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红外摄像机突破单一模式走向多元化

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    红外摄像机自从其诞生之初,即以其可在全黑的环境中获得有效图像的优势得到不少用户的喜爱,且经过发展,其已在较多领域中使用,并占有相当份额。但红外摄像机目前的一些缺陷不容忽视,如散热、寿命等问题,而不少厂商也逐步推出其它类型的产品, 以吸引更多人的眼球。

    提起红外摄像机,相信一定有不少人会立即联想到“黑夜、透视”等字眼。的确,红外摄像机是由于普通型摄像机在夜间无法得到清晰的视频图像而诞生,由于其在全黑的环境中仍然可获得有效图像的特点,而获得不少用户的青睐。时至今日,红外摄像机已迅速在较多的领域内占有相当的份额,大有“一发不可收拾”之势。因此有业内人士表示,红外摄像机的红火实际上是中国特有的现象,所以近年来也有部分进口品牌,为适应中国本土化,开始研发红外摄像机。

问题虽多,逐一解决
    深圳市翔飞科技有限公司市场部区域经理杨党党说道,红外摄像机近几年的发展可以说是突飞猛进,其所占的市场份额也逐年增加,以翔飞公司的产品体系为例,其中80%为红外摄像机。但不容忽视的是,由于红外摄像机的价格低廉,技术门槛较低,仍存在不少缺陷需要不断改进,因此当前主要应用于低端市场,在中高端领域中甚少使用。

    虽红外摄像机的市场占有率不断上升,但在长期使用过程中其所暴露出来的缺陷已让不少用户“既爱又恨”,如散热、偏色、红暴现象等。深圳市佳信捷电子有限公司总经理王强也表示,正是基于此,在某些“平安城市”项目应用中已禁止使用红外摄像机。

散热处理
    红外摄像机的散热问题由来已久,这也是令不少生产厂家头疼不已的问题。深圳翔飞杨党党解释,红外摄像机最大的功耗来自红外灯,不少厂家为追求夜视效果,刻意提高红外灯功率,以达到夜间良好的视频监看效果。据业内人士介绍,LED灯从电能转化为光能的效率最多只有25%,而为照射更远距离简单地加大其工作电流只能适得其反,另外的75%电能都转化为热能,导致其热量升高,若热量长期排不出去,不仅对红外灯自身造成损害,也会对摄像机CCD寿命造成一定影响。因此红外摄像机的散热问题,虽目前还未彻底解决,但不少厂家也针对此问题作了相应的改进。

    天津市亚安电子科技有限公司产品工程师史立娜说,使用红外灯需要在其结构安装、电路设计上都特别注意。因热气是上升的,若红外灯安装得较为靠下,会导致热量上升影响到摄像机工作,因此LED灯安装要较为靠上;另外红外灯在电路设计上,使用红外灯的开启与摄像机的日夜转换功能联动控制方式,当摄像机转换为夜模式时红外灯自动开启,补偿摄像机在夜模式下的图像亮度,提高图像的清晰度,这也是对厂家电路设计一个非常重要的考验。

    将红外灯与CCD进行隔离,也是一些厂家的做法。广州美电贝尔电业科技有限公司授权设计工程师张雨坤说,其公司采用两个玻璃片将CCD、镜头与红外灯相互隔离,中间采用铁环,并将铁环突出在外,这样可散发掉部分热量,能降低摄像机工作的环境温度。

    另外,也有厂家在红外摄像机内添加散热片或风扇。如佳信捷的王强介绍,可在红外灯板下安装一层铝基板,利用铝基板的导热性将热量充分导至外壳。针对这点,上海肯通电子有限公司研发部经理黄意哲解释说,以前的红外灯板采用的是玻纤板,导热系数较低,而现在采用的铝基板导热性能较为良好,且由于红外灯安装在铝基板上,热量可通过红外灯支架脚传至铝基板上,进行散热。而红外摄像机较多采用Sony  CCD,CCD最高耐温为65℃,如果红外灯发出的热量最高不超出65℃,则不会损害摄像机。因此,采用优质红外灯,才是解决散热问题的根本所在。[nextpage]

    除以上方法外,还有一些厂家直接采用金属外壳进行散热。“所有热量均需通过外壳散发出去,但一些小的厂家为偷工减料,甚至采用塑料外壳,致使导热性能降低。”翔飞杨党党说道。而据业内人士表示,金属外壳导热是一种较为直接的方法,但密封性需特别注意,以防摄像机进水或出现起雾现象影响视频效果。

色彩偏差
    红外摄像机在使用期间,有部分用户反映,白天看到的视频图像色彩存在偏差。针对此种现象,广州美电贝尔张雨坤解释说:“所有的CCD都可感受到红外光,但在可见光的情况下,红外光属于杂光,其会降低色彩的还原性和图像的清晰度。”

    因此对于出现色彩偏差现象,多数厂家采用单滤光片切换来解决。即在白天移入(插入)滤光片,滤除红外光(阻挡红外光进入),使CCD仅只感应可见光以获得理想的图像效果;而在夜间移去滤光片,使红外光进入,以便呈显较为清晰的视频图像,但相对而言整体造价会有提高,且由于滤光片来回频繁切换,稳定性也会相对降低。

    同时,深圳佳信捷的王强又指出:“也有采用双滤光片的,相比于单滤光片,可更好地解决色彩偏差问题,其实现方式包括机械方式与电磁切换两种,其中机械切换是采用齿轮切换,若长期频繁切换,齿轮容易被卡住,可能导致无法切换;而电磁切换内部是采用铜线吸磁,但时间长久后铜线易互相缠绕,这两种方法各有缺陷。”因此,其公司将这两种方式结合在一起,不需齿轮,移动部位采用伸缩环,这样不仅降低成本,也不易出现故障问题。

    实际上,目前一体机所采用的滤光片切换方式为夜间模式,即借助感光器件来判断外部光的照度,当光线较暗时控制滤光片切换,同时控制红外灯开启。另一种控制方式为借助外部手控信号,强制控制滤光片切换和红外灯开启。上海肯通黄意哲表示,白天/夜间自动切换模式较为普遍,采用感光器件自动感应,采集到环境照度升或降到一定的Lux值时,自动完成白天或夜晚模式的切换。

红暴现象
    在夜晚红外摄像机的图像上会出现红色的“小点”,此种现象被业内人士称之为“红暴”,“红暴其实并不是红外摄像机本身的器质问题,应该算是红外光成像的技术原理问题,也并不是说出现红暴即不好。”广州美电贝尔张雨坤解释道。

    据了解,目前红外摄像机厂家所使用的红外灯通常是850nm波长,而采用波长在900nm以上的红外基本无红暴现象出现,其中940nm波长的红外灯最佳,波长越短,红暴越强。而市面上出现的红外灯主要有两种,即850nm的主流红外灯与具有轻微红暴的860nm红外灯。美电贝尔张雨坤表示,CCD对有轻微红暴的红外光比完全无红暴的红外光感应能力要好一半以上,因此在采用双滤光片时,建议采用轻微红暴的红外灯。

    但上海肯通的黄意哲认为,850nm红外光因有红暴现象,在工作时显红色,会令心怀不轨者有意避开摄像机。940nm红外光因无红暴点,摄像机安装位置不会被看到,但940nm波长的红外光穿透力较强,照射距离较远,反射回来的光较少,这样一来CCD能感受到的光也会相应减少。其公司目前也在研发940nm波长的红外灯,并将其接近850nm的效果,可更好地利用于红外摄像机中。[nextpage]

红外灯角度
    部分用户在使用红外摄像机之后,会发现视频图像有“手电筒”现象,即红外灯照射区域较亮,其它区域则较暗。

    广州美电贝尔张雨坤解释道,红外灯角度越大,所照射的范围越广,但距离较近,反之亦然。而手电筒现象则是因红外灯角度与镜头角度不相匹配造成的,若其照射角度较大,而镜头角度较小,就会出现如手电筒光束一样的现象,因此红外灯的角度并不是越大越好,而是需要与镜头角度相匹配。

    目前红外灯的角度包括5°、15°、20°、30°、60°,甚至180°等。据上海肯通黄意哲解释,红外灯的角度影响因素主要有两方面,其一是红外灯芯片安装在支架的底座时的角度,另外红外灯外部的模壳所安装的角度也会影响整个LED灯的角度,因此红外摄像机所使用的红外灯的角度需特别注意。

    另外,由于镜头角度是较为固定的,如3.6mm的镜头为80°,16mm镜头角度为15°,因此厂家在安装LED灯时要充分考虑镜头和红外灯的角度,所选用红外灯角度需与镜头相匹配,才可达到令人满意的视频效果。

多元化产品,满足多元化需要
    红外摄像机发展至今,其产品形态主要为红外一体机。而随着用户对监控要求的不断提高,单一的一体机早已满足不了日益高涨的需求,因此不少厂商开始生产其他类型的红外摄像机,如红外高速球、一体化红外云台、网络红外摄像机等,可在一定程度上满足用户要求。

红外高速球
    在监控范围较广、点位较多的情况下,高速球发挥着重要的作用,但在夜间光线不好的情况下,球机处于基本“无用”的状态,因此在高速球机中添加红外灯照明,不仅可充分实现高速球的多方监控,还可实现夜间监控。

    红外高速球的实现方式有两种:将红外灯安装在一体化机芯周围,或安装在球罩上,其中在球机内安装红外灯是一种较为普遍的方式。资深业内人士也表示,球机装上红外灯就是问题的开始,如视频效果、温度、反射、雾状冷凝水等问题也会由此产生。

    深圳佳信捷王强也表示,红外高速球可在其内部安装一个风扇加强散热,另外所采用的金属球罩,也可将热量快速导出去。但高速球球罩的“曲面折射”问题却是一个需要解决的问题。由于球罩透镜呈弧形,不是平面,所以产生的光折射对清晰度的影响要比平面透镜大得多。但亚安史立娜则表示,这个问题可将摄像机的视窗口玻璃做成平面,由此可在一定程度上减少“曲面折射”的影响。

    而一些厂家也会将红外灯安装在球罩外,可直接感应红外光,避免球罩“曲面折射”问题。但球机在变焦过程中,若红外灯的角度过大,也会产生曝光现象。即球机焦距变大视角变小成狭长视区时,而红外灯的过大的角度并没有改变,这样就会易导致近处边缘的成像就会太亮,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,红外灯与镜头的两个焦点也要匹配,以免红外灯功率过高造成光浪费,过低达不到效果。佳信捷的王强认为,由于红外灯的焦点是固定的,所以红外高速球的不同变倍可采用不同角度的红外灯,与变倍高速球匹配成不同的组合。红外高速球目前还不够完善,仍有很多问题需要解决,因此在长期的实践过程中,会继续改进。[nextpage]

一体化红外云台摄像机
    深圳市明日实业有限公司研发部经理何华波表示,一体化红外高速云台摄像机通常由“红外一体机+普通云台”构成,其与红外球机相比,最大优势是俯仰角度可达-85°〜30°,且经过改装后最大可达到85°,因此视野有进一步扩大。

    除此之外,此种红外云台摄像机还可安装高变倍摄像机,并有效避免如红外球机球罩的“曲面折射”现象。明日公司的何华波解释说:“该类型摄像机护罩玻璃为平面,不是弧形,因此摄像机图像的还原性较好。”

    而散热仍是一个较为受人关注的问题。何华波说,市面上出现的红外云台摄像机通常中间为一体化摄像机,两边则分别安装红外灯,其采用两个红外灯板,分别对红外灯供电。其中一个红外灯角度较大,另一个则角度较小,这两个角度所交叉的区域,亮度更强,而无交叉部分,监控范围则更大,可获得较为全面的监控图像。

网络红外摄像机
    近年来,网络摄像机以不受地域限止、不需额外布线等优势受到广泛关注,而目前网络红外摄像机也悄然出现,以使其也可满足夜间监控的要求。

    据了解,网络红外摄像机不仅延续普通网络摄像机的即插即用、工程实施便利、系统扩充方便、跨区域监控、无距离限制等诸多优势,还因具备红外灯可实现日夜监控,多方面满足用户的需求。“但IP红外摄像机中若网络模块、CCD模块、红外灯一起运行的话,热量是非常大的。”上海肯通黄意哲不无担忧地说。

    针对此方面,ACTI技术支持工程师王春表示,其公司所生产的网络红外摄像机对于散热有多种处理方法,即使用相对功耗较低的LED灯,并将红外灯尽量远离CCD,另一方面还改进散热方法,如增加散热片等。其又同时表示,网络红外摄像机目前还仍有结构设计的门槛需要解决,但对于越来越普遍的网络时代,其作为未来的一个发展趋势是不容忽视的。

结语
    翔飞杨党党表示,目前红外摄像机的市场较为混乱,很多厂家大打价格战,不但会对市场造成冲击,还损害了厂商自己的利益。因此红外摄像机厂家不仅需要生产出不同类型、多种功能的摄像机,还应树立品牌意识,朝品牌化方向发展。另外红外摄像机经过多年发展,其技术已较为饱和,虽还有问题亟待解决,但各厂家已争相提出解决方案,以满足更多的用户的需要。

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