红外夜视监控系统的三大技术八项问题

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1、红外夜视监控系统的三大技术八项问题 红外夜视到底能做到多远？技术到家的话，100 米以上的红外夜视系统并不是什么难事。技术到家，指的是必 须同时精通红外灯技术，红外感应摄像机技术和红外感应镜头技术，三者缺一不可。现在 市场上的“夜鹰”系统，距离已经做到 500 米以上，功率还不到 50 瓦。正在开发的 1500 米夜视系统明年 3 月就可面世。视频监控的发展方向在于室外，室外监控的发展方向在于夜视，夜视的发展方向 在于红外技术，这个趋势越来越明显。在红外夜视这个领域，中国企业已经走在世界最前 列，一些先进技术令国外同行望尘莫及。但是，这毕竟是一个新兴产业，大量劣质产品泛 滥市场，影响了人们对红

2、外夜视产品的信任。另外，还有一些当年很领先的企业，因为死 抱暴利不放、技术上固步自封，很快就被市场抛弃的现象存在，值得令人深思。 本文涉及到了红外夜视监控中的常见技术问题和疑难解惑，借此机会与广大读者和工 程商做一个沟通，同时希望能为工程商和用户对红外夜视监控的进一步认识提供有价值的 参考。 红外夜视监控的三大技术八项问题 纵览天南海北，这么多的红外灯制造商信誓旦旦地标称自己的红外灯照射距离是 100 米或 200 米等等，还发明了“足米”这一名词，从而误导工程商好像红外灯真的有固定照 射距离。而不管厂家如何宣传，工程商就是不信并认为标称 100 米的红外灯能勉强用到 50 米就不错了。很多负

3、责任的工程商，更是买了无数的红外灯也达不到用户的要求，真是有 苦难言。 那么，红外灯真的有固定照射距离吗？红外夜视监控就只涉及红外灯技术吗？无数的 事实证明，答案是否定的。事实上，就任何红外灯本身来说，绝对不存在固定的照射距离， 任何孤立地标注红外灯照射距离的做法，都是很不科学的。也有还算专业的人士和厂家， 朦胧地意识到红外灯要想达到理想的照射效果，需要优秀的摄像机和性能出色的红外镜头。 而最经常听到的说法是，需要 0.001 Lux 以上的红外感应摄像机，最好是黑白的；需要某 种特别的红外镜头，红外透过率达到百分之九十五以上。问题是，任何一个从事专业光学 研究和制造的工作者都知道，这些所谓的

4、红外透过率达到百分之九十五以上的镜头，真的 要达到百分之九十五以上的红外透过率是比较困难的。 而本文将从红外夜视监控系统中常见的几大问题入手，针对目前广大用户在使用该类 产品中经常遇到的难点展开视角独到的剖析，一定会为广大工程商对红外夜视监控的进一 步认知带去有价值的参考。 红暴问题 有些厂家把能不能制造出无红暴红外灯当做一个技术问题来宣传，好像有红暴就是低 技术，无红暴就是高技术。其实，有无红暴只是一个选择问题，并不是技术问题，波长超 过 700nm 的光线叫做红外线，900nm 以上的红外线基本无红暴，波长越短，红暴越强，红 外线感应度也越高。现在市场上有两种主流红外灯，一种是有轻微红暴的

5、，波长在 850nm 左右，一种是无红暴的，波长在 940nm 左右。同一款摄像机，在 850nm 波长的感应度， 比在 940nm 波长的感应度好到 10 倍。所以 850nm 这种有轻微红暴的红外灯拥有更高的效 率，应当做为红外夜视监控的首选项。 寿命问题 摄像机的使用寿命可达 10 年以上，红外灯的寿命是否也能达到这个水平？正确回答这 个问题，首先要了解目前红外灯的制造原理。目前红外灯主要有三种制造模式：1、卤素灯， 2、多芯片 LED，3、单芯片 LED。卤素灯是一个较传统的技术，能耗高，发热量大，使用 寿命较短，因其使用效率低下，估计会逐步地淡出市场。 多芯片 LED 也有两种形式，

6、一种是包含 4 到 8 颗芯片；另外一种是阵列式发光片，含 有 10 到 30 颗芯片。为什么做多芯片呢？一些来自厂家的理论是：红外灯照射距离不够是 因为能量不够，更多的芯片集合在一起，当然能量就大，想当然地认为照射距离更远。固 然，更远的距离需要更大的能量，但并不是红外灯发出了多少红外光，摄像机就能接收多 少红外光。 多芯片 LED 因其结构上的固有缺点没有发光焦点，发光光学系统不合理，有用光效率 也比较低（当然，比卤素灯强几倍） ，其优点没有有效地发挥出来。比如阵列式 LED，电 流高达 1000mA 以上，基本只是一分钱硬币大小，散热就成为一个问题。可 LED 最怕的就 是高热啊，不坏才

7、怪呢。同时，多芯片 LED 的生产要求非常严格，每颗芯片都不能有性能 上的一点差异，否则一颗芯片坏掉的话整机就全部完了。总体而言，相对于单芯片 LED 而 言，多芯片 LED 的寿命是远远不够的。 单芯片 LED 生产工艺简单，品质容易保证、发热量低、发光光学系统合理，是做红外灯理想的器件，理论上使用寿命可达 10 万小时以上。那么，是不是所有的单芯片 LED 灯 的寿命都很好呢？ 事实上，远不是这么回事。这里面原因有很多，比如有的 LED 芯片级别很低，杂质超 标；有的生产工艺不过关，有漏电现象；有的超功率使用，额定 20mA，却使用 50mA 以 上；有的没有保护电路，或电路设计不合理，这

8、些都会导致单芯片 LED 红外灯快速坏掉。 要想保证红外灯的寿命，首先要选用高等级的 LED 芯片。高等级芯片功率大、一致性 好、发光效率高、发热量很小，一颗高等级 LED 比普通 LED 的品质好 10 倍，当然价格也 非常昂贵。其次，光学系统设计要合理、发光要均匀、利用率要高、散热要快。第三，要 严格控制工作电压。LED 对电压非常敏感，电压稍高 LED 管芯就会烧掉；而电压略低则 发光量又会大大降低。最好匹配高质量的开关电源，交流输入电压最好从 170 伏到 270 伏 电压都能做到较好的稳压，以适合恶劣的供电环境。第四，输入电源线最好选用抗高低 温、超柔软抗弯曲的。有一个厂家生产的红外

9、灯，输入电源线可在低温零下 60 度、高温零 上 250 度正常使用，零下四、五十度线缆仍像丝绸一般柔软，这样的产品才值得信赖。 角度的问题 红外灯是不是视角越大越好？不论是制造商还是工程商想当然地认可这种说法，他们 认为红外灯发射视角越大，选用镜头的余地也就越大，选择广角镜头不会出现“手电筒” 现象。所以说，大家都拼命地说自己的红外灯的视角是如何之大。这种好像很有道理的说 法其实是很不科学的。 首先，使用大视角度的红外灯配合小视角度的镜头，存在光的浪费现象。比如，一盏 红外灯，发光角度是 80 度（相当于 f3.5mm 镜头的角度） ，如果配合 f35mm 的镜头，那么 会有相当部分的光是在

10、镜头视场以外，也就是说部分红外光都浪费了。一般情况下，红外 灯的视角要与镜头的视角相一致，效果是最佳的。比如长春佶达的红外灯，灯的发射角度 是用镜头的焦距来表示的。其 SK-4.2W-16 红外灯，含义是这样的：“-4.2W”表示该灯的 额定功率是 4.2 瓦；“-16”表示该灯的发射角度与 f16mm 的镜头角度一致，两者是可以配 套的。其红外灯按角度分类，目前包括“-4” 、 “-8” 、 “-16” 、 “-35”四个系列，可以和市场 上的常用镜头配套。 其次，并不是红外灯的发射角度越大，画面效果就越好。有的场合如果红外灯角度过 大，还会影响成像。比如走廊，因其“狭长”的特点，如果红外灯

11、的发射角度过大，则近处边缘的成像就会太亮，形成“光幕”现象；远处中心反而看不见，只有一片发白现象。 所以，走廊的红外灯应该是镜头角度的二分之一或三分之一。第三，可以利用“接灯”技术，两个窄角红外灯搭配并调整位置，可以达到广角灯的 效果，市场上的“夜鹰”系列红外夜视系统，就是利用“接灯”这种技术，做到了既望远 又广角。在同样功率条件下， “接灯”技术可以成倍提高作用距离。 总体而言，红外灯的发射角度的问题既是选择问题也是技术问题。不同焦距的镜头应 选择相适应发射角度的红外灯，红外灯的发射角度无论在什么样的条件下都不应该大于镜 头的视角，而在狭长环境中的应用，就该选用比镜头视角更小乃至三分之一的红

12、外灯。窄 视角红外灯通过搭配，可以得到理想的广角效果，效果更佳、成本更低。 通光量的问题 相对孔径决定了镜头的通光能力，相对孔径为 F1.0 的镜头通光量是相对孔径 F2.0 的 镜头通光量四倍。同样的摄像机、红外灯，分别搭配上述两种镜头，红外作用距离可相差 一倍。 大孔径镜头在红外监控方面，比常规普通镜头好四到十倍，按理说应该成为红外夜视 监控的必须配套产品。但由于成本高昂，技术难度大，绝大多数红外产品制造商不具备供 货能力。 由于众所周知的原因，市场上大量充斥虚标 F 值的镜头，尤其是变焦镜头，只标短焦 不标长焦因而误导工程商，致使用户根本无法辨清谁家卖的是真货，谁家以次充好。建议 用户要

13、到专业大型厂家购买镜头。 焦点偏移的问题 可见光与红外光由于波长不同，成像焦点不在一个平面上，导致在白天可见光条件下 图像清晰，而夜间红外光条件下模糊，或者夜间红外光条件下图像清晰，白天可见光条件 下图像模糊。可以用三个办法解决。第一，采用自动聚焦一体化摄像机；第二，采用 IR 专用焦点不偏移镜头；第三，采用专业的调整工具，在现有镜头条件下也可以实现不偏移。 色彩问题 所有的黑白摄像机都是感应红外光的。红外光线在可见光条件下对于彩色摄像机来讲 是一种杂光，会降低彩色摄像机的清晰度和色彩还原，彩色摄像机的滤光片就是阻止红外 线参与成像。要想使彩色摄像机感应红外线现在有两个做法，第一，切换滤光片，

14、在可见 光条件下挡住红外线进入；在无可见光的条件下移开滤光片，让红外线进入，这种方案得 到的图像质量好，但成本高并且切换机构会导致出现一定的故障率。第二，在滤光片上打 开一个特定的红外线通道，允许与红外灯波长相同的红外光线进来，这种办法不增加成本， 但色彩还原略差。 灵敏度的问题 摄像机灵敏度是红外夜视监控的核心部分。灵敏度越好，对红外线的感应能力也越强。 当然，灵敏度越好的摄像机价格也越昂贵。一般来讲，50 米以内的红外夜视系统，选用 0.1 勒克斯的摄像机就比较好；50 米到 100 米范围的夜视系统应该选用 0.01 勒克斯的摄像 机；100 米以上的夜视系统应选用 0.001 勒克斯以

15、上的摄像机。当然，随着灵敏度提高，摄 像机的价格会有较大的递增。 当然，和其它许多产品一样，摄像机虚标指标的现象特别严重。我曾拿过一款 0.1 勒 克斯摄像机和一款标称 0.0001 勒克斯的摄像机作对比，后者竟不如前者。更多的摄像机厂 家，人为地提高信号强度，灵敏度是很不错，但信噪比很差，导致夜间图像“雪花点”很 多很大。 距离的问题 一百个人做红外产品就会有一百个红外夜视距离的标准。我看还是应该以客户的应用 效果为标准。客户的标准是什么？是看清人！什么“可视距离” 、 “发现距离” ，这些不确定 的说法都是含混不清的。不同档次的摄像机、镜头之间的匹配，对于同一盏红外灯发出的 光线感应度可能

16、相差许多倍，可视距离也可相差很多。所以说，把某一盏红外灯具体地定 为是多少米的说法是不甚科学。一盏红外灯的作用距离，只能与确定品质的摄像机和镜头 共同匹配才能确定其作用距离。还有，因为应用的环境不同，效果也会大相径庭，最好留 有一定余量。 相对孔径决定了镜头的通光能力，相对孔径为 F1.0 的镜头通光量是相对孔径 F2.0 的 镜头通光量四倍。同样的摄像机、红外灯，分别搭配上述两种镜头，红外作用距离可相差 一倍。 大孔径镜头在红外监控方面，比常规普通镜头好四到十倍，按理说应该成为红外夜视 监控的必须配套产品。但由于成本高昂，技术难度大，绝大多数红外产品制造商不具备供 货能力。 由于众所周知的原因，市场上大量充斥虚标 F 值的镜头，尤其是变焦镜头，只标短焦 不标长焦因而误导工程商，致使用户根本无法辨清谁家卖的是真货，谁家以次充好。建议 用户要到专业大型厂家购买镜头。 焦点偏移的问题 可见光与红外光由于波长不同，成像焦点不在一个平面上，导致在白天可见光条件下 图像清晰，而夜间红外光条件下模糊，或者夜间红外光条件下图像清晰，白天可见光条件 下图像模糊。可以用三个