主動紅外PK被動紅外 紅外攝像機分析

隨著安全問題逐漸成為社會關(guān)注的焦點，安防監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展也越來越受到社會各方面的重視，僅可見光監(jiān)控已不能再滿足人們的監(jiān)控要求，24小時連續(xù)監(jiān)控是現(xiàn)在監(jiān)控系統(tǒng)中必不可少的重要部分。

　　實現(xiàn)攝像機夜視的技術(shù)，目前都是采用紅外夜視技術(shù)，紅外攝像技術(shù)分為被動紅外攝像技術(shù)和主動紅外攝像技術(shù)兩種。

　　1.被動紅外攝像技術(shù)是利用任何物體在絕對零度（-273℃）以上都能輻射電磁波的原理。由于不同物體甚至同一物體不同部位輻射能力和它們對紅外線的反射強弱不同，物體與背景環(huán)境的輻射差異以及景物本身各部分輻射的差異，紅外探測器能將強弱不等的輻射信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號，然后經(jīng)過放大和視頻處理，形成可供人眼觀察的視頻圖像，熱圖像能夠呈現(xiàn)景物各部分的輻射起伏，從而能顯示出景物的特征。

　　同一目標(biāo)的熱圖像和可見光圖像是不同，它不是人眼所能看到的可見光圖像，而是目標(biāo)表面溫度分布圖像，不能清楚識別目標(biāo)的細(xì)部特征，不能滿足作為“證據(jù)”的要求，而且被動紅外攝像機造價高，多用在軍事方面，目前在監(jiān)控領(lǐng)域的應(yīng)用還很少。

　　2.主動紅外攝像技術(shù)是利用“紅外發(fā)光二極管”人為產(chǎn)生紅外輻射，產(chǎn)生人眼看不見而普通攝像機能捕捉到的紅外光，輔助“照明”景物和環(huán)境，利用攝像機的圖像傳感器可以感受紅外光的特性，感受周圍環(huán)境反射回來的紅外光，獲取比較清晰的黑白圖像畫面，實現(xiàn)夜視監(jiān)控。因此，現(xiàn)在的紅外攝像技術(shù)多數(shù)采用主動紅外攝像技術(shù)，通過紅外燈來配合攝像機使用。

　　　一、主動紅外技術(shù)目前比較成熟的有四種形式：

　　1.傳統(tǒng)LED紅外燈：由一定數(shù)目的紅外發(fā)光二極管矩陣組成發(fā)光體。紅外發(fā)射二極管由紅外輻射效率高的材料制成PN結(jié)，外加正向偏置電壓向PN結(jié)注入電流激發(fā)紅外光，光譜功率分布為中心波長830~950nm，半峰帶寬約40nm左右，它是窄帶分布，為CCD可感受的范圍。

　　2.第二代陣列式集成紅外光源：在原有LED紅外技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用了先進的封裝技術(shù)，將幾十個高功率、高效率的紅外晶體原封裝在一個平面上，集成了多顆紅外發(fā)光芯片在一個小范圍內(nèi)，并作了“熱電分離”處理，使得整個零件能置于任意大小、任意形狀的散熱體上，從而解決了散熱問題，不再會由于高溫而傷害了周遭其它電子元器件。

　　3.第三代點陣式紅外光源：采用高集成LED陣列芯片技術(shù)，單LEDArray的輸出約為800mW~3.6W，電光轉(zhuǎn)換效率為25%左右，發(fā)光體是單光源，發(fā)光角度可大可小。

　　4.激光紅外燈：屬于半導(dǎo)體激光器，是利用半導(dǎo)體材料在空穴和電子復(fù)合的過程，以及電子能級的降低而釋放出電子來產(chǎn)生光能的，然后光子在諧振規(guī)范光子的傳播方向形成激光。激光有良好的方向性，表現(xiàn)為光束的角度小、能量集中，傳播到較遠的距離仍有足夠的光照強度，所以非常適合遠距離照明。

　　二、各種紅外技術(shù)的成像效果對比分析

　　1.主動紅外技術(shù)與被動紅外技術(shù)的對比：

　　主動紅外技術(shù)的攝像機需要借助于紅外發(fā)射燈，優(yōu)點是能夠呈現(xiàn)出目標(biāo)的細(xì)節(jié)特征，成本較低；缺點是其照射距離相對較近，成像效果容易受環(huán)境影響，尤其是在霧、雪、雨等惡略天氣下，主要應(yīng)用于檢測目標(biāo)。

　　被動紅外技術(shù)的攝像機無需借助輔助光源，優(yōu)點是穿透力強，照射距離遠；缺點是只能呈現(xiàn)目標(biāo)表面溫度分布圖像，主要應(yīng)用于發(fā)現(xiàn)目標(biāo)。

　　2.四種主動紅外技術(shù)的對比：

　　1）傳統(tǒng)LED紅外燈，它是目前使用最普遍的紅外發(fā)光元器件，幾乎占有95%以上的市場，但品質(zhì)參差不齊，價格差異也大；

　　其優(yōu)點是體積小，生產(chǎn)工藝簡單，品質(zhì)容易保證、發(fā)熱量低、發(fā)光光學(xué)系統(tǒng)合理，可以完全無紅暴（采用940～950nm波長）或僅有微弱紅暴（紅暴為有可見紅光），使用壽命可達幾千小時以上，是做紅外燈理想的器件，目前廣泛用于夜視監(jiān)控。

　　其缺點是散熱處理不良，造成周遭溫度太高而影響附近電子元器件的壽命（如攝像機板，控制電路板等）。最為人垢病的是它的光衰減太快，一般不到一年就看不清夜視畫面了。由于是用“環(huán)氧樹脂”進行封裝，“環(huán)氧樹脂”遇熱后會產(chǎn)生斷裂，時間長了，斷裂面就愈來愈多，紅外光線通過每個斷裂面時會有部分光發(fā)生折射，這就是為什么傳統(tǒng)LED燈光衰減快、壽命短的主要原因。

　　2）第二代陣列式集成光源，它集成了多顆紅外發(fā)光芯片在一個小范圍內(nèi)，并作了“熱電分離”處理，使得整個零件能置于任意大小、任意形狀的散熱體上，從而解決了散熱問題，不再會由于高溫而傷害了周遭其它電子元器件。又由于使用的硅膠封裝，材料不斷裂而極大的減少了光衰減，壽命較傳統(tǒng)LED燈長了5-10倍。

　　缺點是價格較傳統(tǒng)LED燈高出甚多。而且為了配合攝像機鏡頭的角度而使用透鏡來縮小送光角度時，無可避免的有許多發(fā)光點偏離了透鏡的中央（俗稱：偏心現(xiàn)象）而造成送光效率不佳，以致相較于相同功率的傳統(tǒng)LED燈而言，“不夠亮”是其缺點。

　　3）第三代點陣式紅外光源（LEDArray），其電光轉(zhuǎn)化效能為25%左右，較第一代普通紅外LED的10%左右提升了2.5倍，降低了功耗；單LEDArray的輸出約為800mW~3.6W，亮度約是常規(guī)單LED的輸出5~15mW的100多倍；LEDArray有效壽命為10，000h，比普通LED的有效壽命高出5倍以上；使用金屬制成，操作時易保持低溫，散熱性能良好；LEDArray半功率角為10°~120°，可產(chǎn)生(180°形狀)的發(fā)光面，解決了普通LED室內(nèi)空間無法均勻照亮的“手電筒效應(yīng)”；LEDArray為高度集成芯片，所以在相同亮度指標(biāo)下其體積比其它紅外產(chǎn)品小很多；

　　第三代點陣式紅外光源，價格更接近傳統(tǒng)LED，是目前紅外照明市場上最好的技術(shù)，已經(jīng)在慢慢替代傳統(tǒng)LED紅外照明技術(shù)。

　　4）激光照明技術(shù)，最遠可達3000米，是常規(guī)產(chǎn)品照射距離（120-150米）的20倍以上。激光有良好的方向性，光束的角度小、能量集中，傳播到較遠的距離仍有足夠的光照強度，所以非常適合遠距離照明，適用于大面環(huán)境監(jiān)控、森林防火、景區(qū)監(jiān)控、港口碼頭監(jiān)控、油田監(jiān)控等。

　　但是激光紅外燈的生廠工藝不像LED紅外燈一樣，其生產(chǎn)工藝要求非常高。同時激光紅外燈生產(chǎn)需要投入龐大的資金，也是一般廠家所不能完成的。

　　三、紅外攝像機未來的發(fā)展方向

　　目前的紅外攝像機市場相當(dāng)混亂，主要在于業(yè)界缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。例如，紅外燈的照射距離便常常是各家企業(yè)宣傳的重頭戲，彼此間又不太一樣，而究竟照射的距離是在哪個條件下測得的，當(dāng)時的環(huán)境照度如何，呈現(xiàn)出來的畫面品質(zhì)又如何，卻無從得知，這正是目前紅外攝像機面臨的最嚴(yán)峻的考驗，解決掉這個難題成為企業(yè)之間共同關(guān)注的焦點。

　　主動紅外技術(shù)由早期的有效率僅為5%，發(fā)展到現(xiàn)在有效率25-30%的LEDArray技術(shù)，滿足了近距到中遠距離的紅外夜視技術(shù)突破，而激光照明技術(shù)是實現(xiàn)遠距離的夜視監(jiān)控的最好途徑之一，而且光強度也比常規(guī)光源強的多，遠距離夜視技術(shù)是今后夜視監(jiān)控市場的一個趨勢。

　　主動紅外技術(shù)與被動紅外技術(shù)的融合將是未來的趨勢之一，利用被動紅外技術(shù)穿透力強，照射距離遠的特點去發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，利用主動紅外技術(shù)照明的原理去采集目標(biāo)細(xì)節(jié)特征，可以為中遠距離監(jiān)控提供有力的“證據(jù)”。

　　此外，與另一種夜視技術(shù)--微光技術(shù)相融合，也是未來的發(fā)展方向之一，在微光與紅外技術(shù)各自不斷進步的時期，考慮到二者的互補性，在不增加現(xiàn)有技術(shù)難度的基礎(chǔ)上，如何將微光圖像與紅外圖像融合以獲取更好的觀察效果，該兩項技術(shù)成為當(dāng)前夜視技術(shù)發(fā)展的熱點研究。