红外线在无光源或夜间环境中,和摄影机配置使用,可以撷取较佳画质的影像,以达到日夜全天候24小时的监视效果。
何谓红外线(Infra-Red)?
虽然红外线对人类肉眼而言是不可见光,但在黑白摄影机中却是可见光,俗称「黑光」(Black light)。红外线的波长介於700nM至1000nM之间,当红外线灯与摄影机搭配使用时,摄影机的波长曲线会由400nM~700nM延伸至940nM。将红外线应用於监视系统中,可延长CCD摄影机波长的曲线,进而提升黑白摄影机的灵敏度,不但可以补充无光源的环境或夜间摄影时的光源,也可以帮助提升影像的画质。
红外线投射灯的类型 红外线投射灯的设计一般分为LED型及卤素灯式。 配置时,则须注意∶ 红外线灯灯泡寿命有固定期限,属消耗品,换装容易,可自行更换。
一般而言,制造红外线的滤光片可分为730 nM、840 nM、940 nM等三种波长。选择时可从产品侦测效果、寿命长短、消耗电源及成本的高低来做考量。730 nM的波长呈现一般红光,如交通号的红灯;840 nM是隐约可见的红光,属於半覆盖型。至於940nM则是完全覆盖的不可见光,属於全覆盖型。虽然波长730nM的滤光片在外表比840nM及940nM明亮、照射的距离也较长,但是因为工作时呈现刺眼的亮红色,因此较难被使用者接受。目前940nM滤光片的成本最高,而840nM由於接近摄影机最佳波长880nM,因此是目前最常使用的滤光片。
摄影机与红外线的搭配
CCD摄影机本身必须具备3个条件,搭配红外线光源才能拍出好效果。
灵敏度高、照度低;
杂讯比高;
感光度高,接收红外线的能力强。
一般而言,CCTV的镜头是在可见光源下使用(400nM~700nM),当使用於夜间时,镜头的补光能力必须达到最大(选F值最小),但如此一来,会造成图像深度不够、影像失焦的情形。因此,如果选用固定式镜头,使用者必须在低光源环境及焦距深度上作折衷;但是如果使用自动光圈镜头,就没有这个问题,因为镜头在低光源的环境下会自动将孔径开到最大(即最小F值)。
此外,因可见光与红外线有不同的波长,因此在两种光源的环境中,镜头的焦距必须调整。且红外线在840~940nM的波长下,镜头的焦距需要较大的调整。因此具备零焦距调整功能的镜头,在无人或远端监控的管理上是一大突破。
在红外线机体结构的设计上,防水处理及散热等方面是很重要的。若无完备的防水功能,机体容易导电,甚至产生电击,施工人员会有触电的危险;而散热不佳,会使灯泡的寿命减短。目前厂商常使用风扇以达到降温的效果,但是效果并不好,风扇在高温下工作容易故障,且机体的对流风孔也不容易达到防水功能。近来便有厂商开发出以散热片的原理,采用高硬度的铝材,配合光束,以圆筒锯齿状的外型,作360°的放射状散热,达到冷却的目的。
LED式
LED式红外线投射提供约6,000小时的长时间寿命,具备消耗电流低、寿命长、成本较低及维修容易等优点。但是与卤素灯式的产品相较,LED式的效果较不足,因此比较适合用於室内距离较短,配合灵敏度较高的摄影机使用。
卤素灯式
卤素灯式虽然电流消耗较大、寿命较短、成本也高,但是可以提供不同距离、角度与波长的红外线(730nM、840 nM、940 nM)。730nM外表比其他两者明亮,然而成本却以940nM的最高。一般卤素灯式的红外线投射光束,可分为窄角(Spot)10°与小广角(N Flood)30°(图3、4)。而因为品牌的不同,光束的角度略有差异。
为了达到侦测良好效果,镜头与红外线的投射角度适当的调配是必要的。例如∶长距离开放式的景色最好使用长距离伸缩镜头16mm-160mm,配置窄角10°双灯式红外线灯;或10mm-100mm的镜头搭配窄角10°与小广角N Flood 30°双灯式红外线灯使用。
红外线灯的运用
并非所有在夜间或无光源的环境都可配置红外线灯使用,如在空旷地区、水平面、大草原、被照物反光系数低等不理想的环境,就算配置红外线,监视的效果也会大打折扣,甚至没有效果。因此装设红外线摄影机後的实际效果,必须视侦测的距离、景象的反射、气候的条件、摄影机的灵敏度及镜头的功能等因素而定。
此外,目前红外线灯也可进行远端控制,除电源控制器内建遥控开关器,如∶红外线遥控操作的远端手动控制方式外,尚有CDS光电导管光源自动控制。CDS式的设计是当光度降到35Lux时,CDS开始启动,随著光度的下降,开始逐步渐进地补光,当光度降到10Lux时,红外线完全开启,达到完全补光的效果。CDS的设计可以避免瞬间开关使得影像呈现忽明忽暗或反白的现象。
红外线灯的配置与架设在配置红外线灯时,基本步骤有三∶
* 步骤一∶确认摄影机的位置与角度;
* 步骤二∶选择理想的红外线灯(距离、角度),在适当的位置固定架设;
* 步骤三∶确认电源、电压,将插头插入电源座,如在室外,须做好电源接头防水措施。