一般紅外攝像機(jī)主通常由:感光芯片(CCD或CMOS)、DSP處理芯片、紅外LED補(bǔ)光燈板、鏡頭、攝像機(jī)外殼、線纜等主要部件組成。下面對(duì)每個(gè)部件進(jìn)行深一步的剖析:
1、感光芯片
感光芯片是一個(gè)攝像機(jī)的“眼睛”它的好壞直接決定著攝像機(jī)成像質(zhì)量,特別是紅外攝像機(jī)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(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。但由于兩者構(gòu)造不同:CMOS每個(gè)像素有獨(dú)立的放大器;CCD則采用電荷傳遞方式輸出信號(hào),所有像素采用同一放大器進(jìn)行信號(hào)放大。這樣相同面積下像素點(diǎn)相同時(shí),CMOS感光面積相對(duì)低于CCD,造成CMOS低照度效果相對(duì)CCD較差,再者CMOS每個(gè)放大器放大倍數(shù)都不同,造成夜晚圖像噪點(diǎn)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(jī)較用CMOS做為采集圖像清晰度、低照度都會(huì)好些。再者同樣是CCD,采用超低照度的,會(huì)比普通的CCD更好些,但價(jià)格就會(huì)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主推的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(hào)處理迅速等優(yōu)勢(shì)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(jī)的眼睛,那DSP就是攝像機(jī)的“大腦”,它不僅控制CCD信號(hào)的采集,而且對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析、數(shù)字濾波、智能分析等。所以DSP功能的強(qiáng)弱直接影響著圖像質(zhì)量。但之前使用在攝像機(jī)上DSP片,一般Sony、Sharp進(jìn)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(jī)領(lǐng)域以示拳腳。但隨著Sharp,Sony對(duì)CCD單片銷售的放開,給各個(gè)DSP廠商提供了一個(gè)良好的競爭發(fā)展平臺(tái),目前韓國的Nextchip,RJ,臺(tái)灣晶彩生產(chǎn)的DSP性能大大優(yōu)于原廠Sony推出的DSP,在實(shí)現(xiàn)基本功能的同時(shí),增加了OSD,2D/3D降噪,寬動(dòng)態(tài),禎累積等功能,極大豐富了攝像機(jī)功能。
3、紅外LED補(bǔ)光燈板
目前紅外攝像機(jī)常用三種光線波長的紅外補(bǔ)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(yuǎn)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(huì)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(huì)使用。
4、鏡頭
紅外攝像機(jī)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(huì)由于白天可見光和夜晚補(bǔ)的紅外光波段不同,造成鏡頭成像焦點(diǎn)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(jìn)光量越大。例如同一個(gè)CCD系統(tǒng)在相同的補(bǔ)光情況下,F(xiàn)2.0光圈鏡頭會(huì)比F1.0光圈鏡頭進(jìn)光量減少4倍。最后,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(shí)夜晚補(bǔ)光效果很好,到如果調(diào)節(jié)到大焦距段時(shí),鏡頭的光圈F值會(huì)隨著焦距變大而變大,造成進(jìn)光量減少,紅外效果下降,攝像機(jī)抓取圖片偏暗。
5、攝像機(jī)外殼
紅外攝像機(jī)外殼主要起三個(gè)作用:一、固定相關(guān)PCB;二、對(duì)PCB進(jìn)行防水保護(hù);三、對(duì)LED進(jìn)行散熱。
固定PCB功能毋庸置疑,對(duì)PCB的防水性能則大有講究,現(xiàn)在有兩種設(shè)計(jì)思路,要么外殼全部堵牢,水汽一點(diǎn)都不能進(jìn)入;要么留出通氣孔,保證攝像機(jī)內(nèi)部和大氣能很好對(duì)流通過蒸發(fā)使攝像機(jī)內(nèi)部水汽盡快散去。目前有不少廠家室外產(chǎn)品基本都選擇第一種防水方式,對(duì)外殼縫隙進(jìn)行全部封堵,避免水汽進(jìn)入,從08年到目前看此方案效果不錯(cuò),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(jì),一般開有大面積窗口,實(shí)現(xiàn)內(nèi)部和外部空氣對(duì)流,萬一有水分可盡快排出,但這種方式導(dǎo)致水分容易進(jìn)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(xiǎn)。
對(duì)LED補(bǔ)光燈進(jìn)行散熱是外殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)時(shí)需重點(diǎn)考慮的因素,LED半導(dǎo)體材料,對(duì)熱量非常敏感,溫度過高會(huì)造成LED波長偏移,內(nèi)部發(fā)光點(diǎn)永久失效,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(jī)外殼對(duì)LED燈板進(jìn)行散熱。
最好能在設(shè)計(jì)外殼前,利用熱設(shè)計(jì)對(duì)其整機(jī)熱量進(jìn)行分析評(píng)估,減少后期溫度過高,調(diào)整結(jié)構(gòu)的被動(dòng)局面。
再者好的外殼設(shè)計(jì),在滿足防水,散熱的需求外,也要對(duì)紅外漏光,反光問題進(jìn)行處理。之前紅外攝像機(jī)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(jī)安裝環(huán)境方面造成的紅外光直接反射回來進(jìn)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(jì),遮陽罩未進(jìn)行涂黑處理等原因都會(huì)造成紅外漏光,反光直接進(jìn)入CCD造成圖像偏白問題。所以紅外攝像機(jī)夜視效果不僅僅受制于CCD,DSP芯片方面限制,受機(jī)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(huì)感覺對(duì)紅外攝像機(jī)沒什么影響,但恰恰示這段線對(duì)紅外攝像機(jī)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(jī)輸入輸出線纜沒有使用防水線纜,就像給攝像機(jī)插入一根吸管,水分會(huì)隨著這根管子進(jìn)去攝像機(jī)內(nèi)部,造成攝像機(jī)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(diǎn)等問題。