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红外灯的选择及应用~红外灯产品探索

本文作者为北方工业大学副教授、北京普安科技有限公司总经理 \r\n

\r\n红外灯在电视监控系统工程中的应用愈来愈广泛,然而随著用户的增加,也出现了不少因使用者对红外灯的不了解而衍生的问题。本文以闭路电视监控器材经销商、工程商及使用端为对象,从选择及使用等方面提供数点说明及建议,以期减少这些容易发生的问题。

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 实现夜视的方法,可以采用常规的可见光照明,但此法不仅不能隐蔽,反而更加暴露监控目标,在住宅小区还会衍生扰民问题。隐蔽的夜视监控,目前多半采用红外摄像技术。红外摄像技术又分为被动红外摄像技术和主动红外摄像技术,在夜视系统中经常采用主动红外摄像技术,即采用红外辐射「照明」景物和环境,应用普通低照度黑白摄像机、日夜两用(白天彩色、夜间自动变黑白)摄像机或红外低照度彩色摄像机,感受周围环境反射回来的红外光实现夜视。

过去的电视监控系统工程中,很少应用红外灯,然而近年来,人们对电视监控系统工程的要求愈来愈高,要求白天和夜间可见光照明监控,也要求能在夜间隐蔽性监控,因此不但金库、油库、军械库、图书文献库、文物部门、监狱等重要部门采用红外灯,连居民小区等一般监控系统工程也都采用了此类产品。

使用问题源於对红外灯不了解
而随著购买红外灯用户的迅猛增加,却也出现不少问题,例如∶有用户反应,他所购买的十几个红外灯一个都不亮,经过询问了解才知道,他采用的是普通彩色摄像机,而普通彩色摄像机是不感受红外光的;有用户表示买到的红外灯达不到标称的照射距离,原来他们缺乏红外灯对摄像机、镜头、防护罩和供电系统配套性要求的认识,在电视监控工程设计中没有做总体考虑;有的用户自行增加红外灯供电电压,以此增加红外灯的辐照功率,或采用不稳压直流电源,造成红外灯烧毁;有的用户反映他们按红外灯要求的照度选配了摄像机,在红外灯标称的照射距离内却不能获得清晰图像,而不知有的摄像机生产厂家所列出的最低照度是不实的资料,或有意无意地使用了含糊的最低照度概念,以所谓的靶面照度代替景物照度;这些问题的发生,都是源於使用者对红外灯的不了解,因此本文将从选择及使用端来解决各位的疑惑。


红外灯的选择和使用

红外灯的选择最重要的问题是红外灯与摄像机、镜头、防护罩、供电电源等的成套性。有的人买完了摄像机、镜头、防护罩、电源,甚至安装之後才考虑购买红外灯,这是不正确的,应在设计方案时就对所有器材综合考虑,将它视为一个红外低照度夜视监控系统工程来进行设计。在考虑成套性时,特别要注意以下几个问题∶ 


1. 使用黑白摄像机或特殊彩色摄像机



CCD图像传感器具有很宽的感光光谱范围,其感光光谱不但包括可见光区域,还延长到红外区域,利用此特性,可以在夜间无可见光照明的情况下,用辅助红外光源照明,让CCD图像感测器清晰地成像。而普通彩色摄像机为了能传输彩色信号,从CCD器件的输出信号中分离出绿、蓝、红三种基色视频信号,再合成彩色电视信号,其感光光谱只在可见光区域,因此不适用於红外灯。

日夜两用型摄像机(白天彩色/晚上黑白)也是可以使用红外灯的种类之一,它采用两个CCD进行切换或采用一个CCD利用数位电路的切换来实现,但是一般有黑白照度偏高、或对彩色色彩有不利的影响等缺点。至於红外低照度彩色摄像机其红外感度比一般摄像机高4倍以上,随著成本的降低,将会成为夜视的发展趋势。


2. 要求选用低照度摄像机


摄像机的最低照度是当被摄景物的光亮度低到一定程度,而使摄像机输出的视频信号电平低到某一规定值时的景物光亮度值。测定此参数时,还应特别注明镜头的光圈F的大小。以使用F1.2的镜头为例,当被摄影景物的照度值低到0.02Lux时,摄像机输出的视频信号幅值为标准幅值700mv的50%-33%,则称此摄像机的最低照度为0.02Lux/F1.2。

有的摄像机生产厂家会清楚列出不同光圈F时的最低照度值,当所选择的摄像机最低照度高於红外灯要求时,红外灯的有效距离将受到一定影响。要提醒用户的是,市场上出售的摄像机技术性能标出的最低照度有两种不正常情况,一种是摄像机制造商所标的最低照度是所谓的「靶面照度」,即CCD图像感测器上的光照度,它比景物照度低10倍左右;另一种情况是,有个别摄像机制造商或销售商虚报最低照度。目前市场上比较经济的黑白摄像机,有的最低照度标为0.01~0.02Lux),然而实际最低照度仅为0.1~0.2Lx。如果,使用的红外灯要求摄像机的最低照度为0.02Lux,必然影响红外灯的有效照射距离,而这是使用者常会忽略的一点。

若考量固定的成本,则建议购买质量好、照度低的摄像机,虽然最低照度0.02Lux的摄像机,其价格比0.1~0.2Lux的摄像机最少高一倍,但可以节省红外灯的成本,相较之下还是比较划算的。



3. 要求摄像机及镜头的尺寸规格



摄像机标称尺寸日趋小型化,目前市场上的摄像机尺寸规格有1/2"、 1/3" 、1/4",摄像机尺寸大,接受的光通量大,摄像机尺寸小,接受的光通量就少,如红外灯标称的有效距离是在1/2"摄像机条件下试验的,如采用1/3"或者1/4"摄像机,有效距离也将受到一定影响。举例来说,1/3"摄像机光通量只有1/2"摄像机光通量的44%。

镜头尺寸的选配方面,则与摄像机的尺寸规格同理。

而在摄像机和镜头的功能要求方面,摄像机有自动电子快门、AGC自动增益控制功能,镜头有自动光圈,都可以适应昼夜照度很大的变化。



4. 电源供应



电视监控系统前端设备的电源供应要统一考虑设计。由於红外管的工作电流对供电电压十分敏感,而电缆长度不同对直流电压衰减不同,因此在使用上要特别注意。在多个红外灯距控制室的距离相差较大时,采DC12V集中供电可能使距控制室近的红外灯供电电压高,距控制室远的红外灯供电电压低。加之电源电压调整上的偏差,可能造成电压过高的红外灯寿命缩短甚至烧坏,电压低的红外灯发射功率不足。因此建议尽可能采用AC22V供电或配一对一的直流稳压电源,以保保证红外灯红外辐射功率能够稳定可靠。


易被忽略的规格陷阱

除配套性外,还要考虑到以下因素,以免掉入了规格的陷阱中∶ 

1.摄像机给出的最低照度。摄像机产生的视频信号标称值为1V,标准值为0.7V,而最低照度时的视频信号值仅为标准植的1/3-1/2。所以摄像机在最低照度时的图像,决不会「如同白昼一样」。



2.摄像机在最低照度时产生的图像清晰度,是用电视信号测试卡进行测试的,其黑白相间的条纹,要求黑色反射率近於0%,白色反射率大於89.9%。而我们在现场观察时有时不具备这样的条件,例如∶树叶和草地的反射率很低,反差很小,就不易获得清晰图像。



3.提供摄像机最低照度的同时,还要列出光圈F的要求值,而变焦镜头一般只列出1∶F的最大值,即光圈F的最小值(光圈实际尺寸最大值),依照F=f/D的算式,当D为定值、f焦距拉大10倍时,F值也跟著变得很大(即光圈实际尺寸变得很小),光通量将受到很大影响。



4.在使用自动光圈镜头、自动增益控制或自动电子快门摄像机时,镜头光圈F值也会发生变化。例如,摄像机近处有景物,反射强光给摄像机,或附近有灯光照射摄像机,都将使摄像机的灵敏度减小、自动光圈的尺寸被关小,光通量也将受到很大影响。



5.防护罩对红外灯的效果也有影响,红外光在传输过程中,通过不同介质,其透射率和反射率也不同。不同的视窗玻璃,特别是自动除霜镀膜玻璃,对红外光的衰减也不同。


6.有的器材生产或销售商,不提供红外灯的辐照距离,仅提供功率数,但这将会混淆使用者的视听。因为功率消耗除转化为红外光能外,还有电源热损耗、电路热损耗、光源热损耗、滤光玻璃片红外光效率等等。相同功率的红外灯,其辐照距离可能相差很远。

货比三家不吃亏

随著红外夜视系统的迅速发展,红外灯生产供应厂家也会增加,但红外灯产品并非如想像般容易,其技术、检测仪器设备等方面条件各家大不相同,用户应多多加比较、慎重选择。

最後要提醒的是,在使用红外灯前一定仔细阅读使用说明书,特别是为保证人身设备安全的注意事项,并检查其配套性是否达到要求、应重要的影响因素是否考虑到,以求万一未达到要求,可及时调整所用器材。当红外灯出现问题,应与生产厂家或供应商联系,切勿擅自拆改红外灯或更改其供电电压,以免使产品无故损坏。如此一来,才能拥有最优质的夜视监控效果。


 




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