‧ 探討紅外攝影機的組成部分及功能分析

安防監控網原創 作者：沙子

　　2001年12月，全球第一台紅外攝影機誕生，這標誌著安防第一次突破自然環境的局限，在黑暗環境下獲取高品質的畫面成為可能。

　　據有關資料提供的資料，在2007年北京的安防工程項目中，紅外攝影機的佔有率已經超過58%，到2008年甚至達到了63%。近兩年來，紅外攝影機的平均增長速度高達20%;按照這樣的速度，預計從2012年到2015年，紅外攝影機的市場佔有率應該和普通攝影機相當，甚至超過普通攝影機。

　　應說，紅外攝影機能夠獲得如此快速的發展脫離不了兩方面的推動：第一，紅外攝影機技術的發展，第二，人們對夜間監控需求的提升。當然，本文並不旨在討論紅外攝影機的發展歷程，而是如題目所說，將一一剖析紅外攝影機的重要組成部分以及對各個部件的作用。

　　紅外攝影機主要用於在無可見光或者微光的黑暗環境下，採用紅外發射裝置主動將紅外光投射到物體上，紅外光經物體反射後進入鏡頭進行成像，這時我們所看到的是由紅外光反射所成的畫面，而不是可見光反射所成的畫面，這時便可拍攝到黑暗環境下肉眼看不到的畫面。

　　那麼，紅外攝影機的主要組成部分有哪些呢?如果你對紅外攝影機有足夠的瞭解，答案肯定會脫口而出：紅外燈、鏡頭、攝影主機板以及攝影機外殼。毫無疑問，這四大部件對紅外攝影機的正常工作都起著毋庸置疑的作用。其中，攝影機外殼主要起到固定紅外燈、鏡頭、攝影主機板等部件的組合，對以上各部件進行保護，達到防水、防塵、防擊的作用，同時也能使得整個攝影機更加美觀，因此，在本文中，攝影機外殼就在此一筆帶過，下文中，我們將重點對紅外燈、鏡頭、攝影主機板進行分析。

紅外燈

　　目前來說，紅外攝影機分為兩種，一種是被動紅外技術，一種是主動紅外技術。被動紅外技術主要利用物體的0℃～273℃以上都有紅外光發射的原理，對其進行夜間拍攝;而主動的紅外攝影技術則是依靠外來的光源支援如紅外燈等設備，利用攝影機的圖像感測器可以感受紅外光的光譜特性，從而實現夜視監控。本文中，我們將主要針對主動紅外技術進行探討。

　　應該說，如果沒有紅外燈，紅外攝影機則無異于普通的攝影機，因此，可以說，紅外燈是紅外攝像影機的標誌性配件，其影響著紅外攝影機的成像效果。紅外攝影機紅外燈的選用，關係到紅外攝影機的壽命、有效照射距離、範圍等。

　　說到壽命問題，我們有必要先來瞭解一下目前市場上使用的紅外燈種類，現在的紅外攝影機中一般是採用單晶片LED紅外燈或多晶片LED紅外燈，還有一種就是鹵素燈。鹵素燈是一個十分古老的技術，能耗高，發熱量驚人，使用壽命短，因其使用效率低下，並不能夠做到遠距離，估計很快會退出市場。多晶片LED燈因其結構先天固有缺點，沒有發光焦點，發光光學系統不合理，有用光效率也比較低，而 LED燈發熱最怕高溫，多晶片發熱量又大，壽命非常差。相比之下，單晶片LED燈生產技術簡單，品質容易保證，發熱量低，發光光學系統合理，理論上使用壽命可達10萬小時以上，成為紅外燈理想的器件。

　　另外，從紅外燈照射距離來看，紅外燈的最大照明範圍取決於天氣條件、物體的反光率和周圍的光照水準，紅外聚光燈最遠的投射範圍基本如下：(最理想值)

　　500W=150至200米; 300W=80至120米; 50W=15至30米; 30W=5至15米

　　各行業在選用紅外燈時可根據其瓦數來決定照明距離的遠近， 當然，該數值僅供參考，並非絕對化數值。

　　除了紅外燈瓦數之外，角度也會影響紅外燈的照射範圍。一般來說，大家或許會認為紅外燈角度越大越好，紅外燈發射角度越大，選用鏡頭餘地也越大，選擇廣角鏡頭不會出現“手電筒”現象。所以，市面上很多生產廠商都會吹噓自己的紅外燈角度如何之大。

　　然而，紅外燈角度的大小與鏡頭的大小有關。一般來說，假如一盞紅外燈的發光角度為80度(相當於f3.5mm鏡頭的角度)，如果配合f3.5mm的鏡頭，那麼，會有百分之九十九的光是在鏡頭視場以外，也就是說，只有百分之一的光是有用的，其它都浪費了。一般情況下，紅外燈的角度需要與鏡頭的角度一致，這樣才可能達到最佳的照射效果。

鏡頭

　　鏡頭也是紅外攝影機中一個很重要的因素，它的品質優劣直接影響著攝影機的整機指標。鏡頭相當於人眼的晶狀體，如果沒有晶狀體，人眼看不到任何物體;如果沒有鏡頭，那麼攝影機所輸出的圖像就是白茫茫的一片，沒有清晰的圖像輸出。當人眼的肌肉無法將晶狀體拉伸至正常位置時，就是人們常說的近視眼，眼前的景物就變得模糊不清。攝影機與鏡頭的配合也與此類似，當圖像變得不清楚時，可以調整攝影機的後焦點，改變CCD晶片與鏡頭基準面的距離(相當於調整人眼晶狀體的位置)，可以將模糊的圖像變得清晰。由此可見，鏡頭在攝影機。

　　鏡頭的通光量的相對孔徑，決定了鏡頭的通光能力。相對孔徑F1.0的鏡頭通光量是相對孔徑F2.0的鏡頭通光量四倍，上文剛剛說到紅外燈角度與鏡頭大小的關係，同樣的攝影機、紅外燈，上述兩種鏡頭，紅外作用距離可相差一倍。

　　一般來說，大孔徑鏡頭在紅外監控方面比常規普通鏡頭好四到十倍，按理說應該成為紅外夜視監控的必須配套產品。然而，由於成本高昂，技術難度大，絕大多數紅外產品製造商不具備供貨能力。

　　目前，中國市場上的紅外攝影機主要是通過紅外線濾光片實現日夜轉換，即在白天時打開濾光片，以阻擋紅外線進入CCD，讓CCD只能感應到可見光;夜視或光照條件不好的狀態下，濾光片停止工作，不再阻擋紅外線進入CCD，紅外線經物體反射後進入鏡頭進行成像。但在實際中，經常會出現白天畫面清楚，紅外光條件下畫面卻變得模糊的現象。這是因為可見光和紅外光(IR光)的波長不一樣，波長的不同，會導致成像的焦面位置不同，從而出現虛焦、畫面模糊的現象。

　　在這種情況下，IR鏡頭開始大受歡迎，其採用特殊光學材料，且對每個鏡片單元進行多層鍍膜，最大限度地改善了日夜光線變化所帶來的影響，消除了可見光和紅外光的焦面偏移，從而實現較高品質的畫面。

　　當然，並不是所有的紅外攝影機都會採用IR鏡頭，因此在選購時需要注意以下幾個方面：

　　1、最好選紅外鏡頭。普通的光學鏡頭，物體反射回鏡頭的紅外光不能有效聚焦到CCD靶面上，此時紅外夜視效果就會大打折扣，因而最好選用紅外鏡頭，這也符合成套購買的原則。

　　2、鏡頭的成像尺寸應與攝影機CCD靶面尺寸一致。

　　3、鏡頭的解析度與透光率要達到要求。

　　4、最好選自動光圈鏡頭，以適應晝夜照度很大的變化。

　　5、監視距離1km以上，需鐳射擴束准直鏡頭。


　　要根據欲觀察場景的大小與距離選擇合適的鐳射擴束准直鏡頭，使雷射光束能照亮所需監控的場景，以便監控場景的反射光能被攝像機所接收。

攝像主機板

　　收集紅外燈投射到物體上後反射的紅外光，經聚焦處理成像後傳送至攝像主機板感光元器件(CCD/CMOS)，感光元器件(CCD/CMOS)再將接收到的紅外光成像由光轉換為電流信號經PCB電路板傳輸到電子元器件進行處理，最終經微處理晶片(DSP)轉化為視訊訊號輸出。

　　目前市場上的紅外夜視攝影機主要選用照度低，噪點小的CCD作為感光元器件，所以統稱為CCD紅外夜視攝影機。CCD攝像主機板作為攝影機的最核心部件，長期以來都是監控領域不斷追求創新和提升的重點。紅外夜視攝影機對CCD主機板的要求不僅僅在清晰度、色彩還原度、噪點、低照度等方面，同時，由於紅外燈板的發熱較高，在機殼密封的情況下，散熱速度有限，這就要求CCD主機板儘量降低功耗減少發熱以增加紅外攝影機的壽命;同時，為了保證紅外燈開啟時CCD主機板也同時彩轉黑，防止彩色畫面與黑白紅外光畫面同時出現在監控螢幕上造成色彩紊亂，這就要求CCD主機板能夠設置彩轉黑與紅外開啟同步的功能。

轉載自安防監控網：http://www.afjk.com/a2011/0623/1208/000001208589.shtml