【安防知識(shí)網(wǎng)】紅外線原理概述

　　在自然界中，任何物體只要它的溫度高于絕對(duì)零度(-273℃)，就存在分子和原子無(wú)規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，其就會(huì)不斷地輻射紅外線。

　　紅外線輻射又遵循黑體定律。黑體簡(jiǎn)單地說(shuō)就是在任何情況下對(duì)一切波長(zhǎng)的光的入射輻射、其吸收率都等于1的物體，也就是說(shuō)全吸收。顯然，自然界中實(shí)際存在的任何物體對(duì)不同波長(zhǎng)的光的入射輻射都有一定的反射(吸收率不等于1)，黑體只是人們抽象出來(lái)的一種理想化的物體模型，但黑體熱輻射的基本規(guī)律是紅外研究及應(yīng)用的基礎(chǔ)。

　　紅外線攝像機(jī)技術(shù)原理

　　紅外攝像技術(shù)分為被動(dòng)紅外攝像技術(shù)和主動(dòng)紅外攝像技術(shù)。

　　被動(dòng)紅外攝像技術(shù)是利用任何物質(zhì)在絕對(duì)零度(-273℃)以上都發(fā)射紅外光的原理，人體和熱機(jī)發(fā)出的紅外光較強(qiáng)，其它物體發(fā)出的紅外光相對(duì)微弱，利用特殊的熱紅外夜視儀可以實(shí)現(xiàn)夜間監(jiān)控。但這種特殊的熱紅外夜視儀造價(jià)昂貴，而且不能直觀、清晰地反映周圍環(huán)境狀況，因此在通常的夜視系統(tǒng)中較少被采用。

　　主動(dòng)紅外攝像技術(shù)，即利用紅外燈來(lái)產(chǎn)生紅外輻射，發(fā)出人眼看不見(jiàn)的紅外光去照射景物和環(huán)境，即可使用普通低照度CCD黑白攝像機(jī)或“白天彩色夜間自動(dòng)轉(zhuǎn)黑白”的攝像機(jī)或“紅外低照度彩色攝像機(jī)”去感受周圍景物反射回來(lái)的紅外光，從而實(shí)現(xiàn)夜視功能。(如圖1)

　　現(xiàn)階段的紅外攝像系統(tǒng)基本配置是：攝像機(jī)、鏡頭、紅外燈、紅外燈電源等。這里所指的攝像機(jī)要求是低照度攝像機(jī)，且紅外燈發(fā)射的紅外光能夠被該攝像機(jī)接收，鏡頭也要求能感應(yīng)紅外光，其主要指標(biāo)F值(通光量)越小，夜視效果越好。攝像效果的好壞，與攝像機(jī)及配套器件的合理選用有直接的關(guān)系。

　　攝像機(jī)靈敏度是當(dāng)被攝景物的光亮度低到一定程度而使攝像機(jī)輸出的視頻信號(hào)電平低到某一規(guī)定值時(shí)的景物光亮度值，攝像機(jī)的靈敏度越高，對(duì)微弱光的感應(yīng)能力也就越強(qiáng)。當(dāng)然，靈敏度越好攝像機(jī)價(jià)格也越昂貴。有的攝像機(jī)廠家，隨意提高輸出信號(hào)強(qiáng)度，靈敏度不錯(cuò)，但信噪比很差，導(dǎo)致圖像“雪花點(diǎn)”很多，像質(zhì)惡劣。

　　不同規(guī)格CCD的攝像機(jī)會(huì)較大地影響到紅外攝像機(jī)的圖像效果。目前CCD攝像機(jī)規(guī)格有1/2"、1/3"、1/4"。l/3"CCD的光通量是1/2" CCD的44%，1/4"CCD的光通量是1/3" CCD 的50%，可見(jiàn)1/2"攝像機(jī)晚間圖像效果最好，所以可以根據(jù)不同的環(huán)境和監(jiān)控要求來(lái)選擇不同規(guī)格的攝像機(jī)。

　　所有攝像機(jī)都感應(yīng)紅外，紅外線在可見(jiàn)光條件下對(duì)于攝像機(jī)來(lái)講是一種雜光，會(huì)降低攝像機(jī)的清晰度和色彩還原，彩色攝像機(jī)的濾光片就是阻止紅外線參與成像。要想使彩色攝像機(jī)感應(yīng)紅外線，現(xiàn)在有兩個(gè)做法，第一，切換濾光片，在可見(jiàn)光條件下?lián)踝〖t外線進(jìn)入;第二是在無(wú)可見(jiàn)光的條件下移開(kāi)濾光片，讓紅外線進(jìn)入，這種方案圖像質(zhì)量好。(如圖2)

　　紅外攝像機(jī)鏡頭的選用

　　[nextpage]鏡頭的通光量或相對(duì)孔徑，決定了鏡頭的通光能力，相對(duì)孔徑F1.0的鏡頭通光量是相對(duì)孔徑F2.0的鏡頭通光量四倍。同樣的攝像機(jī)、紅外燈，上述兩種鏡頭，紅外作用距離可相差一倍。大孔徑鏡頭比常規(guī)普通鏡頭通光量好四到十倍，按理說(shuō)應(yīng)該成為紅外夜視監(jiān)控的必須配套產(chǎn)品，但由于成本高昂，制作技術(shù)難度大，絕大多數(shù)紅外產(chǎn)品制造商不具備供貨能力。

　　紅外燈選用

　　光是一種電磁波，其波長(zhǎng)從幾個(gè)納米(1nm=10?9m)到1毫米(mm)左右。人眼可見(jiàn)的只是其中一部分，稱其為可見(jiàn)光，可見(jiàn)光的波長(zhǎng)范圍為380nm～780nm，可見(jiàn)光波長(zhǎng)由長(zhǎng)到短分別為紅、橙、黃、綠、青、蘭、紫光，波長(zhǎng)比紫光短的稱為紫外光，波長(zhǎng)比紅光長(zhǎng)的稱為紅外光。夜視系統(tǒng)中紅外燈的選用，會(huì)直接影響到攝像機(jī)的成像效果。

　　紅外鹵素?zé)羰且环N較傳統(tǒng)的技術(shù)，其能耗高、發(fā)熱量大、使用壽命短，使用效率低下，所以逐漸被較少選用。LED紅外燈因其造價(jià)低，已成為目前使用最多紅外發(fā)光設(shè)備,其缺點(diǎn)為照射距離近(單個(gè)LED的光學(xué)輸出為5mw-15mw)、角度小(7至12度)光線分布不均等。

　　多芯片LED(還有LED陣列)，LED紅外燈照射距離不夠是因?yàn)槟芰坎粔?，更多的芯片集合在一起，?dāng)然能量就大，照射距離更遠(yuǎn)。但因可能組成結(jié)構(gòu)上的缺點(diǎn)，使得多芯片LED沒(méi)有發(fā)光焦點(diǎn)、發(fā)光系統(tǒng)不合理，造成有用光效率比較低。LED紅外燈發(fā)熱量大，多芯片LED發(fā)熱量更大，所以散熱問(wèn)題很重要，會(huì)嚴(yán)重影響壽命。

　　單芯片LED生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，品質(zhì)容易保證，發(fā)熱量低，發(fā)光光學(xué)系統(tǒng)合理，是做紅外燈理想的器件，理論上使用壽命可達(dá)10萬(wàn)小時(shí)以上。

　　紅外燈的最大照射距離取決于天氣條件、物體的反光率和周圍的光照水平，紅外聚光燈最遠(yuǎn)的投射距離如下，該數(shù)值為理想值，非絕對(duì)。

　　·500W=150至200米;

　　·300W=80至120米;

　　·50W =15至30米;

　　·30W =5至15米。

　　紅外燈視角也不是越大越好，所以說(shuō)，有人認(rèn)為紅外燈發(fā)射角度越大，選用鏡頭余地也越大，選擇廣角鏡頭不會(huì)出現(xiàn)“手電筒”現(xiàn)象。使用大角度的紅外燈配合小角度的鏡頭，存在光的浪費(fèi)現(xiàn)象。一般情況下，紅外燈的角度與鏡頭的角度一致，效果是最佳的。

　　安裝注意事項(xiàng)

　　紅外攝像機(jī)，盡量避免直射光源，因?yàn)榧t外燈電源控制部分是根據(jù)安裝在紅外燈板上的光敏電阻來(lái)控制紅外燈的工作電源開(kāi)啟與否的。

　　紅外攝像機(jī)視場(chǎng)內(nèi)應(yīng)盡量避免有全黑色物體、空曠處、水等吸收紅外光線的物體，CCD攝像機(jī)配套的紅外燈是靠發(fā)射紅外光在物體上反射到CCD攝像機(jī)鏡頭上成圖像的，如果紅外光被吸收或減弱，將會(huì)大大地削弱紅外燈的有效照射效果。

　　紅暴問(wèn)題

　　波長(zhǎng)超過(guò)700nm的光線叫做紅外光，波長(zhǎng)900nm以上的紅外燈基本上無(wú)紅暴，波長(zhǎng)越短，紅暴越強(qiáng)，但紅外線感應(yīng)度也越高。

　　現(xiàn)在市場(chǎng)上有兩種主流紅外燈，一種是有輕微紅暴的，波長(zhǎng)在850nm左右;一種是無(wú)紅暴的，波長(zhǎng)在940nm左右。同一款攝像機(jī)，在850nm波長(zhǎng)的感應(yīng)度，比在940nm波長(zhǎng)的感應(yīng)度要好到10倍。所以850nm這種有輕微紅暴的紅外燈擁有更高的效率。