红外线原理 - 千家论坛_智能建筑与智能家居技术交流社区

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红外线原理概述
在自然界中，任何物体只要它的温度高于绝对零度(-273℃)，就存在分子和原子无规则的运动，其就会不断地辐射红外线。
红外线辐射又遵循黑体定律。黑体简单地说就是在任何情况下对一切波长的光的入射辐射、其吸收率都等于1的物体，也就是说全吸收。显然，自然界中实际存在的任何物体对不同波长的光的入射辐射都有一定的反射(吸收率不等于1)，黑体只是人们抽象出来的一种理想化的物体模型，但黑体热辐射的基本规律是红外研究及应用的基础。
红外线摄像机技术原理
红外摄像技术分为被动红外摄像技术和主动红外摄像技术。
被动红外摄像技术是利用任何物质在绝对零度(-273℃)以上都发射红外光的原理，人体和热机发出的红外光较强，其它物体发出的红外光相对微弱，利用特殊的热红外夜视仪可以实现夜间监控。但这种特殊的热红外夜视仪造价昂贵，而且不能直观、清晰地反映周围环境状况，因此在通常的夜视系统中较少被采用。
主动红外摄像技术，即利用红外灯来产生红外辐射，发出人眼看不见的红外光去照射景物和环境，即可使用普通低照度CCD黑白摄像机或“白天彩色夜间自动转黑白”的摄像机或“红外低照度彩色摄像机”去感受周围景物反射回来的红外光，从而实现夜视功能。

现阶段的红外摄像系统基本配置是：摄像机、镜头、红外灯、红外灯电源等。这里所指的摄像机要求是低照度摄像机，且红外灯发射的红外光能够被该摄像机接收，镜头也要求能感应红外光，其主要指标F值（通光量）越小，夜视效果越好。
摄像效果的好坏，与摄像机及配套器件的合理选用有直接的关系。
摄像机灵敏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，摄像机的灵敏度越高，对微弱光的感应能力也就越强。当然，灵敏度越好摄像机价格也越昂贵。有的摄像机厂家，随意提高输出信号强度，灵敏度不错，但信噪比很差，导致图像“雪花点”很多，像质恶劣。
不同规格CCD的摄像机会较大地影响到红外摄像机的图像效果。目前CCD摄像机规格有1/2"、1/3"、1/4"。l/3"CCD的光通量是1/2" CCD的44%，1/4"CCD的光通量是1/3" CCD 的50%，可见1/2"摄像机晚间图像效果最好，所以可以根据不同的环境和监控要求来选择不同规格的摄像机。
所有摄像机都感应红外，红外线在可见光条件下对于摄像机来讲是一种杂光，会降低摄像机的清晰度和色彩还原，彩色摄像机的滤光片就是阻止红外线参与成像。要想使彩色摄像机感应红外线，现在有两个做法，第一，切换滤光片，在可见光条件下挡住红外线进入；第二是在无可见光的条件下移开滤光片，让红外线进入，这种方案图像质量好。（如图2）

红外摄像机镜头的选用
镜头的通光量或相对孔径，决定了镜头的通光能力，相对孔径F1.0的镜头通光量是相对孔径F2.0的镜头通光量四倍。同样的摄像机、红外灯，上述两种镜头，红外作用距离可相差一倍。大孔径镜头比常规普通镜头通光量好四到十倍，按理说应该成为红外夜视监控的必须配套产品，但由于成本高昂，制作技术难度大，绝大多数红外产品制造商不具备供货能力。
红外灯选用
光是一种电磁波，其波长从几个纳米（1nm=10?9m）到1毫米（mm）左右。人眼可见的只是其中一部分，称其为可见光，可见光的波长范围为380nm～780nm，可见光波长由长到短分别为红、橙、黄、绿、青、兰、紫光，波长比紫光短的称为紫外光，波长比红光长的称为红外光。夜视系统中红外灯的选用，会直接影响到摄像机的成像效果。
红外卤素灯是一种较传统的技术，其能耗高、发热量大、使用寿命短，使用效率低下，所以逐渐被较少选用。LED红外灯因其造价低，已成为目前使用最多红外发光设备,其缺点为照射距离近（单个LED的光学输出为5mw-15mw）、角度小（7至12度）光线分布不均等。
多芯片LED（还有LED阵列），LED红外灯照射距离不够是因为能量不够，更多的芯片集合在一起，当然能量就大，照射距离更远。但因可能组成结构上的缺点，使得多芯片LED没有发光焦点、发光系统不合理，造成有用光效率比较低。LED红外灯发热量大，多芯片LED发热量更大，所以散热问题很重要，会严重影响寿命。
单芯片LED生产工艺简单，品质容易保证，发热量低，发光光学系统合理，是做红外灯理想的器件，理论上使用寿命可达10万小时以上。
红外灯的最大照射距离取决于天气条件、物体的反光率和周围的光照水平，红外聚光灯最远的投射距离如下，该数值为理想值，非绝对。
?500W=150至200米；
?300W=80至120米；
?50W =15至30米；
?30W =5至15米。
红外灯视角也不是越大越好，所以说，有人认为红外灯发射角度越大，选用镜头余地也越大，选择广角镜头不会出现“手电筒”现象。使用大角度的红外灯配合小角度的镜头，存在光的浪费现象。一般情况下，红外灯的角度与镜头的角度一致，效果是最佳的。
安装注意事项
红外摄像机，尽量避免直射光源，因为红外灯电源控制部分是根据安装在红外灯板上的光敏电阻来控制红外灯的工作电源开启与否的。
红外摄像机视场内应尽量避免有全黑色物体、空旷处、水等吸收红外光线的物体，CCD摄像机配套的红外灯是靠发射红外光在物体上反射到CCD摄像机镜头上成图像的，如果红外光被吸收或减弱，将会大大地削弱红外灯的有效照射效果。
红暴问题
波长超过700nm的光线叫做红外光，波长900nm以上的红外灯基本上无红暴，波长越短，红暴越强，但红外线感应度也越高。
现在市场上有两种主流红外灯，一种是有轻微红暴的，波长在850nm左右；一种是无红暴的，波长在940nm左右。同一款摄像机，在850nm波长的感应度，比在940nm波长的感应度要好到10倍。所以850nm这种有轻微红暴的红外灯拥有更高的效率。
结语
随着社会的发展，社会安全隐患逐步显现，从而推进各个安防领域的发展，尤其是安防产品在特殊环境的应用日趋成熟，针对性强，这对于安防事业的发展以及红外线的应用发展有着积级的意义。

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