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红外摄像机主要特点与原理的构架
分享到:     浏览次数:2798次 2012/7/25

红外摄像机主要特点与原理的构架
红外线摄像机原理特性:光是一种电磁波,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。
1、DSP处理芯片

  如果说感光芯片是摄像机的眼睛,那DSP就是摄像机的“大脑”,它不仅

控制CCD信号的采集,而且对信号进行频谱分析、数字滤波、智能分析等。所

以DSP功能的强弱直接影响着图像质量。但之前使用在摄像机上DSP片,一般

Sony、Sharp进行捆绑CCD方式销售,造成即使其它公司有好的DSP图像处理技

术,也难在安防摄像机领域以示拳脚。但随着Sharp,Sony对CCD单片销售的放

开,给各个DSP厂商提供了一个良好的竞争发展平台,目前韩国的Nextchip,

RJ,台湾晶彩生产的DSP性能大大优于原厂Sony推出的DSP,在实现基本功能的

同时,增加了OSD,2D/3D降噪,宽动态,祯累积等功能,极大丰富了摄像机功

能。
2、摄像机外壳

  红外摄像机外壳主要起三个作用:一、固定相关PCB;二、对PCB进行防水

保护;三、对LED进行散热。

  固定PCB功能毋庸置疑,对PCB的防水性能则大有讲究,现在有两种设计思

路,要么外壳全部堵牢,水汽一点都不能进入;要么留出通气孔,保证摄像机

内部和大气能很好对流通过蒸发使摄像机内部水汽尽快散去。目前有不少厂家

室外产品基本都选择第一种防水方式,对外壳缝隙进行全部封堵,避免水汽进

入,从08年到目前看此方案效果不错,由于漏水返修的红外产品比较少。留有

通气孔的外壳设计,一般开有大面积窗口,实现内部和外部空气对流,万一有

水分可尽快排出,但这种方式导致水分容易进入,电路板受潮加速老化,再者

连续阴雨天存在一定的积水风险。

  对LED补光灯进行散热是外壳结构设计设计时需重点考虑的因素,LED半导

体材料,对热量非常敏感,温度过高会造成LED波长偏移,内部发光点永久失

效,封装胶体变形影响出光效率等问题。目前做的比较好的散热都是把灯板直

接和外壳连在一起,通过摄像机外壳对LED灯板进行散热。

  最好能在设计外壳前,利用热设计对其整机热量进行分析评估,减少后期

温度过高,调整结构的被动局面。

  再者好的外壳设计,在满足防水,散热的需求外,也要对红外漏光,反光

问题进行处理。之前红外摄像机经常出现白天图像正常,晚上图片白茫茫一片

,看不到任何东西。除了摄像机安装环境方面造成的红外光直接反射回来进入

CCD外,外壳内部CCD周围存在缝隙,玻璃未采用双环玻璃设计,遮阳罩未进行

涂黑处理等原因都会造成红外漏光,反光直接进入CCD造成图像偏白问题。所

以红外摄像机夜视效果不仅仅受制于CCD,DSP芯片方面限制,受机构影响还是

很大的,需引起足够的重视。
3、镜头

  红外摄像机选择镜头,首先,必须选用带IR功能的红外镜头,如果采用普

通不感红外镜头,会由于白天可见光和夜晚补的红外光波段不同,造成镜头成

像焦点偏移,图像白天清晰夜晚模糊的现象;再者在焦距一定的情况下,尽量

选用光圈F小的镜头,光圈越小,进光量越大。例如同一个CCD系统在相同的补

光情况下,F2.0光圈镜头会比F1.0光圈镜头进光量减少4倍。最后,能用定焦

镜头的不要用变焦镜头,定焦镜头的光圈F值一般也是固定的,尽量选用F值小

的镜头即可,但变焦镜头即使在小焦距段光圈为F1.0此时夜晚补光效果很好,

到如果调节到大焦距段时,镜头的光圈F值会随着焦距变大而变大,造成进光

量减少,红外效果下降,摄像机抓取图片偏暗。
4、感光芯片

  感光芯片是一个摄像机的“眼睛”它的好坏直接决定着摄像机成像质量,

特别是红外摄像机在夜晚光线不足的情况下,显得尤为重要。

  感光芯片分为CCD和CMOS两种,两者基本上都是采用矽感光二极体进行光

电转换。但由于两者构造不同:CMOS每个像素有独立的放大器;CCD则采用电

荷传递方式输出信号,所有像素采用同一放大器进行信号放大。这样相同面积

下像素点相同时,CMOS感光面积相对低于CCD,造成CMOS低照度效果相对CCD较

差,再者CMOS每个放大器放大倍数都不同,造成夜晚图像噪点过大,影响夜晚

图像效果;故相同像素下采用CCD作为感光元件的红外摄像机较用CMOS做为采

集图像清晰度、低照度都会好些。再者同样是CCD,采用超低照度的,会比普

通的CCD更好些,但价格就会高很多。值得欣慰的是,随着工艺的不断更新,

普通CCD低照度性能越来越好,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由于工艺较CCD简单,成本较低,随着新技术新工艺不断改善,

CMOS的高像素、信号处理迅速等优势逐渐明显,在监控领域份额越来越大,必

将给传统的CCD安防天下带来新的挑战。

5、红外LED补光灯板

  目前红外摄像机常用三种光线波长的红外补光灯,红外波段为810nm,

850nm,940nm。810nm一般用于激光红外灯板,由于激光出光角度小,光线集

中,故激光红外灯一般使用在夜晚中远距离监控。850nm,940nm波段红外灯板

,一般由可发出相应波长的LED通过不同的串并电路组合而成,850nm由于近红

光波段,会出现红曝现在,而940nm波长较长,无红曝现象。由于CCD的感光特

性,550nm以上波长随着波长增加,CCD的感光度下降,所以大家一般都采用

850nm的LED作为主要光源,940nm的红外灯板只有客户要求无红曝的情况下才

会使用。
至目前为止,双CCD红外监控摄像头至少还存在一个的问题。因为两个CCD主管的镜

头处于同一平面,之间所照摄角度和范围存在区别,因此,显示器上成像的监

控场所是有分别的,只是很多使用者没有留意罢了!当然,红外摄像机是否会

出现新的技术进步?又是否会有替代品的产生?在科技更新换代的今天,没有

人能准确地预测。

关键字: 红外摄像机 监控摄像头
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