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红外热成像摄像机和红外补光摄像机的区别

2022-05-27 ljqggh

任何有温度的物体都会发出红外线,热像仪就是接收物体发出的红外线,通过有颜色的图片来显示被测量物表面的温度分布,根据温度的微小差异来找出温度的异常点,从而起到与维护的作用。一般也称作红外热像仪。


而热成像摄像机的工作原理就是热红外成像技术。其核心就是热像仪,它是一种能够探测极微小温差的传感器,将温差转换成实时视频图像显示出来。但是只能看到人和物体的热轮廊,看不清物体的真实面目。


优势:1、全天候;2、白天夜间都可正常使用;3、极端天气可使用;4、可看穿雾、雨、烟等障碍;5、一切发热物体都无处可藏


红外热成像技术在安防领域中的应用。随着光电信息、微电子、网络通信、数字视频、多媒体技术及传感技术的发展,安防监控技术已由传统的模拟走向高度集成的数字化、智能化、网络化。随着市场的需求的增加,现代高新技术几乎在安防监控系统中都有应用或即将应用。现代传感技术中发展迅速的红外热成像技术在安全防范系统中也开始得到了应用。


我们人眼能够感受到的可见光波长为:0.38—0.78微米。通常我们将比0.78微米长的电磁波,称为红外线。自然界中,一切物体都会辐射红外线,因此利用探测器测定目标本身和背景之间的红外线差,可以得到不同的红外图像,称为热图像。同一目标的热图像和可见光图像是不同,它不是人眼所能看到的可见光图像,而是目标表面温度分布图像,或者说,红外热图像是人眼不能直接看到目标的表面温度分布,变成人眼可以看到的代表目标表面温度分布的热图像。红外热成像的特点自然界所有温度在绝对零度(-273C)以上的物体都会发出红外线,外线(或称热辐射)是自然界中存在最为广泛的辐射。大气、烟云等吸收可见光和近外线,但是对3~5微米和8~14微米的外线却是透明的。因此,这两个波段被称为外线的“大气窗口”。我们利用这两个窗口,可以在完全无光的夜晚,或是在烟云密布的恶劣环境,能够清晰地观察到前方的情况。正是由于这个特点,红外热成像技术可用在安全防范的夜间监视和森林防火监控系统中。


红外热成像仪采用红外热成像技术,探测目标物体的红外辐射,并通过光电转换、信号处理等手段,将目标物体的温度分布图像转换成视频图像的设备,我们称为红外热成像仪。红外热成像仪可分为致冷型和非致冷型两大类。致冷型的热灵敏度高结构复杂一般用于军事用途而非致冷型灵敏度虽低于致冷型,但其性能已可以满足多数军事用途和几乎所有的民用领域。由于不需要配备制冷装置,因此非制冷红外热成像仪性价比较致冷型的高。


1、夜间及恶劣气候条件下目标的监控


夜晚,由于众所周知的原因,可见光器材已经不能正常工作,如果采用人工照明的手段,则容易暴露目标。若采用微光夜视设备,它同样也工作在可见光波段,依然需要外界光照明。而红外热成像仪是被动接受目标自身的红外热辐射,无论白天黑夜均可以正常工作,并且也不会暴露自己。同样在雨、雾等恶劣的气候条件下,由于可见光的波长短,克服障碍的能力差,因而观测效果差,但红外线的波长较长,特别是工作在8〜14um的热成像仪,穿透雨、雾的能力较高,因此仍可以正常观测目标。因此在夜间以及恶劣气候条件,采用红外热成像监控设备可以对各种目标如人员、车辆等进行监控。


2、防火监控由于红外热成像仪是反映物体表面温度而成像的设备,因此除了夜间可以作为现场监控使用外,还可以作为有效防火报警设备,在大面积的森林中,火灾往往是由不明显的隐火引发的。这是毁灭性火灾的根源,用现有的普通方法,很难发现这种隐性火灾苗头。而应用红外热成像仪可以快速有效地发现这些隐火,并且可以准确判定火灾的地点和范围,透过烟雾发现着火点,做到早知道早预防,早扑灭。


3、伪装及隐蔽


目标的识别普通的伪装是以防可见光观测为主。一般犯罪分子作案通常隐蔽在草丛及树林中,由于野外环境的恶劣及人的视觉错觉,容易产生错误判断。红外热成像装置是被动接受目标自身的热辐射,人体和车辆的温度及红外辐射一般都远大于草木的温度及红外辐射,因此不易伪装,也不容易产生错误判断。随着光电信息、微电子、网络通信、数字视频、多媒体技术及传感技术的发展,安防监控技术已由传统的模拟走向高度集成的数字化、智能化、网络化。随着市场的需求的增加,现代高新技术几乎在安防监控系统中都有应用或即将应用。


第二、红外摄像机


人的眼睛能看到的可见光按波长从长到短排列依次为红橙黄绿青蓝紫。比紫光波长更短的光叫紫外线比红光波长更长的光叫红外线,人的肉眼是看不到红外线的。因为数码摄像机用CC区应所有光线这就造成所拍摄影像和我们肉眼只看到可见光所产生的影像很不同。为了解决这个问题,数码摄像机在镜头和CC9间加装了一个红外滤光镜,其作用就是阻挡红外线进入CCD让CCDR能感应到可见光,这样就使数码摄像机拍摄到的影像和我们肉眼看到的影像相一致了。目前大多数的红外摄像机都采用LED红外发光二级管作为红外摄像机的主要材料。


人的眼睛能看到的可见光按波长从长到短排列,依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。其中红光的波长范围为0.62〜0.76片m;紫光的波长范围为0.38〜0.46 mi(可见光、红外线和紫外线等),红外夜视,就是在夜视状态下,数码摄像机会发出人们肉眼看不到的红外光线去照亮被拍摄的物体,关掉红外滤光镜,不再阻挡红外线进入CCD红外线经物体反射后进入镜头进行成像,这时我们所看到的是由红外线反射所成的影像,而不是可见光反射所成的影像,即此时可拍摄到黑暗环境下肉眼看不到的影像。


一、红外线摄像机的原理特性及其选择与使用


在电视监控系统工程中,过去很少应用红外灯,但由于现今社会犯罪比率不断增加,红外线在夜间监视所扮演的角色更加突出,不仅金库、油库、军械库、图书文献库、文物部门、监狱等重要部门采用,而且也在一般监控系统中都被采用。甚至居民小区电视监控工程也应用了红外线摄像机。这说明人们对电视监控系统工程的要求愈来愈规范、愈来愈高,对重要的场所越来越要求做到24小时连续监控。


实现夜视的方法,可以采用常规的可见光照明,但此法不仅不能隐蔽,反而更加暴露监控目标。隐蔽的夜视监控,目前都是采用红外摄像技术。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体在绝对零度(—273C)以上都有红外光发射的原理。由于人的身体和发热物体发出的红外光较强,其它非发热物体发出的红光很微弱,因此,利用特殊的红外摄像机就可以实现夜间监控。被动红外摄像技术由于设备造价高且不能反映周围环境状况,因此在夜视系统中不被采用。主动红外摄像技术是利用特制的“红外灯”人为产生红外辐射,产生人眼看不见而普通摄像机能捕捉到的红外光,辐射"照明”景物和环境,利用普通低照度CC求白摄像机或使用“白天彩色夜间自动变黑白”的摄像机或"红外低照度彩色摄像机”去感受周围环境反射回来的红外光,从而实现夜视功能。


二、红外线摄像机的原理特性


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。通常人们将红外光划分为近、中、远红外三部分。近红外指波长为0.75〜3.0微米;中红外指波长为3.0〜20微米;远红外则指波长为20〜1000微米。


红外灯有不同的功率及715、830nM两种波长,波长的不同决定了红外灯照明距离和效果:715nM的红外灯由于其照明距离远,效果好,但是会产生红暴情况(现在家用数码相机的补光用的就是这种红外灯);


使用830nM的红外灯基本没有红暴现象或是红暴很少,红外灯按其红外光辐射机理分为半导体固体发光(红外发射二级管)红外灯和热辐射红外灯两种。一般市场上主要采用红外发射二极管的红外灯,其原理及特性:由红外发光二级管矩阵组成发光体。红外发射二级管由红外辐射效率高的材料(常用神化钱GaA§制成PN结,外加正向偏压向PN结注入电流激发红外光。光谱功率分布为中心波长830〜950nng半峰带宽约40nm左右,它是窄带分布,为普通CC求白摄像机可感受的范围。其最大的优点是可以完全无红暴,(采用940〜950nm波长红外管)或仅有微弱红暴(红暴为有可见红光)和寿命长。红外发光二极管的发射功率用辐照度“W/m28示。一般来说,其红外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。


,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。红外摄像机所用的红外光源,是红外摄像机的核心部件,因为其直接关系到红外摄像机的寿命和距离两大软肋。目前市场上主要有两种类别,一种是传统的圆珠LED灯,在红外起源中讲到的遥控器,其主要部件就是这种能发红外线的二极管,业界称之为红外灯,专业术语叫(LED,也是比较传统和常用的一种红外光源;另一种便是两年前风靡一时的“阵列式”红外光源,“阵列式”红外的原理,是将诸多发光芯片加以集成,光电转化效率比普通的要高,普通的LED的光电转换率是10%而“阵列式”红外摄像机的光电转换率可提升到25瓦以上。


红外灯的亮度,取决于红外灯本身的晶片功率和通过的电流,并不是取决于红外灯本身的体积大小或是封装胶体的颜色,很多人误解为红外灯体积大,便功率大,还有人误解说“蓝灯”比“白灯”好,这些都是没有科学依据的。但红外灯厂家通常会将功率大的晶片在封装时将外观体积做大,这倒是真的。市场上质量较好的红外灯的晶片,大多是来自台湾,常见的晶片有“鼎元”和“光磊”两种。品片本身具有不同的功率,用常见的有10mil、12mil、14mil、16mil、24mil等种类。同样晶片的功率,红外灯亮度与电流的大小也成正比,但对灯的损耗会加大。例如:同中¥是14mil的晶片,红外灯在通过50毫安电流时,会比35毫安电流更亮,当然对灯的损耗大,衰减也快,但当前市场上,有相当一部分人在组装红外摄像机时都是采用这种让“饮鸩止渴”的办法,很多消费者一时也很难分辨,以为摄像机晚上红外灯越亮越好。


同样的电流下,晶片的功率大小与红外灯亮度也成正比。例如在同样是50毫安的电流下,24mil的晶片会比12mil晶片更亮,这种方法可以保证红外灯的亮度,同时也可保证红外灯的寿命,但成本也高,少数厂家会这样去用。据了解,三辰科技在红外灯应用上特别有讲究,如在同样是①8MM勺红外灯上,同行大多是采用12mil和14mil的晶片,三辰的则是16mil,这就出现了同款式红外摄像机上,红外灯外大小和个数一样的情况下,摄像机会显得更清晰和使用寿命更长的关键。


俗语说有需求便会有市场,很快市场上便出现了专业提供850NMff口940NMK长红外灯的供应商。当时这台芯片还是CMOSI白的,红外灯板上也没有加上光敏电阻,一通电使LED全部开启,至于红外灯每天24小时开启,到底它能坚持使用多久,读者都能想象得到。光敏电阻的应用,很快解决了红外摄像机的这一问题,红外灯可以根据环境光线的明暗照度而决定是否开启,这一应用将当时红外摄像机的寿命提高了一大半,这也是最早的“日夜两用红外摄像机”。关于红外摄像机的演变,就要追溯到红外摄像机的起源,最早出现的E-2001红外摄像机采用了12颗遥控器的红外灯,至于发出红外波长是多少,当时并不知道,当彩色CCDE片面世后,红外摄像机面临了又一次的问题。白天严重偏色!为了解决这一问题,便在CCD±应用起了滤光片,专业术语叫(ICF),它的作用主要是用来滤除红外线和修整光线,当时的滤光片只能让波长(380NM-780NM的可见光进入,白天偏色的问题解决了,但晚上却无法接收到红外线,摄像机晚上就无法工作了了。


于是有人开始在滤光片上做文章,让滤光片既能接收某一波长的红外线,又能滤除大部分红外线,这其实也是“关大门开小窗”的做法,有需求便会有市场,市面上出现了专让波长850NM~940NM外线进入了滤光片,时称“双通滤光片”,双通滤光片往CCC±一粘,白大偏色不是很严重,晚上也能接收红外线,这种做法在“红界”广为流传,大家也将之称为“红外一体机”,目前市场上主要流通和应用的也是这种红外摄像机。


“红外一体机”由于白天也能让波长850NM~940NM红外线进入,而一旦有红外线进入时,就会引起DS运算错误,这就决定了红外一体机一定会偏色,只是比之前较轻而已。当然,也有部分厂家具备调整芯片内部RG琏调的能力,以此来弥补DSP的运算错误。然而,冷暧色调也是“众目难调”,生产厂家只是将颜色处理得相对真实一点,事实上,“红外一体机”在偏色问题处理上,只是治标不治本。


何使得摄像机白天不偏色,晚上又能清晰接收红外线呢?很多安防企业都在思考这个问题,于是彩色日夜两用型摄像机应运而生。这种摄像机多加了一个机械装置,白天加上滤光片,晚上将之移除,换上普通的玻璃片来修整光线,就像给CCD加上了太阳眼镜,也极像一个戴着老花眼镜的先生,在阅文写字时,目光是经过眼镜的,但在看人时,却是从镜框的上方射出目光,这也是“IRCUT红外摄像机的雏形。


由于机械装置的耐磨性并不是很高,并且在傍晚时分,红外灯开启的临界状态时,人们总能从摄像机内部听出不断的“咔嚓咔嚓”声音,再好的原料也顶不住这样日夜的磨损,当很多摄像机镜片切换不了时,就又回到了白天严重偏色或是晚上不能看到图像的原始问题。后来的“IRCUT摄像机经过电磁开关、继电器开关等的改良,但皆因其机械精密程度,甚至导致要改变掉滤光片的厚度,尽管在偏色问题上“IRCUT'摄像机作出过贡献,但其到目前还是无法占领市场。


市场上出现了一种红外摄像机可以做到颜色逼真,用专业术语讲叫色彩还原度高,这就是“双CC町外摄像机”。双CC町外摄像机,顾名思义有两个CC服,其实也便是两台摄像机组合在一个外壳内,并且有两个单独的摄像头,双CC町外摄像机的原理其实很简单,只是两台摄像机拼合在同一个外壳内,利用一个光敏电阻进行切换,白天所用的一个CC也粘有完全滤除红外线的滤光片,晚上开启的那台没有滤光片,只是普通玻璃片修整光线,它的原理等同于“IRCUT,只是用光电转换代替了机械切换。同时,两台摄像机在一块轮流上岗,一个白班,一个晚班,能够延长摄像机的使用寿命。


随着市场的推广,双CC加外摄像机的问题也随之明显。首先,光线照度在光敏电阻设定的照度时,红外灯在临界点上会不停地开启和闪烁,而电流的切换和开启另一个CC成成像还有几微秒的时间差,因此,在傍晚时分,光线照度处于临界点的几分钟内,这种摄像机会不停地听到电流“嘀嗒”切换声,严重时会引起没有画面。


针对这个问题,在双CC町外摄像机上加上一个延时电路,当接受到光线变化后,延时3秒钟再进行切换,可以消除这种现象,就能解决因光线变化不停切换的问题。至目前为止,双CC加外摄像机至少还存在一个的问题。因为两个CCDJfc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。


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