红外摄像机(Infrared camera)：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。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红外发光二极管作为红外摄像机的主要材料 。

研发背景

　　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，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。

　　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，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(一273℃)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CCD黑白摄像机或使用"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。

技术原理

　　红外线摄像机的原理特性

　　光是一种电磁波，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。

　　光是一种电磁波，具有与无线电波一样的本质。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。红外光线的波长在780nm～1000μm之间，位于无线电波与可见光之间。

　　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IR LED)

　　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(IR LED)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。由于目标市场和制造成本问题，很少有生产民用摄像机的安防厂家生产被动红外摄像机。

　　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。

　　成像原理

　　在夜视监控系统中，常规的办法是利用可见光照明，但这种方式存在不能隐蔽、容易暴露监控目标等缺点，因此使用较少，隐蔽、科学的夜视监控是采用红外摄像技术。红外摄像技术分为被动式和主动式。被动红外摄像技术是利用任何物质在绝对零度(-273℃)以上都有红外线辐射，物体的温度越高，辐射出的红外线越多。利用此原理制成的摄像机最典型的就是红外热像仪，但是，这种特殊的红外摄像机造价昂贵，因此仅限于军事或特殊场合使用。而主动红外摄像技术，是采用红外灯辐射“照明”(主要是红外光线)，应用普通低照度黑白摄像机、彩色转黑白摄像机或红外低照度彩色摄像机，感受周围景物和环境反射回来的红外光实现夜视监控。主动红外摄像技术成熟，稳定，成为夜视监控的主流。

　　红外一体化摄像机是将摄像机、防护罩、红外灯、供电散热单元等综合成为一体的摄像设备。它实现夜视的基本原理是利用普通CCD黑白摄像机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。红外灯的功率和角度，摄像机的配置，一定焦距的感红外镜头，以及是否有良好的供电散热处理是判断红外一体化摄像机性能的重要参数。

　　市场上也有许多产品是摄像机与红外线投射器分开的，这需要用户对红外灯和摄像机的性能有足够的了解，能够根据红外灯的角度、摄像机镜头参数等作合理的搭配。

结构种类

　　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。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)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 ～ 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。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μ W/m2 表示。一般来说，其红外辐射功率与正向工作电流成正比，很多厂家，不负责任的任意扩大发射功率，以求得红外距离的增加，其实是拔苗助长的短视行为，最终造成图象的高度刺眼泛白及寿命的减小

　　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，表明其工作电流对工作电压十分敏感。因此要求工作电压准确、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。

　　辐射强度为最大值的 50% 的角度称为半强度辐射角。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。

　　卤素灯泡加滤光片

　　照射距离较远，功率较大，但能量损失也大，因为加有滤光片，大部分可见光被滤掉而转变成热能，所以这种红外灯寿命很短，售后服务问题很多;

　　激光管

　　照射距离最远，但角度很小，如果角度调大以后，由于能量有限，所以距离相对而言又变短了。从而可以看出，激光管应用于安防业是很矛盾的;

　　LED发光二级管

　　这种的应用比较广泛，单管寿命很长，但管子多了，电流就大了，热量上去了，寿命就会缩短。同时，大电流还会有引起火灾的隐患。但是，这些弊端是可以避免的。

　　LED类红外灯产品分为有红爆和无红爆两类。

　　⑴有红爆产品使用波长为850nm的红外led发射管，使用中，近距离观察，红外灯会发出暗红色的光。

　　⑵而无红爆产品使用波长为940nm的红外led发射管，使用中，红外灯表面没有任何光亮，因此更隐蔽。

　　同一款摄像机，在850nm波长的感应度，比在940nm波长的感应度好到10倍。所以850nm这种有轻微红暴的红外灯拥有更高的效率，应当做为红外灯的首选。

主要特性

　　红外摄像机在监控摄像机中具有夜视距离远、隐蔽性强、性能稳定等突出优势，因而在夜视监控中占据了大部分的市场。

　　在安防电视监控系统中，随着人们安全防范意识的提高、对重要场所24小时连续监控电视监控的需要和红外成像技术的成熟，红外一体化摄像机的使用率越来越高，已逐渐发展成为一种趋势，不仅在银行、金库、博物馆、档案馆、图书文献库、监狱等重要部门应用，而且也在居民小区等一般电视监控工程中得到使用。

应用领域

　　中国市场上的红外摄像机主要是通过红外线滤光片实现日夜转换，即在白天时打开滤光片，以阻挡红外线进入CCD，让CCD只能感应到可见光;夜视或光照条件不好的状态下，滤光片停止工作，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。

　　但在实际中，红外摄像机经常会出现白天画面清楚，红外光条件下画面却变得模糊的现象。这是因为，可见光和红外光(IR光)的波长不一样，波长的不同，会导致成像的焦面位置不同，从而出现虚焦、画面模糊的现象。

　　而IR镜头采用了最新的光学设计方法、特殊的光学玻璃材料以及特殊渡膜和材质等先进技术，消除了可见光和红外光的焦面偏移。

　　特殊光学玻璃材料解决了红外摄像机红外对应清晰成像的问题，从而使可见光区到红外光区的光线都可以在同一个焦面位置成像，实现清晰的图像;特殊的渡膜技术则让红外光尽可能的透过去;多层镀膜还可以最大限度的抑制逆光条件下鬼影和闪光的发生，即使在逆光等不良条件下也可以获得相对高对比度的优质画面。

　　IR镜头的应用范围非常广泛，既可以作红外对应特殊用途，也可以用作普通镜头。换而言之，依据使用场合不同，红外对应镜头可以与常规的红外摄像机灵活地配合使用。红外摄像机没有红外截止滤光片，但是日光的波谱中也含有红外光，所以即使在日光条件下，红外摄像机的成像也会受到红外线的干扰。因此配用红外对应镜头可以有效提高成像质量

　　一般来说，红外灯辐射功率与正向工作电流成正比。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。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。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%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。晶片本身具有不同的功率，用常见的有10 mil、12 mil、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：同样是14 mil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Φ8MM的红外灯上，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。

发展前景

　　俗语说有需求便会有市场，很快市场上便出现了专业提供850NM和940NM波长红外灯的供应商。红外灯板上也没有加上光敏电阻，一通电便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CCD芯片面世后，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上应用起了滤光片，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红外线进入了滤光片，时称“双通滤光片”，双通滤光片往CCD上一粘，白天偏色不是很严重，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”，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的红外线进入，而一旦有红外线进入时，就会引起DSP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RGB色调的能力，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戴上了太阳眼镜，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“IR CUT”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“IR CUT”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“IR CUT”摄像机作出过贡献，但其还是无法占领市场。

　　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CCD红外摄像机”。

　　双CCD红外摄像机，顾名思义有两个CCD板，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CCD红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CCD上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“IR CUT”，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CCD红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CCD板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，乔安科技在双CCD红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，也从根本上解决了因光线变化不停切换的问题。

　　但据笔者研究，至目前为止，双CCD红外摄像机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。

选购方法

　　红外摄像机的选择最重要的问题是红外灯与摄像机、镜头、防护罩、供电电源等成套性。市场上大多是摄像机和红外线投射器分开的，这样我们在设计方案时就必须对所有的器材统一考虑，是选择黑白摄像机搭配红外灯呢，还是用彩色转黑白的摄像机?还有安装方式和防水方面的考虑。一般来说，黑白摄像机采用的CCD传感器有很宽的感光光谱范围，其感光光谱不但包括可见光区域，还延长到红外区域，利用辅助红外灯照明就可在CCD传感器上清晰的成像，而普通彩色摄像机其感光光谱只在可见光区，因此不能适用于红外灯泡照射摄像;日夜两用型摄像机采用两个CCD进行切换或者采用一个CCD传感器，利用数字电路的切换也可以实现红外灯泡照射摄像，但存在黑白照度偏高或对彩色有不利影响等缺点。除此之外，还有一体化的红外线摄像机，就是将摄像机、镜头、防护罩、红外灯等集中在一起，典型的产品如富视康公司的FI-930C和FI-970C，这两种采用优质的铝型外壳，通过一次成型的生产工艺，使产品的防水级别达到IP55等级，可以在室内室外通用，由于采用一体化的设计，就自然降低了施工和调试的难度。

　　随着红外夜视系统的迅速发展，红外灯生产供应厂家也会增加，但红外线产品并非象有的人想象的那样容易，在技术、检测仪器设备等方面条件也不同，希望用户多多加比较，慎重选择。

　　用户使用红外灯首先要仔细阅读使用说明书，特别是为保证人身设备安全的注意事项。检查前面所讲述的配套性方面是否达到要求，应考虑到的影响因素是否考虑到，如未达到要求，可及时调整所用器材。

安装事项

　　红外摄像机，尽量避免直射光源，因为红外灯电源控制部分是根据安装在红外灯板上的光敏电阻来控制红外灯的工作电源开启与否的。

　　红外摄像机视场内应尽量避免有全黑色物体、空旷处、水等吸收红外光线的物体，CCD摄像机配套的红外灯是靠发射红外光在物体上反射到CCD摄像机镜头上成图像的，如果红外光被吸收或减弱，将会大大地削弱红外灯的有效照射效果。

　　⑴ 请勿将此产品摔落地上或受强烈敲击;

　　⑵ 除非经指示，否则勿自行拆开机器;

　　⑶ 使用前请先确定电源是否为指定的电压;

　　⑷ 避免对准强光(如阳光、照明灯等处)，否则容易引起过亮或拉光现象(这并非故障)，也将影响CCD 寿命;

　　⑸ 避免置于潮湿、多尘、极热、极冷、强电磁辐射等场所;

　　⑹ 若发现异常情况请拔掉电源并及时与当地经销商联系。