紅外技術(shù)早在60年代初期由美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室研發(fā)成功,到目前為止,廣泛應(yīng)用于安防監(jiān)控行業(yè),紅外技術(shù)的運(yùn)用有兩種方式:*種是被動(dòng)紅外夜視技術(shù)。它是借助于目標(biāo)自身發(fā)射的紅外輻射來實(shí)現(xiàn)觀察的紅外技術(shù),它根據(jù)目標(biāo)與背景或目標(biāo)各部分之間的溫差或熱輻射差來發(fā)現(xiàn)目標(biāo),其對(duì)應(yīng)裝備為紅外熱感應(yīng)成像儀。熱成像儀具有不同于其它夜視儀的*優(yōu)點(diǎn),如可在霧、雨、雪的天氣下工作,作用距離遠(yuǎn),能識(shí)別偽裝和抗干擾等,已成國(guó)外夜視裝備的發(fā)展重點(diǎn),并將在一定程度上取代微光夜視儀。但畫面僅為物體的輪廓,無(wú)法做為呈堂的證據(jù),而且它的價(jià)格極為昂貴,一旦價(jià)格下降,也將會(huì)用于監(jiān)控系統(tǒng)。
第二種是主動(dòng)紅外夜視技術(shù)。它是通過主動(dòng)照射并利用目標(biāo)反射紅外源的紅外光來實(shí)施觀察的夜視技術(shù),其對(duì)應(yīng)裝備為主動(dòng)紅外夜視儀,是目前監(jiān)控行業(yè)里普遍運(yùn)用的一項(xiàng)技術(shù)。紅外線監(jiān)控系統(tǒng)通過主動(dòng)發(fā)出紅外波長(zhǎng)的紅外燈光照亮物體,顯然紅外光的亮度決定了看清的程度。一般,產(chǎn)生這種不可見光的紅外光源的方法有下列三種:
(1)直接使用白熾燈或氙燈發(fā)出的紅外光,即在這兩種燈上安裝可見光濾鏡,即濾去可見光,只讓看不見的紅外射線射出;
(2)使用紅外發(fā)光二極管LED或LED陣列來產(chǎn)生紅外光。這種器件是通過半導(dǎo)體中的電子與空穴復(fù)合來產(chǎn)生紅外光的;
(3)使用紅外激光二極管LD作紅外光源。它把處于較低能態(tài)的電子激發(fā)或泵浦到較高能態(tài)上去,通過大量粒子分布反轉(zhuǎn),共振而維持受激輻射。
*種紅外燈在安防視頻監(jiān)控領(lǐng)域使用的時(shí)間zui長(zhǎng)、技術(shù)也zui為成熟,直到現(xiàn)在以這種工作方式的產(chǎn)品也還有人在工程中運(yùn)用。特別在一些室外環(huán)境中需要照射遠(yuǎn)距離的環(huán)境中,這種紅外夜視系統(tǒng)能夠充分達(dá)到實(shí)際使用要求。目前效果比較好的鹵素?zé)羯a(chǎn)廠商的產(chǎn)品可以達(dá)到300米左右。
相對(duì)于其它類型紅外燈來講,這種熱光源的工作壽命(燈泡壽命)較短,一般通過光控開關(guān)使鹵素紅外燈在環(huán)境照度低于一定照度值時(shí)自動(dòng)接通鹵素紅外燈工作電源,當(dāng)整體環(huán)境照度高于一定照度值時(shí)自動(dòng)斷開鹵素紅外燈工作電源,從而使鹵素紅外燈能在白天或夜間自動(dòng)切換。實(shí)際上,這種光控開關(guān)裝置的程序設(shè)置中還設(shè)有一段等待時(shí)間值,以保證讓燈泡慢慢變熱,防止突然變熱對(duì)燈泡產(chǎn)生的損害,這對(duì)于燈泡壽命提升非常有用。這種預(yù)熱時(shí)間的保證,使之不會(huì)自動(dòng)切斷鹵素?zé)艄ぷ麟娫矗乐果u素?zé)艄ぷ魇艿剿查g的干擾(如汽車大燈瞬間照射等)影響。但由于這種熱光源的體積大、效率低,發(fā)熱量巨大,使用壽命短,消耗品價(jià)格高,抗沖擊的能力差,有強(qiáng)烈的熱輻射等問題,已經(jīng)被第二種紅外燈技術(shù)以體積小、壽命長(zhǎng)、價(jià)格低等優(yōu)勢(shì)而基本淘汰了。
第二種紅外燈是目前安防視頻監(jiān)控領(lǐng)域常用的,從這種紅外光源的發(fā)展史來看,可分為下列幾代發(fā)展歷程。
*代:傳統(tǒng)LEDzui早期的單個(gè)的紅外LED轉(zhuǎn)換效率很低(只有5%),多用在紅外遙控器等簡(jiǎn)單產(chǎn)品上。經(jīng)過在夜視應(yīng)用中的反復(fù)實(shí)踐和發(fā)展,通過把單個(gè)的紅外LED封裝組合起來,固定于鏡頭的周圍,給監(jiān)控?cái)z像機(jī)取像進(jìn)行主動(dòng)補(bǔ)光。這種傳統(tǒng)的小功率LED燈是zui先用于紅外攝像機(jī)并現(xiàn)在仍在大量使用的一種紅外光光源,它們是*代LED。其主要優(yōu)勢(shì)是價(jià)格低,因而應(yīng)用廣泛,占有了紅外機(jī)市場(chǎng)95%的份額。但品質(zhì)參差不齊,所以價(jià)格差異也大。其主要缺點(diǎn)是:①壽命短。因傳統(tǒng)LED散熱處理不良,造成周圍溫度太高而影響附近電子元器件的壽命(如攝像機(jī)板,控制電路板等易壞,使壽命縮短);②光衰減太快。因傳統(tǒng)LED用“環(huán)氧樹脂”作為透鏡的材料,但“環(huán)氧樹脂”遇熱后會(huì)產(chǎn)生斷裂,隨著時(shí)間長(zhǎng)了,斷裂面就愈來愈多。紅外光線通過每個(gè)斷裂面時(shí),有部分光穿過了,也有部分光折射回來了。通過的斷裂面愈多則折射回的光就愈多,出去的光就愈少,因而傳統(tǒng)LED光衰減特快、這也是壽命縮短的主要原因。若采用其它不斷裂材料(如硅膠)取代環(huán)氧樹脂,則其生產(chǎn)成本又將上升(超過現(xiàn)在的數(shù)十倍以上),從而又失去了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。③功率小等。
第二代:小功率陣列式LED點(diǎn)陣式的LED稱第二代陣列式LED,它集成了多顆小功率LED在一個(gè)小范圍內(nèi),并作了“熱電分離”處理,使整個(gè)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(huì)由于高溫而傷害了周圍其它電子元器件。并且,使用了不斷裂的封裝材料而極大地減少了光衰減,使壽命較傳統(tǒng)LED增長(zhǎng)了5~10倍。因而有體積小,散熱處理好,壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。其主要缺點(diǎn)是:①小功率陣列式LED的價(jià)格較傳統(tǒng)LED高出甚多;②亮度比相同功率的傳統(tǒng)LED的低。因?yàn)樗鼮榱伺浜蠑z像機(jī)鏡頭的角度而使用透鏡來縮小送光角度時(shí),無(wú)可避免地有許多發(fā)光點(diǎn)偏離了透鏡的中央而造成送光效率不佳,因而“不夠亮”。
第三代:大功率陣列式LED第三代陣列式紅外LED采用了革新的半導(dǎo)體技術(shù),將高性能發(fā)光晶體陣列式排列,經(jīng)過特殊封裝,形成大功率發(fā)光二極管陣列(LEDArray)。它首先由美國(guó)PacificCybervision公司開發(fā)生產(chǎn),其每顆LEDArray可集成60粒LED發(fā)光晶體,當(dāng)時(shí)光學(xué)輸出達(dá)到了800mw~1000mw。而目前,新一代的單個(gè)LEDArray的光學(xué)輸出己zui高作到4000mW。它既有第二代紅外LED燈的體積小,散熱處理好,壽命長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì),又解決了第二代紅外LED光源因偏心而不夠亮的缺點(diǎn)。這種大功率陣列式LED的價(jià)格接近或低于傳統(tǒng)LED,是集*代、第二代優(yōu)點(diǎn)于一身,并*避免了缺點(diǎn)的一代紅外LED光源。
第三種激光紅外光源的光束細(xì)而強(qiáng),要照亮一定范圍的場(chǎng)景,需要通過擴(kuò)束鏡頭擴(kuò)束。這種光源應(yīng)用的zui大優(yōu)勢(shì)在于激光具有很高的發(fā)光效率、發(fā)光強(qiáng)度和方向性,其電光轉(zhuǎn)換效率zui高可達(dá)80%,從而可大大降低能耗,增加照明距離,目前多用于1km以上距離的監(jiān)控場(chǎng)景的夜視照明。
隨著光電信息技術(shù)的發(fā)展,半導(dǎo)體激光器發(fā)展很快,由zui初的同質(zhì)PN結(jié)式,到異質(zhì)結(jié)式、分布反饋式、量子阱式、垂直腔表面發(fā)射式、微腔式,以及光纖激光器與光子晶體激光器等等,發(fā)光功率由小到大,種類齊全,*,可供安防需要選擇。一般,半導(dǎo)體紅外激光器采用金屬封裝和電源,并通過*的半導(dǎo)體溫控技術(shù)使得產(chǎn)品始終在設(shè)定的合理溫度下工作,壽命能夠較好地得到保證。紅外激光光源與配有長(zhǎng)焦距鏡頭的攝像機(jī)組合,可以較好地實(shí)現(xiàn)夜間遠(yuǎn)距離監(jiān)控。特別適合應(yīng)用于國(guó)家邊防、海防、森林防火、交通工程等大型項(xiàng)目。但由于工藝比較復(fù)雜、產(chǎn)量比較低,其價(jià)格比LED光源高;且激光燈功率過大對(duì)人身體健康有一定的副作用,因而需選擇在安全值。
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