夜視技術(shù)是借助于光電成像器件實(shí)現(xiàn)夜間觀察的一種光電技術(shù)。夜視技術(shù)包括微光夜視和紅外夜視兩方面。微光夜視技術(shù)又稱像增強(qiáng)技術(shù),是通過帶像增強(qiáng)管的夜視鏡,對(duì)夜間光照亮的微弱目標(biāo)像進(jìn)行增強(qiáng),以供觀察的光電成像技術(shù)。微光夜視儀,是目前國外生產(chǎn)量和裝備量最大和用途最廣的夜視器材,可分為直接觀察(如夜視觀察儀、武器瞄準(zhǔn)具、夜間駕駛儀、夜視眼鏡)和間接觀察(如微光電視)兩種。
紅外夜視技術(shù)分為主動(dòng)紅外夜視技術(shù)和被動(dòng)紅外夜視技術(shù)。主動(dòng)紅外夜視技術(shù)是通過主動(dòng)照射并利用目標(biāo)反射紅外源的紅外光來實(shí)施觀察的夜視技術(shù),對(duì)應(yīng)裝備為主動(dòng)紅外夜視儀。被動(dòng)紅外夜視技術(shù)是借助于目標(biāo)自身發(fā)射的紅外輻射來實(shí)現(xiàn)觀察的紅外技術(shù),它根據(jù)目標(biāo)與背景或目標(biāo)各部分之間的溫差或熱輻射差來發(fā)現(xiàn)目標(biāo)。其裝備為熱像儀。熱成像儀具有不同于其它夜視儀的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn),如可在霧、雨、雪的天氣下工作,作用距離遠(yuǎn),能識(shí)別偽裝和抗干擾等,已成國外夜視裝備的發(fā)展重點(diǎn),并將在一定程度上取代微光夜視儀。
監(jiān)控領(lǐng)域的夜視系統(tǒng)主要采用主動(dòng)紅外夜視技術(shù),其主要產(chǎn)品為紅外燈和日夜轉(zhuǎn)換攝像機(jī)。
紅外燈的原理及其特性
光是一種電磁波,它的波長(zhǎng)區(qū)間從幾個(gè)納米(1nm=10-9m)到1毫米(mm)左右。人眼可見的只是其中一部分,我們稱其為可見光,可見光的波長(zhǎng)范圍為380nm~780nm,可見光波長(zhǎng)由長(zhǎng)到短分為紅、橙、黃、綠、青、蘭、紫光,波長(zhǎng)比紫光短的稱為紫外光,波長(zhǎng)比紅外光長(zhǎng)的稱為紅外光。通常人們將紅外光劃分為近、中、遠(yuǎn)紅外三部分。近紅外指波長(zhǎng)為0.75~3.0微米;中紅外指波長(zhǎng)為3.0~20微米;遠(yuǎn)紅外則指波長(zhǎng)為20~1000微米。紅外燈有不同的功率及715、830nM兩種波長(zhǎng),波長(zhǎng)的不同決定了紅外燈照明距離和效果:
1.715nM的紅外燈由于其照明距離遠(yuǎn), 效果好,但是會(huì)產(chǎn)生紅暴情況(現(xiàn)在家用數(shù)碼相機(jī)的補(bǔ)光用的就是這種紅外燈);
2.使用830nM的紅外燈基本沒有紅暴現(xiàn)象或是紅暴很少,但在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)選用低照度攝像機(jī)。
紅外燈的最大照明范圍取決于天氣條件、物體的反光率和周圍的光照水平,紅外聚光燈最遠(yuǎn)的投射范圍基本如下:
500W=150至200米
300W=80至120米
50W =15至30米
30W =5至15米
(該數(shù)值為基本數(shù)值,并非絕對(duì))[nextpage]
目前監(jiān)控領(lǐng)域中使用的紅外燈主要為半導(dǎo)體固體發(fā)光(紅外發(fā)光二極管)紅外燈。紅外發(fā)光二極管由紅外輻射效率高的材料(常用砷化鎵GaAs)制成PN結(jié),外加正向偏壓向PN結(jié)注入電流激發(fā)紅外光。光譜功率分布為中心波長(zhǎng)830~950nm,半峰帶寬約40nm左右,它是窄帶分布,為普通CCD黑白攝像機(jī)可感受的范圍。其最大的優(yōu)點(diǎn)是可以完全無紅暴點(diǎn)(采用940~950nm波長(zhǎng)紅外管)或僅有微弱紅暴(紅爆點(diǎn)為有可見紅光)和壽命長(zhǎng)。紅外發(fā)光二極管的發(fā)射功率用輻照度μW/m2表示。一般來說,其紅外輻射功率與正向工作電流成正比,但在接近正向電流的最大額定值時(shí),器件的溫度因電流的熱耗而上升,使光發(fā)射功率下降。紅外二極管電流過小,將影響其輻射功率的發(fā)揮,但工作電流過大將影響其壽命,甚至使紅外二極管燒毀。
LED紅外燈因?yàn)槠涑杀驹靸r(jià)低,成為目前使用最多的紅外產(chǎn)品,其缺點(diǎn)為照射距離近( 單個(gè)LED的光學(xué)輸出為5mw-15mw)、角度?。?至12度)光線分布不均體積大等。其使用壽命一般為6000小時(shí)。
3.LED-Array陣列集成技術(shù):LED-Array由美國Pacific Cybervision公司開發(fā)生產(chǎn),其一個(gè)LED-Array的光學(xué)輸出達(dá)到了800mw-1000mw為普通LED的換代產(chǎn)品,LED-Array的發(fā)光半功率角為10-120°(可變角)。在室內(nèi)可均勻照亮全部空間,由于LED-Array為高度集成的LED,而體積只有一個(gè)一分錢硬幣的大小,LED-Array的壽命為50,000個(gè)小時(shí)。其最初運(yùn)用在航空飛機(jī)上面。近年來,由于民用夜間監(jiān)控市場(chǎng)的發(fā)展,LED-Array正逐步走向民用市場(chǎng),成為高質(zhì)量夜間監(jiān)控的理想選擇。
感紅外攝像機(jī)的選擇
CCD圖像傳感器具有很寬的感光光譜范圍,其感光光譜不但包括可見光區(qū)域,還延長(zhǎng)到紅外區(qū)域,利用此特性,可以在夜間無可見光照明的情況下,用輔助紅外光源照明也可使CCD圖像傳感器清晰地成像。而普通彩色攝像機(jī)為了能傳輸彩色信號(hào),從CCD器件的輸出信號(hào)中分離出綠藍(lán)紅三種基色視頻信號(hào),然后合成彩色電視信號(hào),其感光光譜只在可見光區(qū)域。
在實(shí)際工程應(yīng)用中,我們發(fā)現(xiàn)黑白攝像機(jī)比彩色攝像機(jī)具有更高的靈敏度,可以在較暗的環(huán)境里獲得不錯(cuò)的圖像,特別在有紅外光源配合使用時(shí)更是可以做到0LUX(可見光)。因此在使用紅外燈時(shí)我們應(yīng)選用黑白攝像機(jī)或是日夜兩用攝像機(jī)(即彩轉(zhuǎn)黑攝像機(jī)),同時(shí)對(duì)攝像機(jī)的照度要求一般為0.02Lux. 并且有自動(dòng)電子快門功能,AGC自動(dòng)增益控制功能,鏡頭有自動(dòng)光圈,以適應(yīng)晝夜照度很大的變化。
在使用紅外夜視設(shè)備時(shí),除了考慮選擇紅外燈和攝像機(jī)外,也需要對(duì)電視監(jiān)控系統(tǒng)前端設(shè)備的電源供應(yīng)作統(tǒng)一考慮設(shè)計(jì)。紅外燈的電源供應(yīng),考慮到紅外管的工作電流對(duì)供電電壓十分敏感,而電纜長(zhǎng)度不同對(duì)直流電壓衰減不同。在多個(gè)紅外燈距控制室的距離相差較大時(shí),采用DC12V集中供電可能使距控制室近的紅外燈供電電壓高,距控制室遠(yuǎn)的紅外燈供電電壓低。加之電源電壓調(diào)整上的偏差,可能造成電壓過高的紅外燈壽命縮短甚至燒壞,電壓低的紅外燈發(fā)射功率不足。因此盡可能采用AC220V供電或配一對(duì)一的直流穩(wěn)壓電源,這種直流穩(wěn)壓電源有的在電網(wǎng)電壓波動(dòng)在AC100V-245V時(shí)輸出直流電壓都是穩(wěn)定的,保證紅外燈紅外輻射功率都是穩(wěn)定可靠的。
隨著紅外夜視系統(tǒng)的迅速發(fā)展,紅外燈的技術(shù)和工藝也在不斷地改進(jìn)和發(fā)展,如何選擇一個(gè)好的夜視設(shè)備,需要安裝設(shè)計(jì)人員對(duì)工程實(shí)際情況進(jìn)行詳細(xì)的考量,因地制宜地選擇最適合的設(shè)備。