LED红外光源在红外监控摄像机中的应用

LED红外光源在红外监控摄像机中的应用

。/ 随着安防视频监控系统工程中对夜视监控的需求越来越广，红外摄像机已经进入了摄像机的主流市场，销量与日俱增，在红外夜视技术应用上出现问题也逐渐暴露出来。本文就红外摄像机的技术问题以及选用时的注意事项作简单的探讨，用以和业界人士分享交流。

我们都了解夜视技术在军事上的应用有很长时间了，随着技术的发展，目前在民用视频监控中也获得了广泛应用。实际上，夜视技术是借助于光电成像器件实现夜间观察的一种光电技术。它包括微光夜视和红外夜视两类：微光夜视技术是通过带像增强管的一种夜视技术，它实际就是对夜天光照亮的微弱目标像进行增强，以供观察的光电成像技术。

微光夜视仪，是目前国外生产量和装备量最大和用途最广的夜视器材，它又可分为直接观察(如夜视观察仪、武器瞄准具、夜间驾驶仪、夜视眼镜)和间接观察(如微光电视)两种;而红外夜视技术则分为主动红外夜视技术和被动红外夜视技术。被动红外夜视技术是借助于目标自身发射的红外辐射来实现观察的红外技术，它根据目标与背景或目标各部分之间的温差或热辐射差来发现目标，其对应装备为热像仪。这里主要讲主动红外夜视技术，它是通过主动照射并利用目标反射红外源的红外光来实施观察的一种夜视技术，其对应装备为主动红外夜视仪，实际核心就是红外摄像机。

红外光源、由非直视型光电成像器件CCD或CMOS图像传感器为核心组成的摄像机和成像画面所需的镜头等配合选择是主导红外摄像机夜间监视的效果优劣的三大因素。为获得好的夜间监视质量，本文将重点介绍在应用红外摄像机时，对其红外光源、摄像机及其镜头等的配套选择上应注意的几个要点，以供工程商等用户选用参考。

一、红外光源的选择

红外光是一种波长大于780nm的不可见光。一般，产生这种不可见光的方法有下列三种。

①。直接使用白炽灯或氙灯发出的红外光。即在这两种灯上安装可见光滤镜，滤去可见光，只让看不见的红外射线射出;

②。使用红外发光二极管LED或LED阵列来产生红外光。这种器件是通过砷化镓(GaAs)半导体中的电子与空穴复合来产生红外光;

③。使用红外激光二极管LD，也可作红外光源。但它要把处于较低能态的电子激发或泵浦到较高能态上去，通过大量粒子分布反转，共振而维持受激辐射红外光。

第一种光源为热红外光源，其最大的优点是可制成比较大的功率和大的辐照角度，因此照射的距离远。其最大不足之处是包含可见光成份，即有红暴，且使用寿命短，如果每天工作10小时，5000小时只能使用一年多，若考虑散热不够，寿命还要短。为提高热辐射红外灯的寿命，使用时还必须采用光控开关电路，以减小其工作时间。此外，还增加了延时开关电路以防环境光的干扰。

第二种是使用半导体砷化镓发光二极管阵列组成的红外灯，尤其现在使用新技术开发生产的阵列式集成发光芯片LEDArray。其一个LED-Array的光学输出达到了800mw-1000mw，而成为普通LED的换代产品，LED-Array的发光半功率角为10-120°(可变角)。

由于LED-Array为高度集成的LED，而体积只有一个一分钱硬币的大小，在室内可均匀照亮全部空间，其寿命为50，000个小时。它最初是运用在航空飞机上面，近年来由于民用夜间监控市场的发展，LED-Array才逐步走向民用市场，成为高质量夜间监控的一种理想选择。

虽然，红外LED及LED-Array淘汰了热红外光源，但对于1km以上的超远距离场景的监控，还是要选择红外LD光源。因为半导体激光器具有比LED亮度高、方向性强等特点。

通常，在选择红外光源时要注意以下的几个要点。

A、红外灯距离选择要留有余量

选择红外灯时，特别注意标称距离与实际辐照距离的差距。因为有些生产厂标称的可视距离往往偏大，所以在选择红外灯辐照距离时要进行实际测试，并且要留有充足的余量，才能使所观察的场景的照度可靠。

B、应选用稳流源驱动的光源

因为LED是电流驱动器件，其发光亮度与功率同驱动电流成正比，而不是电压。因此，为保持发光强度不变，必须要选用稳流源驱动的光源。

C、要选用散热好的光源

因为发光管都有发热与散热问题，尤其功率大距离远的光源发热量大，所以必须要选用散热好的光源，才能保证工作稳定可靠。

D、要选用有光控开关自动控制电路的供电电路并与灯板分开的红外光源

因为红外灯的供电电路与灯板不分开，就会应发光管工作产生的热量影响供电电路的元件性能，从而导致发光管发光不稳定，有了这种光控开关的电路，就能使红外灯白天关闭，夜晚打开。

E、要根据监视距离选用红外灯

因红外发光二极管LED可装在镜头上，与感红外摄像机配用，或直接装在摄像机与镜头接口周围的机壳上。显然，这两种装配的红外LED少，其照射的距离肯定不如单独的红外LED灯照射的远。一般，50m以上，最好选用单独的红外灯为好，另LD多用于1km 以上距离的监控场景的夜视照明，但LD的光束细而强，为使红外光束照亮一定范围的场景，使用时还需要通过一个扩束镜头扩束才行。

二、摄像机的选择

目前摄像机的感光器件有CMOS与CCD两种。同CCD一样，CMOS图像传感芯片对红外光波也有反应，但它在890-980nm范围内灵敏度比CCD图像传感芯片要高出许多，并随波长增加而衰减的梯度也慢一些。随着CMOS图像芯片的飞速发展，其噪音讯号进一步降低，且星光级的CMOS摄像机也已有面市。因此，不一定局限在CCD摄像机中选择，可充分利用各自的优势选取。一般，红外摄像机的选择要点如下。

A、应选低照度摄像机，其照度要求一般≤0.02Lux

有些摄像机制造商或销售商虚报最低照度，使夜视有效距离大大降低，因此最好能具体测试。

月光级和星光级等增感度摄像机可工作在很暗的条件下，但有些反光系数小的地方还是达不到要求，如沙漠，绿地，林区等。在这种情况下，就需要采用由高性能像增强器和CCIR制式的黑白CCD通过纤维面板和光锥直接耦合而成的微光夜视摄像机。总之，照度越低越好，由于目前还不规范，不能相信生产厂所标称的最低照度，要在实用条件下进行测试为好，通常照度要求一般≤0.02Lux。

B、选用的红外摄像机图像传感器的尺寸越大越好

因1/4CCD不能用于15m以上红外夜视的有效距离，因为1/4CCD的光通量只有1/3CCD的50%。而CCD尺寸大，接受的光通量大;CCD尺寸小，接受的光通量就少。所以，夜视摄像机多选1/2的CCD，1/3的要测试可行的也可，但绝对不能选1/4的。

C、红外摄像机要有自动电子快门与自动增益控制(AGC)功能

因为有了这些功能，才能使信号调整到比较好的状态，以满足观察的效果。

D、需隐蔽场合选CMOS超微型摄像机

由于低功耗、高集成、小体积只有CMOS图像传感器才能办到，因而可作成衬衫钮扣、西装钮扣般大小的CMOS摄像机。加上相应的红外光源的更加小型化，以及高效能