網絡模塊，配備超寬動態一體機等將成為紅外攝像機的發展趨勢。

紅外攝像機將會更加方便地聯動其它安全防范設備，如溫度、濕度、煙感、入侵等探測器，同時可以聯動警號、鎖具等動作設備。這使得它可以方便地組成一套功能強大的安全防范系統。