[分享]红外一体化摄像机的性能分析与选择...

红外线和红外灯的原理特性 　　光是一种电磁波，具有与无线电波一样的本质。它的波长区间从几个纳米（1nm=10-9m）到1毫米（mm）左右。人眼可见的只是其中一部分，我们称其为可见光，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，波长比红外光长的称为红外光。红外光线的波长在780nm～1000μm之间，位于无线电波与可见光之间。

　　红外灯按其红外线辐射机理分为半导体固体发光（红外发射二极管RLED） 红外灯和热辐射红外灯两种。目前在CCTV红外摄像机中前者使用较多。
       红外发射二极管（IR LED）红外灯的原理是：由红外发光二极管矩阵组成发光体。红外发射二极管由红外辐射效率高的材料（常用砷化镓GaAs）制成PN结，外加正向偏置电压向PN结注入电流激发红外光。光谱功率分布为中心波长830～950nm，半峰带宽约40nm左右，它是窄带分布，为普通CCD黑白摄像机可感受的范围。
红外发光二极管的发射功率用辐照度μW/m2表示。红外二极管的最大辐射强度一般在光轴的正前方，并随辐射方向与光轴夹角的增加而减小。辐射强度为最大值的50%的角度称为半强度辐射角，即半功率角。不同封装工艺型号的红外发光二极管的辐射角度有所不同。
红外一体摄像机成像原理
    在夜视监控系统中，常规的办法是利用可见光照明，但这种方式存在不能隐蔽、容易暴露监控目标等缺点，因此使用较少；目前隐蔽、科学的夜视监控是采用红外摄像技术。红外摄像技术分为被动式和主动式。被动红外摄像技术是利用任何物质在绝对零度（-273℃）以上都有红外线辐射，物体的温度越高，辐射出的红外线越多。利用此原理制成的摄像机最典型的就是红外热像仪，但是，这种特殊的红外摄像机造价昂贵，因此仅限于军事或特殊场合使用。而主动红外摄像技术，是采用红外灯辐射“照明”（主要是红外光线），应用普通低照度黑白摄像机、彩色转黑白摄像机或红外低照度彩色摄像机，感受周围景物和环境反射回来的红外光实现夜视监控。主动红外摄像技术成熟，稳定，成为夜视监控的主流。
       红外一体化摄像机是将摄像机、防护罩、红外灯、供电散热单元等综合成为一体的摄像设备。它实现夜视的基本原理是利用普通CCD黑白摄像机可以感受红外光的光谱特性（即可以感受可见光，也可以感受红外光），配合红外灯作为“照明源”来夜视成像。红外灯的功率和角度，摄像机的配置，一定焦距的感红外镜头，以及是否有良好的供电散热处理是判断红外一体化摄像机性能的重要参数。
　　目前市场上也有许多产品是摄像机与红外线投射器分开的，这需要用户对红外灯和摄像机的性能有足够的了解，能够根据红外灯的角度、摄像机镜头参数等作合理的搭配。
红外一体化摄像机的性能分析

　　1.红外灯工作条件
　　2.红外光的利用率和红暴问题
　　3.红外摄像机的起雾结霜问题
　　4.红外摄像机的视窗玻璃清洁
　　5.红外摄像机的恒温
　　6.红外摄像机的全封闭
红外一体化摄像机在监控摄像机中具有夜视距离远、隐蔽性强、性能稳定等突出优势，因而在CCTV夜视监控中占据了大部分的市场。如何在纷杂的红外一体化摄像机市场中辨别优劣呢？性能优良的红外一体化摄像机必须能够具备以下性能：
　　1.红外灯工作条件
　　一般来说，其红外灯辐射功率与正向工作电流成正比，但在接近正向电流的最大额定值时，器件的温度因电流的热耗而上升，使光发射功率下降。红外二极管电流过小，将影响其辐射功率的发挥，但工作电流过大将影响其寿命，甚至使红外二极管烧毁。
　　当电压越过正向阈值电压（约0.8V左右）电流开始流动，而且是一很陡直的曲线，表明其工作电流要求十分敏感。因此要求工作电流准确、稳定，否则影响辐射功率的发挥及其可靠性。辐射功率随环境温度的升高(包括其本身的发热所产生的环境温度升高)会使其辐射功率下降。红外灯特别是远距离红外灯，热耗是设计和选择时应注意的问题。
　　因此，红外灯的使用必须有良好的恒流电源供电、良好的散热设计。采用大功率恒流电源供电，内部循环散热设计，因而能达到远距离夜视（最远可达220米）和红外灯寿命长的效果。
　　2.红外光的利用率和红暴问题
　　什么是红暴呢？红暴是由于所发射的红外线中包含可见光的成分。
　　红外灯可以做到完全无红暴（采用940～950nm波长红外管）或仅有微弱红暴。采用AUCSITER红外技术，通过在保证红外灯功率的前提下，降低红外灯自身热耗，调整红外光线角度，使红外灯的有效利用率达到了90%。在红外灯的选择上，挑选波长较大（910nm）的红外灯，严格降低红暴，达到了微红暴效果。
　　3.红外摄像机的起雾结霜问题
　　雾、霜的形成是由于空气中的饱和水蒸气遇冷凝结而成，因冷环境的强、弱分别凝结成霜和雾。红外摄像机在工作过程中，尤其是室外摄像机常常会因四季变化、昼夜温差、以及雨雪环境等原因在防护罩视窗玻璃上形成雾或霜，导致摄像机无法看清物体，直接影响监控效果。通过采用先进的电子除霜电路，有效的控制腔体内的饱和水蒸气浓度，做到了自动除雾除霜。
　　4.红外摄像机的视窗玻璃清洁
　　摄像机在雨雪天或粉尘大的环境下工作，防护罩的视窗玻璃容易出现污垢，造成摄像机视线遮挡。解决的办法通常是在防护罩上增加雨刷，通过控制雨刷清洁玻璃；另外一种办法是使用隐形雨刷视窗玻璃。与普通视窗玻璃相比，隐形雨刷视窗玻璃具有排斥水、灰尘、雪花的功能。
　　5.红外摄像机的恒温
　　由于配置了发热量较大的红外灯，红外灯在启动后，整个工作时间段内（以12小时计）在红外摄像机前部会有热量集中，即腔体内前端温度偏高，如不能散热均匀定会影响摄像机等其它部件的正常工作。通过设计使用具有强制散热散冷作用的自动冷暖空调，良好的解决了这一问题。
　　自动冷暖空调采用珀尔帖效应原理，测温控制电路可以自动调节，将防护罩内温度恒定在摄像机正常工作温度范围内，出厂时罩内温度设置在+5℃以下加热、+40℃以上致冷。实验表明该红外一体化摄像机可在-40℃～+70℃（阳光直射）的室外自然环境下正常工作。
　　6.红外摄像机的全封闭
　　除恒温外，使用自动冷暖空调的另一优点是可以将红外摄像机做成全封闭，不留任何散热孔，阻止灰尘、湿气、腐蚀性气体的进入，使其能够适应粉尘大的恶劣环境.

摄像机使用须知
    电源     使用DC12V、AC220V电源     连接变压器时，请务必将各导线连接至相应端子，错误的连接会导致故障或损坏摄像机。     操作及存放场所     请勿长时间拍摄非常明亮的对象（如照明配件）。     请勿在下列场所操作或存放本机。     极为炎热或寒冷之处（工作温度：-20C至-40C)     靠近强大的电磁能辐射源，如收音机或电视发射机、手机。     靠近潮湿或极多灰尘之处。     受雨淋之处。     受机械振动之处。     靠近荧光灯或反射光线的物体之处。     在不稳的光源下（会引起闪光）。     运送：     运送摄像机时，按出厂时的包装方法或用质量相当的材料重新包装。     清洁：     请用柔软、干燥的布擦净指印或灰尘。用吹尘器除去镜头的灰尘。用柔软、干燥的布擦净机身，如果污染非常顽固，可用布蘸上量中     性清洁剂，然后擦干。     注意：     请勿使用酒精、汽油或稀释剂等挥发性溶剂否则会损坏表面光泽。     CCD摄像机特性     使用CCD摄像机时可能会出现下列情况，这些只是CCD摄像机固有的特性，并不属于本机的故障。     垂直拖尾：当摄像机对准强光物体时会发生这一现象。     固定图案杂波：当摄像机变湿工作时，整个监视器屏幕上会出现固定图案杂波。     锯齿状图像：在摄制带关物体，直线或类似图案时，屏幕上的图像会呈锯齿状。     功能与控制     1.电子快门（EE/AI/)切换     这切换是用于选择EE（电子曝光或电子光线控制）方式或AI(自动光圈镜头或自动光线控制）模式。在EE模式中一个连续可变电子快门     通过输入亮度可自动控制曝光时间和CCD成像器件，如选择EE模式，固定或手动光圈镜头可以代替自动光圈镜头，在AI模式中自动光圈     镜头的速度固定在1/60（1/50）秒，输入亮度由自动光圈镜头控制，切换至AI模式时使用视频驱动形式或DC驱动形式。     2.背光补偿（BLC)ON/OFF切换     如果你想看的主题因明亮的背景而显得暗淡，把BLC设置到ON状态，可以补偿强烈的背光。当BLC为ON时，背景亮度可以在某些情况下达     到钨和状态，这项功能不可用于主题和背景相比显得太小的对象，所以线式快门EE或自动光圈镜头AI都可配合此功能使用。     安装摄像头     小心     若将摄像机安装在天花板上，务请悬挂牢实，否则摄像机会落下造成伤害。     若用悬架、机架和联动旋转底座（盘/架）等装置将摄像机安装在天花板上，请进行以下操作：     使用三脚架螺丝并用起子拧紧它们。     请在平坦处安装三脚架连接器。     注意事项     1.非专业人员请勿打开机盖。     2.小心轻放。     3.请不要把摄像机置于潮湿或易被雨淋的地方，或在潮湿的地方操作一旦摄像机湿了，请立刻关掉电源，找专业人员维修，潮湿很容易     损坏摄像机，而且很容易导致电击事故。     4.清洁摄像机时请勿使用强烈的清洁剂。     5.请不要把摄像机对着太阳。不管室内或室外，请不要在聚光灯或别的强光或反光旁边操作。
  连接摄像机
    1.将视频电缆与VIDEOOUT插座连接。     2.将视频电缆与VIDEOIN插座（如视频监视器等）连接。     注意：     用此开关设定摄像机同步方式内部或交流电源同步。交滚电源同步仅用于交流电源24发。当摄像机电源为直流电源12V时，务请选择内部     方式。摄像机的电源插座应使用规定的电源电压。请将电源线插插到底。     1.75欧姆同轴电缆。     2.电源线。     相位调节     垂直相位（行同步模式）     若垂直相位未经设置，则图像有可能会垂直滚动。转动调节螺丝以调整垂直相位。     调节入射光能级     由于入射光能级已在工厂预先设定，因此通常情况下无需进一步调整当然，如果图像太暗，或者图像的光亮部分曝光过度，可用螺丝刀调     整调节螺丝。此调整仅可用于DC控制自动光圈镜头。     1.向L(低）方向调整以使图像更暗。     2.向H(高）方向调整以使图像更亮。     安装自动光圈镜头插座     使用自动光圈镜头时需要安装镜头插座。此安装必须由有资格的专业维修或系统安装人员进行。     1.在镜头插座的边缘切除控制电缆以取下原有的镜头插座，然后剥去电缆外皮。     2.将镜头电缆焊接在镜头插座的引脚处。     安装镜头     1.卸下镜头接口盖。     2.旋进镜头拧紧，直至牢固。     3.将镜头插头插入LENS插座。     安装手动光圈镜头时可省略步骤3.     4.根据镜头类型，旋转焦距调节螺丝调整焦距。     警告：     不安装镜头时切勿将镜头接口盖折离摄像机。     自动光圈镜头选择开关（DC/VIDEO)     此开关用于选择自动光圈镜头的控制信号     DC:控制自动光圈镜头的DC信号     VIDEO:控制自动光圈镜头的视频信号。     当DC/VIDEO开关置于VIDEO时，BLC功能何能工作异常。     当自动光圈镜头选择开关置于VIDEO时，可能会产生“猎振”。届时，可以用镜头上的LEVEL(L/H)调节螺丝改变入射光能级。     调节入射光能级时，将ALC（自动采光控制）调节螺丝设为AV.     当开关设定为"ON"时，此功能调节曝光并用于逆光补偿。 CCD摄像机的常见故障及处理办法

　　1、红外半球系列机器晚上出现图像照度差、发白或有亮白色光圈现象。
            该现象是机器装配不当导致的，装配时感光器件（光敏电阻）离半球距离过远会导致红外灯启动不完全
      造成机器夜间照度差；出现图像发白或亮白色光圈现象主要因红外发光管发出的红外光通过球罩折射到镜头
      所致，解决此现象就是避免让红外光折射到镜头表面，通常采用海绵圈进行镜头与红外光的隔离，在装配时
      一定要将球罩紧贴海绵圈。

　　2、夜视型红外防水机白天图像正常，夜间发白
            此现象一般因机器使用环境有反射物或在范围很小的空间使用，因红外光反射导致，解决此现象首先应
      确定使用环境是否有反射物，尽可能改善使用环境，其次检查机器的有效红外距离与实际使用距离是否相
      应；若一台长距离红外机器在很小的空间使用会因红外光过强导致机器图像发白。

　　3、无图像
            首先检查外加电源极性是否正确，输出电压是否满足要求（电源误差：DC12V±10％，AC24V± 5%
      ），其次检查视频连线是否接触良好；若是 使用手动光圈镜头需检查光圈是否打开，自动光圈镜头则需要调
      节LEVEL电位器使光圈在合适位置。

　　4、彩色失真、偏色
            可能是白平衡开关（AWB）设置不当，也可能是环境光照条件变化太大，此时应检查开关设置是否在
      OFF位置，应想办法改善环境的光照条件。

　　5、图像出现扭曲或几何失真
            这种现象可能是摄像机、监视器的几何校正电路有问题或光学镜头的问题,也有可能是视频连接线缆或设
      备的特征阻抗与摄像机的输出阻抗不匹配。
             当出现以上现象时,请先检查所用光学镜头是否异常及监视器的输入阻抗开关是否设置在75Ω端,其次再
      检查用视频连接线缆阻抗是否是75Ω。
        
　　6、画面出现几道黑色竖条或横条混动
            这种情况一般是机器供电电源输出电压的纹波太大,应加强滤波并采用性能好的直流稳压电源。

　　7、使用自动光圈镜头图像过暗
            首先检查EE/AI功能开关是否设置在AI端，其次检查LEVEL电位器调节是否合适。