红外摄像机概述及系统设计

王 毅

摘要：本文指出红外摄像机在实际应用中存在的一些问题及解决方法，提出红外摄像机系统的设计方法，并对红外摄像机的发展趋势进行展望。

关键词：红外摄像机；红外灯；滤光片

1前言

随着电子技术、网络通信技术、多媒体技术的迅速发展，安防监控已由传统的模拟监控走向高度集成的数字化、智能化、网络化监控。传统的安防监控系统已逐步向以图像处理为核心的、融合了网络、传感、通信技术的数字视频监控系统过渡。随着安防监控市场需求的不断增加。红外摄像机在安防监控系统中得到了广泛的应用，并扮演着越来越重要的角色。

在以前的安防监控过程中，摄像机系统在正常照度环境下能够获得较好的监视效果，但当摄像机附近的环境照度低于一定值时，要想使摄像机获得正常的监视效果，就需要利用可见光进行照明。但这种方式存在不能隐蔽、容易暴露监控目标等缺点。红外摄像技术是目前安防监控领域常用的一种夜视技术，它利用CCD摄像机可以感受红外光的特性。采用红外灯作为辅助光源进行照明。使摄像机系统在环境照度低于一定值时，仍可以提供清晰的监控图像画面，从而获得理想的监视效果。

本文对安防监控中的红外摄像机的发展现状进行分析，指出红外摄像机在实际应用中存在的问题及解决方法，提出红外摄像机系统的设计方法，并对红外摄像机的发展趋势进行展望，期望对安防行业从业人员在系统设计和产品选择方面有所帮助。

2红外摄像机在实际应用中存在的问题及解决方法

2.1低照度(需要红外灯进行辅助照明)环境下摄像效果不理想

目前常用的配合红外摄像机使用的LED红外灯波长在850nm左右，红外灯的照射角度可以在一定范围内进行选择，红外灯照射角度越小，照射距离就越远，红外灯照射角度越大，照射距离就越近。对于已经选定的摄像机和镜头，如果红外灯的照射角度不够，就会出现所谓的手电筒现象，即得到的监控画面中央明亮而周围较暗，得不到用户满意的监控效果。如果红外灯的照射角度过大，监控画面的周围会显得过于明亮，监控画面中央的图像反而看不清楚。因此，要根据具体的环境情况进行选择，在走廊等狭长区域。选择照射角度小的红外灯。可以保证一定的照射距离，同时配备焦距长些的镜头；在相对宽敞的区域，选择照射角度大些的红外灯，同时配备短焦距的镜头，能够得到较好的监控效果。

2.2正常照度环境下色彩还原效果不理想

正常照度环境下，红外摄像机在彩色模式下工作，红外摄像机的CCD除了能感应可见光，还能感应红外光，然而红外光通过信号处理后影响图像还原的亮度和色度，会导致监控图像偏色。使监控画面质量下降。给红外摄像机加装一个红外滤光片，红外滤光片可以阻挡红外光进入红外摄像机的CCD。使红外摄像机在正常照度环境下只能感应到可见光，从而解决了图像偏色的问题。当环境照度低于一定值时，红外摄像机在黑白模式下工作，此时需要LED红外灯进行辅助照明，红外摄像机需要感应红外光，不需要加装红外滤光片了。考虑到焦点偏移等问题，实际应用中采用双滤光片切换的工作方式。双滤光片由红外截止滤光片和全光谱光学玻璃组成，正常照度环境下，红外截止滤光片工作，使图像色彩不失真，环境照度低于一定值时。红外截止滤光片自动移开，全光谱光学玻璃工作，使红外摄像机具有良好的夜视功能。

2.3摄像图像的白雾现象

产生的原因：(1)LED红外灯发射出的红外线通过红外摄像机遮阳罩或红外摄像机防护罩前端的视窗玻璃反射回镜头。(2)LED红外灯发射出的红外线照射到红外摄像机镜头里。(3)红外摄像机散热效果不好。导致红外摄像机CCD过热。产生白雾的现象。解决的方法：(1)让镜头的隔离圈直接穿过红外摄像机防护罩前端的视窗玻璃。(2)缩短红外摄像机遮阳罩尺寸。(3)使红外摄像机具有良好的散热功能。

2.4防水效果不理想

解决的方法：(1)采用先进的加工工艺制作红外摄像机防护罩。提高设备接口处的加工精度，使设备接口处能够很好的密合。(2)在红外摄像机防护罩接口处加防水胶圈。(3)在红外摄像机防护罩螺丝口处及进线孔打防水胶。

2.5设备使用寿命短

LED具有高可靠性和寿命长的优点，然而现在有的LED红外灯寿命却很短。正常工作中LED红外灯的电能其中一部分直接转变为有用的光能，同时有一部分转变为无用的热能，系统长时间工作。LED红外灯会产生大量热量。很多红外摄像机生产厂家采用加大红外灯工作电流的方法增加红外灯辐射功率，其目的是为了增加红外灯的照射距离，然而红外灯工作电流越大温度越高，当产生的热量太多而没有采取适当的散热措施时，就会造成设备内温度过高，导致LED红外灯过快老化。对于红外一体化摄像机，摄像机与LED红外灯都安装在摄像机防护罩内。如果散热不好，摄像机的CCD长时间在高温环境中工作，寿命也会大大缩短。解决的方法：(1)使LED红外灯在额定电压下工作，LED红外灯采用恒流驱动方式，同时把LED红外灯工作电流调整到正常使用范围内。(2)给LED红外灯板加装一层铝质的散热片，在不影响LED红外灯正常工作的情况下，使LED红外灯工作时产生的大量热量及时迅速地传导到设备外壳上。(3)设备外壳采用易散热的金属材料制作。(4)设备内置自动温控电路，采用风扇进行散热。

2.6雾和霜影响画面清晰度

由于周围温度的差异和天气的变化等因素，红外摄像机在工作时。容易在防护罩视窗玻璃上产生薄雾或浅层白霜，致使红外摄像机视物模糊，画面清晰度降低。

解决的方法：(1)在红外摄像机防护罩视窗玻璃前安装可控制的雨刷，利用雨刷清洁防护罩玻璃。(2)红外摄像机防护罩内配加热组件，通过加热的方式达到除雾除霜的目的。

2.7临界点的跳变

如果仅仅使用简单的元器件配合光敏电阻的方式控制双滤光片的切换。有时会发生临界点的反复跳变。解决方法是采用智能芯片配合光敏电阻进行控制。其逻辑控制能力能有效控制双滤光片的正常切换。

3红外摄像机系统设计方法

3.1对于红外一体化摄像机的情况

目前，生产厂家都推出在特定条件下使用的红外一体化摄像机，在系统设计时需要选择与应用环境特点相符合的产品。在选择红外一体化摄像机时，技术人员需要了解用户的使用要求和现场环境的实际情况，了解红外一体化摄像机各项技术参数的确切含义。选择产品时要根据生产厂家的规模，知名度，国际、国内市场占有率，技术支持能力，执行标准严肃性，是否具有完善的售后服务体系等因素来考虑，选择大品牌的产品。比较而言，大品牌的产品工艺先进，性能稳定，配置合理，质量合格。如果条件允许，可以在批量

选购前对产品进行试用，更好地了解产品的性能和质量，做到心中有数。

3.2对于摄像机外配红外灯的情况

设计时要明确可视距离的概念，可视距离是通过监视器所能够看到的有效的清晰图像的最大距离，它是由摄像机的灵敏度。镜头光通量，红外灯的性能，现场景物反射红外光效果，供电电源的质量及摄像机防护罩视窗玻璃的透光性能等的匹配情况综合来决定的。

摄像机要选择日夜两用型超低照度摄像机。一般的摄像机难以满足24小时监控都获得清晰图像的需求，日夜两用型超低照度摄像机对外界光线的敏感程度较一般的摄像机有明显的提高，即使在环境照度非常低的情况下，这种摄像机也可以拍摄到人眼看不到的物体，它的出现受到了安防监控市场的欢迎，它在各种照度环境下均可表现出很好的摄像效果。正常照度环境下，摄像机在彩色模式下工作，环境照度低于一定值时自动转换成黑白模式，其水平分辨率和最低景物照度均比正常照度环境下有很大幅度的提升。日夜两用型超低照度摄像机能很好地解决低照度情况下正常监控的问题，特别是配备LED红外灯，可以得到高清晰度的黑白图像，实现零照度下的监控。

摄像机镜头是红外安防监控系统的关键部件，它的质量优劣直接影响到整套系统的成像效果，因此，镜头选择是否合适非常重要。选择镜头时应注意以下几点：(1)镜头的成像尺寸应与摄像机CCD靶面尺寸一致。(2)镜头的分辨率。(3)镜头焦距与视野角度。(4)光通量。(5)是否为感红外镜头。

为了提高摄像机对红外光以及被摄景物的敏感度，应尽可能选用光通量大的镜头。

红外灯要选择一致性好、发光效率高、发热量小的LED红外灯。产品应是依据行业相关标准质量检测合格的产品。

红外灯选配电源应满足其所需的电功率，否则会发生照射距离达不到要求的情况。应该选择交流220V集中供电，在LED红外灯及摄像机等前端设备处设置直流开关电源进行电压转换的方式为前端设备供电。即使电网电压在一定范围内波动。开关电源输出的直流电压也是稳定的，保证了前端设备正常、稳定工作。如果采用大功率稳压电源对前端设备集中供电，当前端设备数量较多且与供电室的距离不同时，容易造成距供电室较远的设备供电电压不足，设备不能正常工作。距供电室较近的设备供电电压过高，损坏前端设备的现象。

防护罩的视窗玻璃对红外灯的辐射效果也有影响。不同的视窗玻璃。对于红外光辐射的反射率和透射率不同，设计选型时要充分考虑。

系统设计时还要考虑被摄景物的反光程度。由于红外光也具有反射、折射等特性。因此，被摄景物如果没有良好的反光环境，设计选型时要考虑留一定的距离余量。

4红外摄像机的发展趋势

红外摄像机发展的趋势主要表现为：数字化、智能化、网络化、集成化。

现在已经出现并正在不断发展完善的红外高速球是综合一体化摄像机、摄像机防护罩、云台、红外灯等各项功能的产品，它实现了在普通高速球上配置红外灯的想法，设备的外观设计充满了现代80在红外高速球的性能上，采用了变焦变光同步技术，红外灯可以根据镜头的变倍切换，近距离开小灯，远距离开大灯，两组红外灯交替工作，解决了系统发热量大的问题，保证了红外高速球的稳定性。它既具有红外摄像机清晰的夜视效果，又具有高速球的自动巡航、带预置位、多方位监控、高速捕捉画面、联动报警等功能。

红外摄像机加装网络模块，配备超宽动态一体机等将成为红外摄像机的发展趋势。

红外摄像机将会更加方便地联动其它安全防范设备，如温度、湿度、烟感、入侵等探测器，同时可以联动警号、锁具等动作设备。这使得它可以方便地组成一套功能强大的安全防范系统。