自面世以來，紅外攝像機便以其夜視距離遠、隱蔽性強、性能穩(wěn)定等突出優(yōu)勢，在夜視監(jiān)控中占據(jù)了大部分市場。
紅外攝像機應(yīng)用原理
一般紅外攝像機主通常由：感光芯片(CCD或CMOS)、DSP處理芯片、紅LED補光燈板、鏡頭、攝像機外殼、線纜等主要部件組成。下面對每個部件進行深一步的剖析：
1、感光芯片感光芯片是一個攝像機的“眼睛”它的好壞直接決定著攝像機成像質(zhì)量，特別是紅外攝像機在夜晚光線不足的情況下，顯得尤為重要。感光芯片分為CCD和CMOS兩種，兩者基本上都是采用矽感光二極體進行光電轉(zhuǎn)換。但由于兩者構(gòu)造不同：CMOS每個像素有獨立的放大器;CCD則采用電荷傳遞方式輸出信號，所有像素采用同一放大器進行信號放大。這樣相同面積下像素點相同時，CMOS感光面積相對低于CCD，造成CMOS低照度效果相對CCD較差，再者CMOS
每個放大器放大倍數(shù)都不同，造成夜晚圖像噪點過大，影響夜晚圖像效果;故相同像素下采用CCD作為感光元件的紅外攝像機較用CMOS做為采集圖像清晰度、低照度都會好些。再者同樣是CCD，采用超低照度的，會比普通的CCD更好些，但價格就會高很多。值得欣慰的是，隨著工藝的不斷更新，普通CCD低照度性能越來越好，目前Sony主推ICX639比07,08年主推的ICX409低照度性能提升了3倍。但CMOS由于工藝較CCD簡單，成本較低，隨著新技術(shù)新工藝不斷改善，CMOS的高像素、信號處理迅速等優(yōu)勢逐漸明顯，在監(jiān)控領(lǐng)域份額越來越大，必將給傳統(tǒng)的CCD安防天下帶來新的挑戰(zhàn)。
2、DSP處理芯片如果說感光芯片是攝像機的眼睛，那DSP就是攝像機的“大腦”，它不僅控制CCD信號的采集，而且對號進行頻譜分析、數(shù)字濾波、智能分析等。所以DSP功能的強弱直接影響著圖像質(zhì)量。但之前使用在攝像機上DSP片，般Sony、Sharp進行捆綁CCD方式銷售，造成即使其它公司有好的DSP圖像處理技術(shù)，也難在安防攝像機領(lǐng)域以示拳腳。但隨著Sharp，Sony對CCD單片銷售的放開，給各個DSP廠商提供了一個良好的競爭發(fā)展平臺，目前韓國的Nextchip，
RJ，臺灣晶彩生產(chǎn)的DSP性能大大優(yōu)于原廠Sony推出的DSP，在實現(xiàn)基本功能的同時，增加了OSD2D/3D降噪，寬動態(tài)，禎累積等功能，極大豐富了攝像機功能。
3、紅外LED補光燈板目前紅外攝像機常用三種光線波長的紅外補光燈，紅外波段為810nm，850nm，940nm。810nm
一般用于激光紅外燈板，由于激光出光角度小，光線集中，故激光紅外燈一般使用在夜晚中遠距離監(jiān)控。850nm，940nm波段紅外燈板，一般由可發(fā)出相應(yīng)波長的LED通過不同的串并電路組合而成，850nm由于近紅光波段，會出現(xiàn)紅曝現(xiàn)在，而940nm波長較長，無紅曝現(xiàn)象。由于CCD的感光特性，550nm以上波長隨著波長增加，CCD的感光度下降，
所以大家一般都采用850nm的LED作為主要光源，940nm的紅外燈板只有客戶要求無紅曝的情況下才會使用。為了解決這個問題，各個廠商使用的方法也是不同的。大體上有以下幾種：
1、降低電流。使用功耗小的紅外燈代替大功耗的紅外燈，雖然降低了散熱量，但是在
照射長距離的時候，效果肯定不如后者。
2、在機器內(nèi)部加散熱風(fēng)扇，這樣做效果肯定是有的，不過那樣對風(fēng)扇的考驗是要很嚴(yán)
格的，而且加了風(fēng)扇對于外殼的設(shè)計上也是個考驗，要保證美觀還要實用。
3、使用恒定電流電源供電。保持電流恒定，控制LED的散熱。
4、LED燈的分組排列。例如，以24顆的紅外來說，可以把它排列成3組來減低熱量。 5、結(jié)構(gòu)材質(zhì)的選擇。例如，LED燈板和外殼選用鋁合金等散熱比較好的材料。
6、使用具有強制散熱散冷作用的自動冷暖空調(diào)，自動調(diào)節(jié)機體內(nèi)部溫度，良好的解決了這一問題。
紅暴問題什么是紅暴呢?
先讓我們來了解一下這個概念，紅暴是由于所發(fā)射的紅外線中包含可見光的成分。波長超過700nm的光線叫做紅外線，
900nm以上的紅外線基本無紅暴，波長越短，紅暴越強，紅外線感應(yīng)度也越高。
有些紅外攝像機廠家把能不能制造出無紅暴紅外燈當(dāng)做一個技術(shù)問題來宣傳，好像有紅暴就是低技術(shù)，無紅暴就是高技術(shù)。事實上，紅外燈可以做到完全無紅暴(采用940～950nm波長紅外管)或微弱紅暴。目前市面上有兩種主流紅外燈，一種是有輕微紅暴的，波長在850nm左右;一種是無紅暴的，波長在940nm左右。同一款攝像機,在850nm波長的感應(yīng)度比在940nm波長的感應(yīng)度好到10倍。所以，850nm這種有輕微紅暴的紅外燈擁有更高的效率，應(yīng)當(dāng)成為紅外攝像機的項。
近年來，隨著紅外攝像機的應(yīng)用范圍擴大，問題也迎面而來!各紅外攝像機廠家一直致力于以上幾方面的改進，確實，這些“短板”問題也得到了較大的改善，紅外攝像機的壽命和夜視效果都得到了大幅優(yōu)化。
不過，上述問題仍然是困擾紅外攝像機進一步發(fā)展的瓶頸行問題，仍然有待改進!
盡管紅外攝像機是夜間監(jiān)控市場的“一方霸主”，但在白天，紅外攝像機并不那么如魚得水，白天監(jiān)控圖像的偏色成為紅外攝像機PK普通攝像機的阻礙之一。除此之外，紅外攝像機的壽命、發(fā)光能力、晚上圖像有無干擾等也成為用戶關(guān)注的焦點問題。紅外燈壽命問題從外紅燈的角度來看，提高壽命和加大距離往往是相互矛盾的。因為如果廠家需要加大
紅外燈的照射距離，勢必就需要增加紅外燈的功率，而增加功率勢必會縮短紅外燈的壽命，一些廠家為了一味追求紅外燈的距離，刻意的增加紅外燈的功率，使得紅外燈壽命大大減小。而且隨著功率的增加，使得攝像機內(nèi)部溫度提高，使得攝像機很容易損壞，造成惡性循環(huán)。在這種情況下，我們就不能用提高供應(yīng)電流來提高紅外燈亮度，使之超負(fù)荷工作，雖然表面上優(yōu)化了紅外性能，實質(zhì)上嚴(yán)重影響紅外燈的壽命衰減。要提高紅外燈的壽命首先要保證紅外燈不負(fù)載，在不負(fù)載的同時通過增加紅外燈的數(shù)量來保證有效距離;有的廠家則通過采用鋁基板等高傳導(dǎo)率材料加大風(fēng)冷器件的使用、增加外殼面積等方式來增加機身的散熱能力，從而提升壽命。在電路控制部分，也有部分廠家采用脈寬調(diào)制定律來保持紅外燈電流的恒定，從而減少紅外燈的發(fā)熱，以達到延長壽命的目的。采用脈寬調(diào)制定律后，無論外界輸入的電流如何波動，通過電路進入到紅外燈的電流都非常穩(wěn)定，從而保證紅外燈發(fā)揮自身大的效率、延長壽命。圖像偏色問題
所有的黑白攝像機都是感應(yīng)紅外光的。在可見光條件下，紅外光線對于彩色攝像機來講是一種雜光，會降低彩色攝像機的清晰度和色彩還原。而攝像機使用CCD是感應(yīng)所有光線(可見光、紅外線和紫外線等)的，這就造成在白天所拍攝的影像和我們?nèi)庋壑挥^察到可見光所產(chǎn)生的影像很不同，由于CCD感應(yīng)到了紅外線，它會干擾到DSP的運算，導(dǎo)致偏色。針對紅外攝像機監(jiān)控圖像的偏色問題，業(yè)界進行了大量的技術(shù)研發(fā)，目前來說，主要有三種方式解決這一問題。其一是通過調(diào)試CCD上的RGB色調(diào)來作DSP處理，這種做法治標(biāo)不治本，而且并不是每個生產(chǎn)廠家都具備這種芯片處理能力;其二是通過濾光片切換，白天用全部濾除紅外線的濾光片，晚上則用一個普通石英片修整光線;其三是通過機型的改變，用雙CCD的紅外攝像機取代IRCUT攝像機，在保證白天不偏色的情況下，還可以增長紅外攝像機使用壽命。散熱問題由于配置了發(fā)熱量較大的紅外燈，紅外燈在啟動后，整個工作時間段內(nèi)(以12小時計)在紅外攝像機前部會有熱量集中，即腔體內(nèi)前端溫度偏高，如不能散熱均勻定會影響攝像機等其它部件的正常工作。例如50顆￠5的紅外燈板，長時間運行的話，LED板上的溫度幾乎可以達到90度左右。由于紅外發(fā)光LED的輻射功率是和電流成正比的，很多不規(guī)范的廠家就用加大電流的方式來提高照射效果，然而電流越大溫度越高。照射效果雖然提高了，但是機器本身由于LED過熱會受到很大的傷害。其中，LED板后面的CCD就是直接的受害者。CCD一般只能支撐到60-70度長。
4、鏡頭紅外攝像機選擇鏡頭，首先，必須選用帶IR功能的紅外鏡頭，如果采用普通不感紅外鏡頭，會由于白天可見光和夜晚補的紅外光波段不同，造成鏡頭成像焦點偏移，圖像白天清晰夜晚模糊的現(xiàn)象;再者在焦距一定的情況下，盡量選用光圈F小的鏡頭，光圈越小，進光量越大。例如同一個CCD系統(tǒng)在相同的補光情況下，F(xiàn)2.0光圈鏡頭會比F1.0光圈鏡頭進光量減少4倍。后，能用定焦鏡頭的不要用變焦鏡頭，定焦鏡頭的光圈F值一般也是固定的，盡量選用F值小的鏡頭即可，但變焦鏡頭即使在小焦距段光圈為F1.0此時夜晚補光效果很好，到如果調(diào)節(jié)到大焦距段時，鏡頭的光圈F值會隨著焦距變大而變大，造成進光量減少，紅外效果下降，攝像機抓取圖片偏暗。 5、攝像機外殼紅外攝像機外殼主要起三個作用：一、固定相關(guān)PCB;二、對PCB進行防水保護;三、對LED進行散熱。固定PCB功能毋庸置疑，對PCB的防水性能則大有講究，現(xiàn)在有兩種設(shè)計思路，要么外殼全部堵牢，水汽一點都不能進入
;要么留出通氣孔，保證攝像機內(nèi)部和大氣能很好對流通過蒸發(fā)使攝像機內(nèi)部水汽盡快散去。目前有不少廠家室外產(chǎn)品基本都選擇種防水方式，對外殼縫隙進行全部封堵，避免水汽進入，從08年到目前看此方案效果不錯，由于漏水返修的紅外產(chǎn)品比較少。留有通氣孔的外殼設(shè)計，一般開有大面積窗口，實現(xiàn)內(nèi)部和外部空氣對流，萬一有水分可盡出，但這種方式導(dǎo)致水分容易進入，電路板受潮加速老化，再者連續(xù)陰雨天存在一定的積水風(fēng)險。對LED補光燈進行散熱是外殼結(jié)構(gòu)設(shè)計設(shè)計時需重點考慮的因素，LED半導(dǎo)體材料，對熱量非常敏感，溫度過高會造成LED波長偏移，內(nèi)部發(fā)光點失效，封裝膠體變形影響出光效率等問題。目前做的比較好的散熱都是把燈板直接和外殼連在一起，
通過攝像機外殼對LED燈板進行散熱。 ; M7 {+ w% E0 s0 u3 ~好能在設(shè)計外殼前，利用熱設(shè)計對其整機熱量進行分析評估，減少后期溫度過高，調(diào)整結(jié)構(gòu)的被動局面。再者好的外殼設(shè)計，在滿足防水，散熱的需求外，也要對紅外漏光，反光問題進行處理。之前紅外攝像機經(jīng)常出現(xiàn)白天圖像正常，晚上圖片白茫茫一片，看不到任何東西。除了攝像
機安裝環(huán)境方面造成的紅外光直接反射回來進入CCD外，外殼內(nèi)部CCD周圍存在縫隙，玻璃未采用雙環(huán)玻璃設(shè)計，遮陽罩未進行涂黑處理等原因都會造成紅外漏光，反光直接進入CCD造成圖像偏白問題。所以紅外攝像機夜視效果不僅僅受制于CCD,DSP芯片方面限制，受機構(gòu)影響還是很大的，需引起足夠的重視。
6、線纜談到線纜可能會感覺對紅外攝像機沒什么影響，但恰恰示這段線對紅外攝像機防水，圖像品質(zhì)，壽命方面有著很大的影響。防水方面，如果攝像機輸入輸出線纜沒有使用防水線纜，就像給攝像機插入一根吸管，水分會隨著這根管子進去攝像機內(nèi)部，造成攝像機漏水起霧;圖像品質(zhì)方面，如果此段線纜未采用屏蔽線纜，
很容易造成電源和視頻之間干擾，出現(xiàn)水波紋，噪點等問題。
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