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红外夜视技术的发展及在安防监控方面的应用
红外夜视技术的发展及在安防监控方面的应用
 
    随着安防行业的发展,24小时不间断的监控对红外夜视要求越来越高,不仅仅满足以眼前近距离几十米的要求,随着安防行业智能视频新技术不断出现,动态监控要求越高,如果出现突发事件,更需要进行中远距离跟踪监视,目前LED红外灯产品,实际上是无法完成中远距离的跟踪监控,激光红外灯产品才能真正实现中远距离监控。而激光红外夜视系统,以往都定位于几公里的远距离监控,产品造价使得多数工程商望而止步,毕竟几公里远距离项目数量相对较少。目前在监控夜领域激光红外灯逐渐被广泛的使用,且大多数公司推出的激光红外灯产品,主要集中于500米以下,真正使激光红外技术落实到民用工程项目当中,完成民用项目的广泛应用。

1红外夜视技术的发展历程

    主动半导体红外技术最早在60年代初期有美国贝尔实验室研发成功,最早期的红外转换效率只有5%,效率很低,多用在红外遥控器等简单产品上。

(1)LED红外灯:

    经过在夜视应用中的反复实践和发展,通过把单个的红外LED封装组合起来,固定于镜头的周围,给监控摄像机取像进行主动补光。单个LED红外二极管的有效效率为20%左右,但是存在明显的缺陷,那就是受限于散热处理而发光功率大大减小,以至于照明距离急缩减,往往达不到标称的照射距离,还有就是产品的体积,受限于LED管的数量,为了达到照明需要,就得用多个LED管组装,造成体积增加,不便于应用。另外,由于LED的热量无法有效导热,导致腔体整体温度增加,严重影响了了摄像机CCD的性能,也就是为什么市场上主流的红外摄像机寿命比较短,使用一段时间之后,效果明显变差的主要原因。
    虽然LED红外灯在前期市场有着不可磨灭的市场贡献,现阶段LED红外灯因为成本低、技术门槛低,使得市场一片混乱,几个人的小作坊就可以生产出LED红外灯,再供给市场。使得LED产品质量存在着极大的负面印象。当然有一些正规的生产厂家产品LED产品相对不错。

(2)阵列式红外灯:

    基于市场实践的迫切需求,阵列红外在原有的LED红外技术的基础上,进行一项革命性改进,就应运而生了。阵列红外夜视技术,本质还是通过摄像机发射主动红外光波的方式实行夜视效果,但采用了先进的封装技术,将几十个高功率、高效率的红外晶元封装在一个平面上。这一技术一问世,就获得了异乎寻常的飞快发展。
    阵列红外摄像机在监控领域中应用的最大优势在于解决了LED光源散热的问题,具有极高的发光效率和发光强度,光电转换效率比普通红外LED摄像机提高了25%左右,效率可达到45%,大大的降低能耗,增加照明距离,同时延长了摄像机的使用寿命,阵列红外夜视摄像机的使用寿命一般为普通红外摄像机使用寿命的9倍。

(3)激光红外灯:

    激光红外灯具有方向性、单色性的特点使得激光红外灯不同于LED红外灯技术的第二代红外灯产品。激光红外灯的生厂工艺不像LED红外灯一样,拿一些相关的元器件进入组装就可以完成,没有半导体激光器庞大的生产技术实力的多年积累,是无法完成优良产品的制成。同时激光红外灯生产需要投入庞大的资金,也是一般厂家所不能完成的,所以可以预见激光红外灯产品,市场不会像LED红外灯一样,市场泛滥。大公司有着规模化的产业链优势,永远保证合作厂家的,成本优势与技术优势。随着市场推进,激光红外灯最终会成为主流的红外夜视产品。

(4)红外热像仪:

    是利用自然界物体不同部位红外辐射强度的不同来形成热图像,在军事领域已经大规模应用,近年来也逐渐转向民用领域的特殊领域进行应用,民用领域对产品需求,在于发生安全事件,需要对具体的人与事物进行清晰分辩,所以热成像也有一定的限局,但如果加上中远距离激光红外灯,相信起到一个有效补充,即可以大面积感应,同时又能清晰侦察出具体的人与物体。

2红外隐身技术与应用

(1)红外隐身技术原理

    红外隐身技术利用屏蔽、低发射率涂料、热抑制等措施,降低或改变目标的红外辐射特征即降低目标的红外辐射强度与特性,从而实现目标的低可探测性。这可通过改进结构设计和应用红外物理原理来衰减、吸收目标的红外辐射能量,使红外探测设备难以探测到目标。
从红外物理学可知,物体红外辐射能量由斯蒂芬-玻尔兹曼定律决定:
W=εσT 4 (1)
式中:W为物体的辐射发射能量,σ为玻尔兹曼常数,ε为物体的比辐射率,T为物体的绝对温度。
    可见物体辐射红外能量不仅取决于物体的温度,还取决于物体的比辐射率。温度相同的物体,由于比辐射率的不同,而在红外探测器上显示出不同的红外图象。鉴于一般军事目标的辐射都强于背景,所以采用低比辐射率的涂料可显著降低目标的红外辐射能量。另一方面,为降低目标表面的温度,热红外伪装涂料在可见光和近红外还具有较低的太阳能吸收率和一定的隔热能力,以使目标表面的温度尽可能接近背景的温度,从而降低目标和背景的辐射对比度,减小目标的被探测概率。
目标的红外隐身技术应包括三方面内容,一是改变目标的红外辐射特性,即改变目标表面各处的辐射率分布;二是降低目标的红外辐射强度,即通常所说的热抑制技术;三是调节红外辐射的传播途径(包括光谱转换技术)。
①改变目标的红外辐射特性
a.改变红外辐射波段:改变红外辐射波段,一是使飞机的红外辐射波段处于红外探测器的响应波段之外;另外是使飞机的红外辐射避开大气窗口而在大气层中被吸收和散射掉。具体技术手段可采用可变红外辐射波长的异型喷管、在燃料中加入特殊的添加剂来改变红外辐射波长。
b. 调节红外辐射的传输过程:通常采用在结构上改变红外辐射的辐射方向。对于直升机来说,由于发动机排气并不产生推力,故其排气方向可任意改变,从而能有效抑制红外威胁方向的红外辐射特征;对于高超音速飞机来说,机体与大气摩擦生热是主要问题之一,可采用冷却的方法,吸收飞机下表面热,再使热向上辐射。
c.模拟背景的红外辐射特征:模拟背景红外辐射特征是通过改变飞机的红外辐射分布状态,使飞机与背景的红外辐射分布状态相协调,从而使飞机的红外图象成为整个背景红外辐射图象的一部分。
d.红外辐射变形:红外辐射变形就是通过改变飞机各部分红外辐射的相对值和相对位置,来改变飞机易被红外成象系统所识别的特定红外图象特征,从而使敌方难以识别。目前主要采用涂料来达到此目的。
②降低目标红外辐射强度
降低飞机红外辐射强度也就是降低飞机与背景的热对比度,使敌方红外探测器接收不到足够的能量,减少飞机被发现、识别和跟踪的概率。它主要是通过降低辐射体的温度和采用有效的涂料来降低飞机的辐射功率。具体可采用以下几项技术手段:减少散热源、热屏蔽、空气对流散热技术、热废气冷却等。
③光谱转换
光谱转换技术就是采用在3~5μm和8~14μm波段这两个大气窗口发射率低,而在这两个波段外的中远红外上有高的发射率的涂料,使所保护飞机的红外辐射落在大气窗口以外而被大气吸收和散射掉。

(2)红外隐身技术的应用

①飞机的红外隐身技术
飞机采用的红外隐身技术主要有:
a.发动机喷管采用碳纤维增强的碳复合材料或陶瓷复合材料;喷口安放在机体上方或喷管向上弯曲,利于弹体遮挡红外挡板,在喷口附近安装排气挡板或红外吸收装置,或使飞机采用大角度倾斜的尾翼等遮挡红外辐射;在尾喷管内部表面喷涂低发射率涂料;采用矢量推力二元喷管、S形二元喷管等降低排气温度冷却速度,从而减少排气红外辐射;在燃料中加入添加剂,以抑制和改变喷焰的红外辐射频带,使之处于导弹响应波段之外。如目前国外采用的一种特殊燃料,使飞机尾焰辐射移到5~8μm的大气强损耗波段。
b.采用散热量小的发动机。隐身飞机大多采用涡轮风扇发动机,它与涡轮喷气发动机相比,飞机的平均排气温度降低2000C~2500C,从而使飞机的红外隐身性能得到大大改善。用金属石棉夹层材料对飞机发动机进行隔热,防止发动机热量传给机身。如美国B-2隐身轰炸机采用50%~60%的降温隔热复合材料;F-117则采用了超过30%的新型降温隔热复合材料。
c.在飞机表面涂覆红外涂料,在涂料中加隔热和抗红外辐射成份,以抑制飞机表面温度和抗红外辐射。采用闭合回路冷却系统,这是在隐身飞机上普遍采用的措施,它能把座舱和机载电子设备等产生的热传给燃油,以减少飞机的红外辐射,或把热在大气中不能充分传热的频率下散发掉。
d.用气溶胶屏蔽发动机尾焰的红外辐射。如将含金属化合物微粒的环氧树脂、聚乙烯树脂等可发泡高分子物质,随气流一起喷出,它们在空气中遇冷便雾化成悬浮泡沫塑料微粒;或将含有易电离的钨、钠、钾、铯等金属粉末喷入发动机尾焰,高温加热形成等离子区;或在飞机尾段受威胁时喷出液态氮,形成环绕尾焰的冷却幕。上述三种方法可有效屏蔽红外辐射,同时还能干扰雷达、激光和可见光侦察设备。
e.降低飞机蒙皮温度。可采用局部冷却或隔热的方法来降低蒙皮温度;也可采用蒙皮温度预热燃油的方法,如美国SR-71高空侦察机,在马赫数大于3时,其壁面温度高达600K,飞机利用这一温度对燃油进行预热,并通过机体结构进行冷却,从而降低了飞机蒙皮温度。
通过采用上述各项技术措施,可把飞机的红外辐射抑制掉90%,使敌方红外探测器从飞机尾部探测飞机的距离缩短为原来的30%,甚至更小。就目前的水平看,飞机的红外隐身技术比较成熟,已达到或接近实用阶段,而且已经开始应用于飞机的设计和制造中。
②坦克装甲车辆的红外隐身技术
坦克的红外辐射主要来源于发动机及其排出的废气、火炮发射时的炮火、履带与地面摩擦及受阳光照射而产生的热等。坦克装甲车辆的红外辐射抑制措施主要有:
a.发动机排气和冷却空气出口只能指向后方,而且不能直指地面,以防扬尘,使排气中粒子杂质含量极低,以减少其热辐射;采用陶瓷绝热发动机,降低坦克的红外辐射强度。
b.采用不同发射率的隐身涂料来构成热红外迷彩,可使大面积热目标分散成许多个小热目标,分割歪曲了目标的热图象,在热像仪屏上各种不规则的亮暗斑点打破了真目标的轮廓,降低目标的显著性,这样即使有一部分的红外能量辐射出去,但由于已改变了目标的热分布状态,热像仪也难以分辨出目标的原来形状,从而增加敌方探测、识别目标的难度。
③舰艇的红外隐身技术
军事目标的红外隐身在空中和海上的应用与发展及不平衡,目前舰艇的红外隐身技术才刚刚起步,其作用只能是对现有装备进行小的改进,完成低水平的热抑制,它离实用阶段还有一定距离。为了降低水面舰艇的红外辐射,各国实际采用的措施主要有:
a.冷却上升烟道的可见部分;
b.冷却排烟,使它尽可能地接近环境温度;
c.选取适当材料,用它来吸收3~5μm的红外辐射;
d.采用绝缘材料来限制机舱、排气管道及舱内外结构的发热部位;
e.对舰桥等上层建筑涂敷红外隐身涂料,这样不仅能减少红外辐射,而且能减少光反射。

3红外摄像机技术分析

    在夜视监控系统中,常规的办法是利用可见光照明,但这种方式存在不能隐蔽、容易暴露监控目标等缺点,因此使用较少;目前隐蔽、科学的夜视监控是采用红外摄像技术。红外摄像技术分为被动式和主动式。被动红外摄像技术是利用任何物质在绝对零度(-273℃)以上都有红外线辐射,物体的温度越高,辐射出的红外线越多。利用此原理制成的摄像机最典型的就是红外热像仪,但是,这种特殊的红外摄像机造价昂贵,因此仅限于军事或特殊场合使用。而主动红外摄像技术,是采用红外灯辐射“照明”(主要是红外光线),应用普通低照度黑白摄像机、彩色转黑白摄像机或红外低照度彩色摄像机,感受周围景物和环境反射回来的红外光实现夜视监控。主动红外摄像技术成熟,稳定,成为夜视监控的主流。
  红外一体化摄像机是将摄像机、防护罩、红外灯、供电散热单元等综合成为一体的摄像设备。它实现夜视的基本原理是利用普通CCD黑白摄像机可以感受红外光的光谱特性(即可以感受可见光,也可以感受红外光),配合红外灯作为“照明源”来夜视成像。红外灯的功率和角度,摄像机的配置,一定焦距的感红外镜头,以及是否有良好的供电散热处理是判断红外一体化摄像机性能的重要参数。
    目前市场上也有许多产品是摄像机与红外线投射器分开的,这需要用户对红外灯和摄像机的性能有足够的了解,能够根据红外灯的角度、摄像机镜头参数等作合理的搭配。

4平安城市安防建设

    在我国,虽然在经历了二十二年的发展历程后,安防行业呈现出了蓬勃发展的势头,安防技术水平也不断地提高。但是,我国的安防管理现在大多数还停留在以人防为主的基础上,原因在于市场没有提供自动化程度高、高集成化、科学化的安防应用系统,因此给国家造成了大量的损失,同时也无法向国家提供科学的决策依据。尤其是,大城市的重点安防领域、公共安全面临着诸多实际问题,如地铁、机场、奥运和世博场馆及其周边公共区域等。我国近期开始大规模开展的“平安城市”和“科技强警”工程正是为了解决这一难题,使城市真正成为安全的区域。
平安城市是一个特大型、综合性非常强的管理系统,不仅需要满足治安管理、城市管理、交通管理、应急指挥等需求,而且还要兼顾灾难事故预警、安全生产监控等方面对图像监控的需求,同时还要考虑报警、门禁等配套系统的集成以及与广播系统的联动。
    城市安防体系与应急反应平台从根本上解决了人防带来的种种弊端,为安全防护提供了科学、可靠的方法。可以说,该系统的研究和实施对我国的国家安全领域、安防领域具有重要的意义。首先,这一系统的完成可以使我国拥有自主知识产权的安全防范技术;其次,使我国拥有自主的应急和防范依据;再次,通过该项目可以提高我国公共安全的整体水平,改变原来对缺少灾难防范依据、评估依据和救助依据的落后情况。
    城市安防体系与应急反应平台的主要关键技术是智能视频分析、生物识别技术(尤其是面相识别)、数据智能分析综合平台等。该系统是综合了环境监测、通路监测、周界安全、物品安全和出入口控制等多项功能的整体安全防护系统。该系统具有极强的实用性,可以为决策者提供实时的灾难信息,并根据汇总的实时信息提供多种应急解决方案和灾难趋势分析,适用于城市区域整体安全防护或城市内某些重点场所的区域安全防护。该系统是集合了高科技前端采集技术与后台智能化分析决策软件的整合系统,具有极强的兼容性和扩展性,能够从点到线、从点到面地进行区域联网,从而最终形成覆盖整个城市的安全防护系统。

5红外摄像机的发展障碍

    “彩色不失真”与“夜视”同时存在是一大难题,它是由于日夜交替所带来的光线转换,而平光镜与滤光镜不能随需要自动转换所带来的困扰。在白昼光线下,摄像机使用平光镜就能摄录到清晰的图像画面,能够达到视频监控的目的,但是却不能24小时不间断的持续工作,因为在黑暗光线下,通过平光镜片是无法监控到黑暗环境下的任何物体的,而每当夜幕来临时,更换摄像机的滤光片显然不现实,通宝莱公司利用IRCut自动转换镜片技术就很好的解决了这一问题,加以LEDArray红外夜视技术的运用,使对夜间监控画面不失真,清晰度高,能够满足全天候不间断视频监控的需要。
    由于可见光与红外光波长不同,故聚焦点不同,形成了日夜画面无法同时清晰,选用近年来发展出镀膜技术的红外镜头亦解决了聚焦问题。由于LED红外灯散热和小角度的问题,导致了红外灯光衰减严重、发光效率低和画面明暗不均的现象发生,而选用LEDArray发光芯片制成的红外光源,由于其高亮度、小体积,发光角度可变、散热好、集成度高和长寿命的特点,迎合视频监控对产品小体积和长不同视距的夜视要求。
    目前的红外夜视市场相当混乱,主要在于业界缺乏统一的标准规范。例如,红外灯的照射距离便常常是各家企业宣传的重头戏,彼此间又不太一样,而究竟照射的距离是在哪个条件下测得的,当时的环境照度如何,呈现出来的画面品质又如何,却无从得知。这正是目前红外摄像机面临的最严峻的考量,解决掉这个难题成为企业之间共同关注的焦点,因此国内企业要继续在红外市场上领先,我们就要和相关政府部门一起共同把行业标准给制定好,这样才能继续在市场上走远。

6红外摄像机常见的问题及解决方案

    一般来说,其红外灯辐射功率与正向工作电流成正比,但在接近正向电流的最大额定值时,器件的温度因电流的热耗而上升,使光发射功率下降。红外二极管电流过小,将影响其辐射功率的发挥,但工作电流过大将影响其寿命,甚至使红外二极管烧毁。
    当电压越过正向阈值电压(约0.8V左右)电流开始流动,而且是一很陡直的曲线,表明其工作电流要求十分敏感。因此要求工作电流准确、稳定,否则影响辐射功率的发挥及其可靠性。辐射功率随环境温度的升高(包括其本身的发热所产生的环境温度升高)会使其辐射功率下降。红外灯特别是远距离红外灯,热耗是设计和选择时应注意的问题。

(1)红外光的利用率和红暴问题

    什么是红暴呢?红暴是由于所发射的红外线中包含可见光的成分。
红外灯可以做到完全无红暴(采用940~950nm波长红外管)或仅有微弱红暴。美国奥克斯特(AUCSITER)红外技术通过在保证红外灯功率的前提下,降低红外灯自身热耗,调整红外光线角度,使红外灯的有效利用率达到了90%。在红外灯的选择上,挑选波长较大(910nm)的红外灯,严格降低红暴,达到了微红暴效果。

(2)红外摄像机的起雾结霜问题

    雾、霜的形成是由于空气中的饱和水蒸气遇冷凝结而成,因冷环境的强、弱分别凝结成霜和雾。红外摄像机在工作过程中,尤其是室外摄像机常常会因四季变化、昼夜温差、以及雨雪环境等原因在防护罩视窗玻璃上形成雾或霜,导致摄像机无法看清物体,直接影响监控效果。我们可以通过采用先进的电子除霜设备,有效控制腔体内的饱和水蒸气浓度,做到自动除雾除霜。

(3)红外摄像机的视窗玻璃清洁

    红外半球摄像机在雨雪天或粉尘大的环境下工作,防护罩的视窗玻璃容易出现污垢,造成摄像机视线遮挡。解决的办法通常是在防护罩上增加雨刷,通过控制雨刷清洁玻璃;另外一种办法是使用隐形雨刷视窗玻璃。与普通视窗玻璃相比,隐形雨刷视窗玻璃具有排斥水、灰尘、雪花的功能。

(4)红外摄像机的恒温

    由于配置了发热量较大的红外灯,红外灯在启动后,整个工作时间段内(以12小时计)在红外半球摄像机前部会有热量集中,即腔体内前端温度偏高,如不能散热均匀定会影响摄像机等其它部件的正常工作。我们可以通过设计使用具有强制散热散冷作用的自动冷暖空调,良好的解决了这一问题。
自动冷暖空调采用珀尔帖效应原理,测温控制电路可以自动调节,将防护罩内温度恒定在摄像机正常工作温度范围内,出厂时罩内温度设置在+5℃以下加热、+40℃以上致冷。实验表明该红外半球摄像机可在-40℃~+70℃(阳光直射)的室外自然环境下正常工作。

7红外与激光在安防监控方面的性能对比

    目前,在安防领域,由于红外线的性能有限,所以其产品主要做补充作用。激光探测器每一道光束都为独立的光束系统;而红外探测器的多光束实质是一套光束系统,遮挡其一束光并不报警;红外线产品误报高,雨天无法布防。
比较项目
主动红外探测器
激光探测器
说明
误报率、漏报率
红外发射角大,抗干扰差,激光能量集中,抗干扰能力强
适应恶劣环境
对于雨、雾、雪、沙尘暴等恶劣天气,红外探测器衰减程度大,适应能力差
激光探测器由于激光自身特性,单色性好,穿透能力强,完全不受雨、雾、雪、沙尘暴等恶劣天气干扰
激光方向单一,发散角小,光束集中,信号强,即使有恶劣环境带来的衰减也不会影响正常工作
100米射束扩展
光斑直径3米
光斑直径0.17米
扩展范围小,光速密度越大,光的可用功率越大,穿透能力强
单色性
差(受强光干扰)
激光不受杂散光干扰
产品相互串扰
红外产品在直线长距离布设中相互串扰,易漏报
避路传输系统,不出现串扰
相互串扰能引起不允许出现的漏报警
实际工作距离
实际工作距离为标称距离的75%左右
实际工作距离为标称距离一致
将为设计提供准确布设依据
工作温度范围
-25℃——55℃
-40℃——70℃
激光探测器比红外探测器更适合于寒冷气候环境
调试方式
通过镜头对准方式,远距离调试不方便
通过激光定位仪把光信号转为声信号
激光探测器调试方式方便,调试过程准确、快捷
响应时间
50ms——500ms
5ms——1000ms
响应时间范围越大,适应场合越广
接收机接收窗口
接收机窗口越大,接收的信号越多,系统越可靠
多光束探测方式
同时遮断报警
遮断任何一道报警
激光探测器每一道光束都为独立的一套系统;而红外探测器的多光束实质是一套系统
表1 红外探测器与激光探测器性能对比

8激光红外灯及其特点

    随着安防行业的发展,24小时不间断的监控对红外夜视要求越来越高,不仅仅满足以眼前近距离几十米的要求,随着安防行业智能视频新技术不断出现,网眼摄像机动态监控要求也越来越高,如果出现突发事件,更需要网眼摄像机进行中远距离跟踪监视,目前LED红外灯产品,实际上的效果只能达到几十米内,红外效果随着距离和角度的增大而衰减。是无法完成中远距离的跟踪监控。在真正能实现中远距离监控的红外灯产品,网眼摄像机搭配激光红外灯产品是一种最佳的选择。
目前在监控夜视领域激光红外灯逐渐被广泛的使用,但在使用过程中也存在一些问题,就是大家对激光红外灯的根本认识与理解及使用存在一定的误区,所以从以下几个角度谈谈激光红外灯看法,供大家对激光红外灯产品的正确认识与理解。

(1)激光的特点

  ①方向性:激光器发射的光,天生就是朝一个方向射出,光束的发散角小,接近于理想平行光。
  ②单色性:激光的光谱宽度非常的小,是几个纳米量级。所以其具有良好的单色性光源。
③亮度高,能量密度大。

(2)激光红外灯采用半导体激光器作为发光器件

①半导体激光器输出的是光,所以可以用作照明光源。又因为激光有良好的方向性,表现为光束的角度小、能量集中,传播到较远的距离仍有足够的光照强度,所以非常适合远距离照明。可对远距离目标进行照明正是红外激光照明器的最大特点。
半导体激光器的能量在光束的垂直截面上能量分布是不均匀的,呈高斯分布,中间强,到边缘逐渐变弱,或者呈明暗条纹状分布。所以,直接使用半导体激光器作为照明光源效果是不可取的(目前市面上非专业激光灯的生产厂家,山寨版的激光红外灯,问题多多,使得工程用户对激光红外灯存在一些负面的印象)。
②激光红外灯+普通CCD摄像机组成的夜视监控系统;产品采用810nm波长的红外半导体激光器作为光源,配合感红外摄像机、黑白CCD摄像机或微光夜视设备,组成红外夜视监控系统,属于主动夜视监控系统。激光红外灯即是配备的主动光源。相对微光夜视和红外热像仪,具有更好的市场适应性。
激光红外灯通常选用810nm半导体激光器。810nm 属近红外,和可见光中的红光波长接近,CCD的对810nm波长有比较好的感应。现在各个正规厂家的感应芯片对于810NM的光谱具有很强的感应效果。
只是在做成摄像机时,为了保证彩色图像质量,会把近红外光在进入CCD之前过滤掉,一般厂家会采用滤光片过滤红外光。不滤掉时,彩色图像会出现严重的偏色现象。

9激光照明器和LED灯的差别

(1)照明距离:单一的LED输出光功率一般为5~15mW,现在虽然有40~50mW的LED产品问世,但是依然无法和半导体激光管(LD)相比,现在单芯的半导体激光管的发光功率可达10W,一个激光管的亮度等于几百个LED的亮度总和。故相对很小的激光产品可以达到很大的照射距离,大大的改善照射效果,提高画面的亮度。
(2)体积:红外激光照明器采用单一芯片的半导体激光管作为发光介质,所以体积可以做的很小,同时有满足亮度的要求。
(3)寿命:半导体激光管和LED都属于半导体发光产品,半导体产品的寿命很大程度受制于对产品散热的处理。激光照明器由于采用金属封装和专用电源,我们通过先进的半导体温控技术,达到完美的温度控制,使得产品始终在设定的合理温度下工作,寿命能够很好的得到保证。
(4)红曝影响:近红外的半导体发光产品都存在红曝问题,这是有半导体发光机制所决定的。但是由于红外激光照明器采用单一芯片发光,使得红曝的存在只有一个很小的发光点,在远距离照明中甚至可以忽略。而LED灯由许多LED管组装而成,出现红曝后,会使产品的整个面板发生红曝现象,不利于红外灯的隐蔽。
(5)成本:半导体激光管和LED的生产方式很类似,核心芯片都是通过外延生长实现,然后通过不同的封装工艺来满足芯片的工作要求。成本的差异主要是由于产品的生产量来决定,LED由于封装简单,应用量巨大,所以可以大规模的生产,从而大大降低了产品成本;随着激光应用技术的不断发展,半导体激光管的产量这些年来也成几何倍数的增加,产品的成本已经降到可以被普通用户承受的阶段,
由于半导体激光管的工作条件要求高,所以对每一个激光管的品质要求都大大的高于LED,所以红外激光照明器核心部件的品质从一开始就有严格的要求,质量控制的高要求使得最终产品的性能和质量都有所保证

10激光红外灯的使用误区

(1)配套摄像机产品的误区
目前很多工程商拿到激光红外灯时,在实际测试过程中,用普通彩转黑摄像机来感应激光红外灯的红外光,发现完全感应不到,或非常微弱,有一种上当受骗的感觉,其实不然,因为普通彩转黑摄像机采用滤光片技术,把除开LED红外灯850nm红外光之外的红外过滤掉,而激光红外灯的红外光是采用的是808nm的红外波长,就被滤光片毫不客气的过滤掉。所以就形成无法感应或感应很弱。
能与激光红外灯反搭配的摄像机不管是枪机还是一体机目前几乎都采用的是双滤光片切换IRC技术,但使用这种技术一般摄像机成本相对较高,所以目前只有一些国际知名品牌摄像机像SONY、三星、松下、LG等等几乎所有系列产品采用这种双滤光片切换技术,而国内也有一些厂家如景阳、宏天智、翔飞、乐荣、拓邦、斯雅特在部份系列产品当中采用双滤光片切换技术,而大部份厂家也开始采用改滤光片的过滤波段能通过810nm的激光红外光,或者直接找滤光片厂家订购能通过808nm激光红外光的滤光片,以较低成本实现都激光红外光的感应兼容,来适应未来红外灯朝激光方向发展的夜视趋势。
(2)理解上的误区
人们往往带着对LED红外灯的认知来理解激光红外灯。LED红外灯特性是不具有方向性,光束角度大,把多个LED灯合理的聚在一起可以实现近距离全方位的照明,但LED不具有方向性,所以只能实现近距离几十米的照明。
带着这种理解,希望激光红外灯与LED红外灯一样,在100米、200米、300米、500米以上都能够实现全方位的照亮,实际上目前国际上没有任何激光红外技术可以做得到远距离全方位的照明,只能实现中远距离局部范围的照明。
当然激光的技术不断的进步,实现300米以内较大面积的照明是迟早的问题而以。
(3)工程安装的误区
多数客户带着对LED红外灯的使用安装理解,把LED红外灯与摄像机捆绑在一起实现近距离广角度的照明,因为近距离如果LED红外灯不跟摄像机捆绑在一起会产生明显的光圈现象,会产生不好的效果。
带着这种对LED红外灯的理解,来理解激光红外灯,因为对激光红外灯的接触不深,想象激光红外灯能实现100米以上全方位的照明,理所当然的把激光红外灯与摄像机捆在一起做工程安装。
一些务实的技术型公司根据市场需求清楚的认识到中远距离激光红外灯都有一定的照明范围,把激光红外灯与摄像机捆绑在一块安装所产生的效果不一定是最佳的,而且工程成本的差异性就体现在这里。
在实现远距离监控方面,如果方案设计得不理想可能实现不了很好的监控同时工程造价成本又会上升,这时候才体现大型工程商的工程安装技术实力。如何根据工程现场环境,在不同方位把激光红外灯与摄像机分开安装来实现更合理的安装方案,就成了摆在各大工程商面前的技术问题。

11激光红外灯相关产品的发展趋势

    随着激光红外灯的技术进步与发展,激光红外灯做为摄像机夜视补光光源越发确切的符合市场的需求,取代LED红外灯成为中远距离最佳搭配的红外光源产品。因为看到激光红外技术是不同于LED本质的另外一先进性的红外技术,且后继成为红外技术的主导产品与主导市场,国内市场50强前端设备产品纷纷投入到激光红外灯与自身产品的配套开发中。以最敏锐的市场眼光,抓住市场先机来满足市场需求,同时能占据市场的领导地位,同时占据技术最高端,满足公司创新利润取向。
以下简单谈一下激光红外灯作为辅助光源的相关产品发展方向:
(1)激光智能高速一体化红外云台
室外云台产品,多数在室外用于远中近距离360度全方面监控,(能文能武)能近能远,这只是白天的情况,但一到晚上问题就明显的出现,一些地方完全无光线,需要红外线灯补光,但以往多数工程商都采用近距离LED红外灯实现近距离照明,但远距离无所适从,对中远距离激光红外灯有着强烈的要求,激光红外灯在中远距离有着本质性的优势,一出现就能满足其需求。正是市场有着强烈的需求推动各大云台生产厂家,整合激光红外技术,相应推出激光式的激光智能高速一体化云台产品(各个厂家激光云台产品叫法不一),满足市场需求。
(2)激光智能车载云台一体机
公安侦察系统经常出入一些完全无光线的情况下进行办案,车灯极容易引起躲避,短距离LED红外灯又实现不了远距离的跟踪侦察,只能采用激光红外灯才能实现360度中远距离的跟踪侦察。所以市场需求崔生出车载云台必然向激光方向发展与靠近,目前国内一些车载云台生产厂家已经推出各式的激光车载云台产品,成为市场领导者与领跑者,当然也是利润领导者。
(3)激光智能一体化球型云台
户外的球型云台产品市场需求量越来越大,但所配备的LED红外灯所监控的夜视距离较短,越来越不符合室外监控的中远距离需求,目前已经有不少球型云台厂家开始寻求向激光红外技术发展。但球型的结型是各大厂家难以向激光红外技术靠近的最主要原因,在不明了市场的需求情况下,不敢吃第一只螃蟹也是大多数厂家谨慎心理的体现。但市场已经有个别的厂家开始介入这一块。
(4)激光球机
虽然现阶段把激光红外灯融入球机,无论是从结设计上还是散热处理上都是较大的困难,但激光红外球机在行业内已然形成了概念,各厂家也相续进行研发,相信这一课题不久就会突破。
(5)防爆型激光红外灯
防爆产品多数在比较危险环境进行安装应用,而环境条件比较恶劣,目前市场上各防爆厂家推出防爆型的红外灯,但采用的是LED红外灯技术,在比较恶劣的环境,难以实现较远的照明距离,而这些环境洽洽需要中远距离的夜视照明,所以市场需要崔生出防爆厂家尽出推出防暴型的激光红外灯,目前国内最大型的防爆厂家已经着手开始研发防爆型激光红外灯及防爆型激光一体机(名称可能不是这样),相信防爆厂家的防爆型激光红外灯不久推出市场,为安防行业在高危领域又走出一大步做出及大的贡献。

结  论

    总之激光红外灯技术的发展与应用是安防行业不可逆转的趋势,为夜视监控领域创造另一片空间。对于新技术总有人抱着怀疑的态度,也有人保持着接纳的态度,新技术的机遇与机会永远留给拥有接纳心态的人与企业,自主创新是企业的核心竞争力,而红外激光夜视技术迎合、融合企业的红外技术发展方向,谁把握了这个方向,谁就掌握了市场的至高点,从而赢得客户对企业实力与创新能力的认可,从而赢得市场的前期利润与市场控制与占有。
 
 
 
 
 
 
 

参考文献

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