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监控红外灯

应该很快就会退出市场

  现在高清和红外已经成为安防监控领域前端最普及的产品系列,根据整个市场出货量来看,红外摄像机出货量占到整个安防监控摄像机出货量的80%以上。而红外线摄像机产品发展的历史只有短短5年到8年的时间……

  目前我国的安防行业正由启动期走向发展期,产业链已经基本形成,管理链条也正在建立,而随着市场需求的不断增大,安防产业就会迎来更为广阔的发展空间。红外监控作为安防监控领域重要应用,正在物联网大潮下迅速发展。

  现在高清和红外已经成为安防监控领域前端最普及的产品系列,根据整个市场出货量来看,红外摄像机出货量占到整个安防监控摄像机出货量的80%以上。而红外线摄像机产品发展的历史只有短短5年到8年的时间。在这之前,红外线灯和安防摄像机是两个没有交集的市场,现在它们已经逐渐交汇成一个特定的,巨大的,蓬勃发展的市场,也就是安防红外摄像机市场。

  所谓的红外摄像机是加装了红外滤镜以及红外LED灯的摄像机。我们知道红外光是一种不可见光,几乎所有绝对温度在零度以上的物体都是红外光源,而摄像机的传感器恰恰能看得见红外光,利用这一点,红外摄像机可通过红外光成像。但红外光与可见光波长不同,要获得红外摄像机的夜视效果,需要搭配适当的夜视镜头。

  由于传感器可以感知红外光,所以普通摄像机都会带有滤光片,滤掉光线中的红外光部分以防止图像偏红。而红外摄像机晚上工作时需要让红外光透进来,所以红外摄像机一般带有双滤光片,白天打开红外滤光片滤掉红外光,晚上关闭红外滤光片,借助红外补光成像。这样,在不更换镜头的情况下就实现了白天晚上不间断监控。

  红外摄像机在以迅雷不及掩耳之势发展壮大的同时,产品类型也在不断多样化,应用领域也在进一步拓展。归纳起来有以下几种类型:

  第一、已经淘汰的卤素灯红外摄像机:卤素灯的发光功率非常强大,当然耗电量以及发热也会相对比较大,成本比较高,它的致命缺点是体积大、散热不充分,寿命非常短,一般都在一千小时以内,而且红暴现象特别严重,故不适合用于民用夜视监控方面。卤素灯红外摄像机因功率大且有滤光片光热转换,所以发热问题尤其严重,维护成本较高、寿命短。

  第二、LED红外摄像机:LED红外灯是由一定数目的红外发光二极管组成发光体。红外发射二极管由红外辐射效率高的材料(常用砷化镓GaAs)制成PN结,外加正向偏置电压向PN结注入电流激发红外光,光谱功率分布为中心波长830~950nm,半峰带宽约40nm左右,它是窄带分布,为CCD摄像机可感受的范围。LED红外摄像机一般适用于10~100米中短距离,市场占有率最高,但是存在光照不均匀问题,主要适合于楼道、大厅、仓库等室内及建筑物外围、小区周界、道路等中短距离监控。

  第三、LED阵列式红外摄像机:阵列式红外灯的内核为发光二极管阵列(LEDArray),与传统的LED相比具有以下优点:1、亮度高,单LEDArray的输出约为1W~30W,亮度约是常规单LED的输出5~15mW的数十倍,所以射距远;2、电-光转换效率高,普通红外LED的电光转换效率仅为10%左右,而LEDArray电光转换效率提升为25%左右;3、体积小,LEDArray技术将发光单元高度集成,在相同亮度指标下比普通LED红外灯产品体积小很多;4、寿命长,LEDArray的寿命为50,000h,比普通LED寿命高得多。

  阵列式红外灯产品有一个明显的不足,即偏心现象。由于其发光角度可达到120-180度,因此必须通过透镜来缩小送光角度,以配合摄像机镜头,这样不可避免的很多光就偏离了透镜的中央,造成送光效率不佳。LED阵列式红外摄像机适用范围基本与LED红外摄像机一样,比较适合大厅、仓库等室内及建筑物外围、小区周界、道路等中短距离监控应用。

  第四、点阵式红外摄像机采用的是点阵式红外灯光源。点阵式红外灯使用的第三代红外发光元器件是在第二代产品-阵列式红外灯(LEDArray)的基础上发展而来,因此也叫第二代LED&-Array。第二代LED-Array跟第一代相比最大的优点是体积小、散热好、衰减慢、寿命长,额定寿命为50000个小时。点阵式红外灯也叫大功率阵列式红外,跟小功率阵列式红外最大的不同是亮度更高、成本更低,并通过独立透镜,按照使用需求任意调节光的分布角度,这样就同时解决了第一代的手电筒效应问题和第二代的偏心现象。

  激光红外摄像机:激光红外摄像机照射距离最远一般可达300~5000米,由于能量集中,角度小近距离不宜采用,目前成本仍较高。比较适合于森林防火、油田、铁路、水利、景区、军事、养殖、港口和平安市场等场所的监控,随着成本的进一步降低,目前已经应用到包括小区在内的众多需要夜视监控的领域。因而,红外摄像机需要根据具体使用环境,特别是夜晚环境情况来确定摄像机类型。

  一般红外摄像机都采用密封设计,防护等级达到IP66。但是红外灯开始工作时会产生大量的热量,同时由于部外壳的散热效果不够和机器本身的密封性不好,造成机器在使用一段时间之后,里面或多或少会出现汽水(此现象主要集中在北方地区),影响监控效果。这部分有的厂家采用透气设计,增加透气阀便于和外部温度交换,有的采用充氮,确保机器内部为惰性气体,以确保没有水汽。

  此现象主要表现是手电筒的效果或者是距离不够等等。其实这个问题主要是红外灯的角度和功能所造成的,红外摄像机所使用的红外灯峰值波长在850,角度从5-60度可以选择,当红外发射管角度越小时照射距离越远,手电筒的效果就越明显,反之,角度越大就没有手电筒的效果,但是距离就大打折扣,要解决这个问题主要是看厂家想追求什么样的效果和什么样的成本,当然红外发射灯的功率和价格是成正比的,距离可以达到多少。天地伟业的红外摄像机产品全部采用业内一流的红外灯和透镜,确保夜视效果,彻底消除手电筒效应。

  劣质厂家的红外一体摄像机的色彩在白天都会或多或少的偏色,这个最直接的原因是摄像机滤光片的问题,一般红外一体摄像机使用能透过一定比例红外光线的双通滤光片,其优点是成本低,但由于自然光线中含有较多的红外成份,当其进入CCD后会干扰色彩还原,比如绿色植物变成灰白等等(有阳光的室外环境尤其明显)。IR-CUT双滤光片的使用就有效的解决了这个问题,IRCUT双滤光片由一个红外截止滤光片和一个全光谱光学玻璃构成,当白天的光线充分时红外截止滤光片工作,CCD还原出真实色彩,当夜间光线不足时,红外截止滤光片自动移开,全光谱光学玻璃开始工作,使CCD充分利用到所有光线,从而大大提高红外性能。天地伟业的IR-CUT采用机械式设计确保白天不偏色,夜间不跑焦,红外效果得到很好的保证。

  这是因为部分不管是配置了IRCUT双滤光片还是用双峰滤光片的摄像机在某些复杂的光线的环境下不能稳定的工作造成的,同时因为多数厂家都是使用简单的如光敏电阻感应器等方式去控制IRCUT双峰滤光片的工作状态,其临界点的反复跳变就不能尽人意了。这部分彻底的解决办法是光敏联动内部传感器,通过采用智能芯片来控制,其模糊逻辑能力能有效控制IRCUT双滤光片的工作状态。

  影响红外灯寿命最重要的因素就是温度,由于配置了发热量较大的红外灯,红外灯在启动后,整个工作时间段内(以12小时计)在红外摄像机前部会有热量集中,会影响摄像机等其它部件的正常工作。例如50颗¢5的红外灯板,长时间运行的话,LED板上的温度几乎可以达到90度左右。由于红外发光LED的辐射功率是和电流成正比的,很多不规范的厂家就用加大电流的方式来提高照射效果,然而电流越大温度越高。照射效果虽然提高了,但是机器本身由于LED过热会受到很大的伤害。其中,LED板后面的CCD就是最直接的受害者。天地伟业的红外一体机通过使用恒定电流电源供电,采用脉宽调制定律来保持红外灯电流的恒定,从而减少红外灯的发热,无论外界输入的电流如何波动,通过电路进入到红外灯的电流都非常稳定,从而保证红外灯发挥自身最大的效率、延长寿命保持电流恒定,控制LED的散热,并且LED灯板和外壳选用铝合金等散热比较好的材料,确保红外灯开启时长期运行温度不高于50度,寿命可达30000小时以上。

  作为监控前端设备,红外摄像机的发展也绕不开安防监控的永恒主题:网络化、高清化、智能化。而除了这三大趋势之外,针对红外摄像机还在如下三个方面有发展:

  1、随着光电、微电子、微计算机及数字视频技术的发展,安防产业已由传统的简单模拟式走向高度集成的小型化、数字化,而红外阵列也必将实现一体化和高度集成化。

  2、传感器对红外感应灵敏度的提升以及NIR红外增强技术的发展,对黑白画质下的细节进一步提升,噪点更少,细节更丰富,层次感更强。

  3、激光夜视技术是实现远距离的夜视监控的途径之一,因为激光具有亮度高、相干性好、单色性好、方向性好、寿命长和对其波长的感应程度大于LED的特性决定了激光可以照射更远的距离,而且光强度也比常规光源要强的多。

  摄像机之于安防监控系统来说,等同于它的一双眼睛,通过它,后面负责监控的人才能够获得更为全面准确的信息。而红外摄像机,因为可以在黑暗环境下获得清晰图像,成为人们在夜间监控的首选设备。但对于这类产品来说,由于其专业性较强,普通用户很难做到全面了解,一些商家抓住消费者的这一弱点,常常会用虚标F值、夸大某一技术的性能表现等手段来促使消费者购买价格更高的产品,以牟取高额利润,今天就用户最常遇到的几个问题来解析一下,希望可以帮助用户在日后选购摄像机时能够擦亮双眼,避免上当受骗。

  有些厂家把能不能作出无红暴红外灯当做一个技术问题来宣传,好像有红暴就是低技术,无红暴就是高技术。其实,有无红暴只是一个选择问题,并不是技术问题,波长超过700nm的光线nm以上的红外线基本无红暴,波长越短,红暴越强,红外线感应度也越高。现在市场上有两种主流红外灯,一种是有轻微红暴的,波长在850nm左右,一种是无红暴的,波长在940nm左右。同一款摄像机,在850nm波长的感应度,比在940nm波长的感应度好很多。所以850nm这种有轻微红暴的红外灯拥有更高的效率,应当做为红外夜视监控的首选项。

  目前红外灯主要由三种模式制造:1、卤素灯;2、多芯片LED;3、单芯片LED。

  卤素灯是一个十分古老的技术,能耗高,发热量惊人,使用寿命很短,因其使用效率低下,应该很快就会退出市场。

  多芯片LED主要有两种形式,一种是食人鱼,包含4到8颗芯片,另外一种是阵列式发光片,含有10到30颗芯片。

  谈到为什么做多芯片这个问题,厂商们的理论是:红外灯照射距离不够远是因为能量不够,将更多的芯片集合在一起,能量变大,照射距离便可以更远。而实际上,这个理论便是在误导用户。不可否认,摄像机要想照射更远的距离需要更大的能量,但这并不是取决于红外灯发出了多少红外光,而是取决于被摄像机选用了多少红外光。

  多芯片LED没有发光焦点,发光光学系统不合理,有用光效率也比较低.这些特点都成为它的致命伤。拿阵列式LED来说,只有一分钱硬币大小的面积,而电流则高达1000mA以上,散热就成为一个问题。而且多芯片LED的生产要求非常严格,每颗芯片都不能有一点性能上的差异,否则,一颗芯片坏掉,整机全部玩完。总体而言,相对于单芯片LED而言,多芯片LED的寿命是远远不够的。

  相比较而言,单芯片LED由于生产工艺简单,品质容易保证,发热量低,发光光学系统合理,是做红外灯较为理想的器件,理论上使用寿命可达10万小时以上。

  因此对于用户来说,要想保证红外灯的寿命,首先要选用高等级LED芯片,高等级芯片功率大,一致性好,发光效率高,同时散热性能出色,一颗高等级LED比普通的LED要好上很多,当然价格也非常昂贵。其次,光学系统设计要合理,发光均匀,利用率高,散热快。第三,严格控制电压,LED对电压非常敏感,电压稍高,LED管芯就会烧掉;略低,发光量又会大大降低。最好匹配高质量的开关电源。第四,输入电源线最好选用抗高、低温,超柔软抗弯曲的,以适应不同的环境。

  很多制造商或者工程商都极力向大家推销这一观点,让大家认为红外灯发射角度越大,选用镜头余地也越大,选择广角镜头不会出现“手电筒”现象,而这种说法其实是很不科学的。

  首先,大角度的红外灯如果配合小角度的镜头,存在光的浪费现象。比如,一盏红外灯,发光角度是80度(相当于f3.5mm镜头的角度),如果配合f35mm的镜头,那么,会有百分之九十九的光是在镜头视场以外,也就是说,只有百分之一的光是有用的,其他都浪费了。一般情况下,红外灯的角度与镜头的角度一致,效果是最佳的。

  其次,并不是红外灯角度越大,画面效果越好,有的场合,红外灯角度过大,还会影响成像。比如走廊,因其狭长的特点,如果红外灯角度大,近处边缘成像太亮,形成光幕现象,远处中心反而看不见,只有一片发白现象。所以,走廊的红外灯应该是镜头角度的二分之一或三分之一。

  总体而言,红外灯角度的问题既是选择问题也是技术问题。不同焦距的镜头选择相适应角度的红外灯,红外灯的角度在什么样的条件下也不应该大于镜头的角度,狭长环境应该选用比镜头角度更小乃至三分之一的红外灯。窄角的红外灯通过搭配,可以得到理想的广角效果,效果更佳,成本更低。

  最后还要提醒大家的是关于虚标的问题,无意冒犯,但由于众所周知的国情,市场上虚标F值的镜头大量充斥市场,尤其是变焦镜头,只标短焦,不标长焦,误导工程商,致使用户根本无法辨清谁家卖的是真货,谁家以次充好,因此还是建议用户到专业的大型厂家购买镜头,可能价格上会略高一些,但至少可以买个放心。

  在监控网络化大潮的推动和市场需求的驱动下,红外摄像机获得了实实在在的突破。随着摄像机技术的进步,夜视监控还在进一步的发展中,目前受到成本、画面清晰度、应用领域以及红外光波、激光等发光材料特有属性的限制,红外仍然为夜视监控领域最好的、最实际的解决方案,能够取得相对最佳的夜视监控效果,在道路监控照车牌领域也呈现了良好的效果,弥补了目前市场上的空白。新一代的高清红外摄像技术,必将在夜视监控领域引起一场新的技术革命,使人们的监控视野不断地延伸,从而满足不同应用领域对夜视监控的要求。随着人们对高清红外摄像机的认知度进一步提高和应用领域的扩展,及其所带来的规模化生产效应,生产成本必将大大的降低,从而使红外技术得以进一步推广和普及。

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