【2006-03-24 摘自ASMAG.COM全球安全技術網】
夜視技術是借助光電影像設備實現夜間觀察的一種技術。夜視技術包括「微光夜視」和「紅外夜視」兩方面。「微光夜視技術」又稱「像增強技術」,是通過影像增強管的夜視鏡,對夜間光照亮的微弱目標像進行增強。而「微光夜視儀」是目前國外生產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、武器瞄準具、夜間駕駛儀、夜視鏡)和間接觀察(如微光電視)兩種。
至於「紅外夜視技術」可分為「主動紅外夜視技術」和「被動紅外夜視技術」。主動紅外夜視技術是通過主動照射,且利用目標反射紅外源的紅外光來實施觀察的夜視技術,對應裝備為主動紅外夜視儀。被動紅外夜視技術則是借助於目標自身發射的紅外輻射來實現觀察的紅外技術,主要設備為熱像儀,具有不同於其他夜視儀的獨特優點,可根據目標與背景或目標各部分的溫差或熱輻射差來執行偵測,例如霧、雨、雪等天候下,其作用距離遠,能識別偽裝和抗干擾等,已成國外夜視裝備的發展重點,將在一定程度上取代微光夜視儀。而監控領域的夜視系統主要採用主動紅外夜視技術,其主要產品為紅外燈和日夜轉換攝影機。
紅外燈的原理及其特性
光是一種電磁波,它的波長區間從幾個奈米(1nm=10-9m)到1毫米(mm)左右。人眼所見只是其中一部分,稱之為可見光,可見光的波長範圍是380nm~780nm,由長到短分為紅、橙、黃、綠、青、藍、紫光,波長比紫光短的稱為紫外光,波長比紅外光長的稱為紅外光。通常將其劃分為近、中、遠紅外三部分。近紅外線波長為0.75~3.0微米;中紅外線波長為3.0~20 um(微米);遠紅外線波長則指波長為20~1000 um。紅外燈有不同的功率及715nm、830nm兩種波長,不同的波長將決定紅外燈照明距離和效果:
1、715nm紅外燈:由於其照明距離遠,效果好,但是會產生紅暴情況(現在家用數位相機的補光用的就是這種紅外燈)。
2、830nm紅外燈:基本沒有紅暴現象或是紅暴很少,但實際應用上應選用低照度攝影機。 紅外燈的最大照明範圍取決於天氣條件、物體的反光率和周圍的光照水準,紅外聚光燈最遠的投射範圍基本如下:
500W=150~200公尺
300W=80~120公尺
50W =15~30公尺
30W =5~15公尺
(該數值為基本數值,並非絕對。)
目前監控領域中使用的紅外燈主要為半導體固體發光(紅外發光二極體)紅外燈。紅外發光二極管由紅外輻射效率高的材料(常用砷化鎵GaAs)製成PN結,外加正向偏壓向PN結注入電流激發紅外光。光譜功率分佈為中心波長830~950nm,半峰帶寬約40nm左右,它是窄帶分佈,為普通CCD黑白攝影機可感受的範圍。其最大的優點是可以完全無紅暴點(採用940nm~950nm波長紅外管)或僅有微弱紅暴和壽命長。紅外發光二極體的發射功率用輻照度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,設備的溫度因電流的熱耗而上升,使光發射功率下降。但假若紅外二極體電流過小,將影響其輻射功率的發揮,而當電流過大時也將影響其壽命,甚至使紅外二極體燒毀。
也由於LED紅外燈因其製造成本較低,已成為目前使用最多的紅外產品,但其缺點為照射距離近,(單個LED的光學輸出為5~15mw)、角度小(7°~12°)光線分佈不均體積大等。其使用壽命一般為6,000小時。
3、LED-Array陣列集成技術:LED-Array由美國Pacific Cybervision公司開發,其光學輸出達到800~1000mw,LED-Array的發光半功率角為10°~120°(可變角),也由於LED-Array為高度集成的LED,因此體積只有錢幣大小,且壽命為50,000個小時。近年來由於民用夜間監控市場的發展,LED-Array正逐步走向民用市場,成為高品質夜間監控的理想選擇。
感紅外攝影機的選擇
CCD影像感光器具有很寬的感光光譜範圍,其感光光譜不但包括可見光區域,還延長到紅外區域,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影像感光器清晰的成像。而普通彩色攝影機為了能傳輸彩色信號,從CCD設備的輸出信號中分離出綠、藍、紅三種基色視頻信號,然後合成彩色電視信號,其感光光譜只在可見光區域。
在實際工程應用中,我們發現黑白攝影機有比彩色攝影機具有更高的靈敏度,可以在較暗的環境裏獲得不錯的圖像,特別在有紅外光源配合使用時更是可以做到0LUX(可見光)。因此在使用紅外燈時我們應選用黑白攝影機或是日夜兩用攝影機(即彩轉黑攝影機),同時對攝影機的照度要求一般為0.02Lux,且有自動電子快門功能,AGC自動增益控制功能,鏡頭有自動光圈,以適應晝夜照度很大的變化。
在使用紅外夜視設備時,除了必須選擇紅外燈和攝影機外,也需對監控系統前端的電源供應設備進行評估。這是由於紅外燈對於電壓十分敏感,且電纜長度不同對直流電壓衰減也會不同,例如多個紅外燈的距離相差較大時,採用DC12V集中供電可能導致距離控制室近的電壓較高,又距離控制室遠的電壓低,將造成電壓過高的紅外燈壽命縮短甚至燒壞,電壓低的紅外燈發射功率不足。因此儘可能採用AC220V供電或配一對一的直流穩壓電源,這種直流穩壓電源有的在電網電壓波動在AC100V-245V時輸出直流電壓較為穩定,可保證紅外燈之輻射功率是可靠的。
隨著紅外夜視系統迅速發展,紅外燈技術也已不斷改進和發展,如何選擇好的夜視設備,需要安裝人員依據實際工程情況進行評估,因地制宜的選擇最適合的設備。
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