红外摄像机原理特性及发展前景分析

　　随着市场需求的不断增大，安防产业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。当然，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。
　　红外摄像机原理特性
　　红外灯按其红外线辐射机理分为半导体固体发光(红外发射二极管IRLED)

　　红外灯和热辐射红外灯两种。在CCTV红外摄像机中前者使用较多。
　　红外发射二极管(IRLED)红外灯的原理是：由红外发光二极管矩阵组成发光体。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，为普通CCD黑白摄像机可感受的范围。
　　红外发光二极管的发射功率用辐照度μW/m2表示。红外二极管的最大辐射强度一般在光轴的正前方，并随辐射方向与光轴夹角的增加而减小。辐射强度为最大值的50%的角度称为半强度辐射角，即半功率角。不同封装工艺型号的红外发光二极管的辐射角度有所不同。
　　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(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小。
　　一般市场上主要采用红外发射二极管的红外灯，其原理及特性我们介绍如下：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(常用砷化镓GaAs)制成PN结，外加正向偏压向PN结注入电流激发红外光。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μW/m2表示。针对这一情况，富士康公司FI-930C和FI-970C在设计时充分考虑了这个问题，采用高效率发光二极管，在摄像机里面内置散热系统，使摄像机稳定工作时间达到25000小时！
　　红外线是一种光波，它的波长区间从几个纳米(nm)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，波长比红光长的称为红外光。红外光线的波长在780nm~1000μm之间，介于无线电波与可见光之间。
　　红外灯是红外摄像机的核心部件，市场主要有两种类别，一种是传统型的圆珠LED灯，是比较传统和常用的一种红外光源，后来封装不同的“食人鱼”红外灯，也可将之划分为传统红外灯；另一种是两年前风靡一时的“阵列式”红外光源，其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%以上，这也正是“阵列式”红外防水摄像机照使所有物体“太白”的原因。夜间，人脸和衣服在图像上很难区别开来。另外，其发热量无法像传统红外灯一样固定在监控摄像头的镜头周围，市场上所见到的“阵列式”红外摄像机，多为灯板与镜头分离，红外灯分别固定在上下或是左右两侧。
　　红外光源关系到监控摄像机的寿命和距离，一般来说，红外灯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。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。
　　红外摄像机其实就是将监控摄像机、防护罩、红外灯、供电散热单元等综合成一体的监控设备。目前监控工程中最常用的红外防水摄像机是主动红外，由LED发出红外线，利用CCD或CMOS可以感受红外光的光谱特性(即可以感受可见光，也可以感受红外光)，配合红外灯作为“照明源”来夜视成像。市场上以发射波长850nm和940nm的红外LED为主。早期的红外夜视系统不是用在民用的，主要应用于军事方面，但由于主动红外夜视系统发射红外线，易于被敌军发现，因而在军事上已基本被淘汰。军事领域主要用红外热成像仪(即被动红外摄像机)，其摄像系统能感应绝对零度(-273℃)以上的物体发出的红外线辐射，物体的温度越高，辐射出的红外线越多并且容易成像。
　　红外摄像机发展前景
　　红外摄像机厂家是顺应了我国特殊的市场需求。据了解，国外市场基本上不生产红外摄像机。其原因，一个是红外摄像机本身是一个高温产品，在大多数监控环境下都是潜在的危险因素，如煤矿监控、工业监控等等；第二是红外摄像机的低价竞争严重影响了产品寿命。据调查，普通的红外摄像机使用寿命一般不到一年。
　　产品使用寿命短对于红外摄像机厂家来说也许是更多的利润空间，然而对于终端用户来说却是损害了消费者的利益。红外摄像机市场势不可挡，因此各红外摄像机厂家也在不断开发更具性价比的产品。
　　目前红外摄像机市场占有率最高的还是LED红外摄像机，但绝大多数产品照射范围只能达到100米以内。在应用方面，红外摄像机主要还是应用于民用领域。红外摄像机经过了几年的发展，市场也在不断更新换代，近期摄像机市场上又出现了能在夜间不用可见光也能像白天一样从机器上直接观察人和物的激光夜视摄像机。
　　激光夜视摄像机技术不同于热红外成像技术和微光夜视技术，热红外成像技术只能看到人和物体的热轮廓，看不清物体的真实面目。微光夜视技术需要一定的月光、星光和环境光才能看到物体，如果没有光就什么也看不到。利用红外灯辅助照明虽然也能看到目标，但都不能克服红外光暴，不能隐蔽观察，容易自我暴露目标，图像受光波干扰，达不到像黑光夜视摄像仪一样的可视效果和清晰度。
　　红外摄像机厂家的发展还需要很长的过程，红外摄像机在某些功能上有它的优势，但是红外摄像机厂家不能以牺牲产品寿命为代价，怎样解决红外摄像机寿命短、散热差等问题也是红外摄像机厂家在红外摄像机未来发展中要解决的命题。希望我国的安防产品在保证产品质量的前提下，能为用户带来更实用的功能。
　　众所周知，人的眼睛能看到的可见光按波长从长到短依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫，而数码摄像机用CCD感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CCD之间加装了一个红外滤光镜，其作用就是让一定波段内的红外光通过，吸收或反射可见光和紫外线。目前大多数的红外摄像机采用LED红外发光二级管作为红外摄像机的主要材料。
　　红外摄像机监控有以下几方面的发展趋势：
　　1、视频监控向室外发展，室外监控向夜视发展，夜视的发展方向基于红外，这个趋势已成为摄像机行业的发展趋势。
　　2、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、网络化和智能化。
　　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CCD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。