淺談紅外線攝像機的原理特性
閱讀：967發布時間：2015-7-6
光是一種電磁波，通常人們將紅外光劃分為近、中、遠紅外三部分。近紅外指波長為0.75～3.0微米；中紅外指波長為3.0～20微米；遠紅外則指波長為20～1000微米。
光是一種電磁波，具有與無線電波一樣的本質。它的波長區間從幾個納米（1nm=10-9m）到1毫米（mm）左右。人眼可見的只是其中一部分，我們稱其為可見光，可見光的波長范圍為380nm～780nm，可見光波長由長到短分為紅、橙、黃、綠、青、蘭、紫光，波長比紫光短的稱為紫外光，波長比紅外光長的稱為紅外光。紅外光線的波長在780nm～1000μm之間，位于無線電波與可見光之間。
紅外燈按其紅外線輻射機理分為半導體固體發光（紅外發射二極管IRLED）
紅外發射二極管（IRLED）紅外燈的原理是：由紅外發光二極管矩陣組成發光體。紅外發射二極管由紅外輻射效率高的材料（常用砷化鎵GaAs）制成PN結，外加正向偏置電壓向PN結注入電流激發紅外光。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，為普通CCD黑白攝像機可感受的范圍。
紅外發光二極管的發射功率用輻照度μW/m2表示。紅外二極管的zui大輻射強度一般在光軸的正前方，并隨輻射方向與光軸夾角的增加而減小。輻射強度為zui大值的50%的角度稱為半強度輻射角，即半功率角。不同封裝工藝型號的紅外發光二極管的輻射角度有所不同。
紅外燈有不同的功率及715、830nM兩種波長，波長的不同決定了紅外燈照明距離和效果：
715nM的紅外燈由于其照明距離遠，效果好，但是會產生紅暴情況（家用數碼相機的補光用的就是這種紅外燈）；
使用830nM的紅外燈基本沒有紅暴現象或是紅暴很小
一般市場上主要采用紅外發射二極管的紅外燈，其原理及特性我們介紹如下：由紅外發光二級管矩陣組成發光體。紅外發射二級管由紅外輻射效率高的材料（常用砷化鎵GaAs）制成PN結，外加正向偏壓向PN結注入電流激發紅外光。其zui大的優點是可以*無紅暴，（采用940～950nm波長紅外管）或僅有微弱紅暴（紅暴為有可見紅光）和壽命長。紅外發光二極管的發射功率用輻照度μW/m2表示。針對這一情況，富士康公司FI-930C和FI-970C在設計時充分考慮了這個問題，采用率發光二極管，在攝像機里面內置散熱系統，使攝像機穩定工作時間達到25000小時！
紅外線是一種光波，它的波長區間從幾個納米（nm）到1毫米（mm）左右。人眼可見的只是其中一部分，我們稱其為可見光，可見光的波長范圍為380nm~780nm，可見光波長由長到短分為紅、橙、黃、綠、青、蘭、紫光，波長比紅光長的稱為紅外光。紅外光線的波長在780nm~1000μm之間，介于無線電波與可見光之間。
紅外攝像機其實就是將監控攝像機、防護罩、紅外燈、供電散熱單元等綜合成一體的監控設備。目前監控工程中zui常用的紅外防水攝像機是主動紅外，由LED發出紅外線，利用CCD或CMOS可以感受紅外光的光譜特性（即可以感受可見光，也可以感受紅外光），配合紅外燈作為“照明源”來夜視成像。市場上以發射波長850nm和940nm的紅外LED為主。早期的紅外夜視系統不是用在民用的，主要應用于軍事方面，但由于主動紅外夜視系統發射紅外線，易于被敵軍發現，因而在軍事上已基本被淘汰。軍事領域主要用紅外熱成像儀（即被動紅外攝像機），其攝像系統能感應零度（-273℃）以上的物體發出的紅外線輻射，物體的溫度越高，輻射出的紅外線越多并且容易成像。由于目標市場和制造成本問題，很少有生產民用攝像機的安防廠家生產被動紅外攝像機。
紅外燈是紅外攝像機的核心部件，市場主要有兩種類別，一種是傳統型的圓珠LED燈，是比較傳統和常用的一種紅外光源，后來封裝不同的“食人魚”紅外燈，也可將之劃分為傳統紅外燈；另一種是兩年前風靡一時的“陣列式”紅外光源，其原理是將諸多發光芯片加以集成，光電轉化效率比普通的要高，普通LED的光電轉換率是10%，而“陣列式”紅外攝像機的光電轉換率可提升到25%以上，這也正是“陣列式”紅外防水攝像機照使所有物體“太白”的原因。夜間，人臉和衣服在圖像上很難區別開來。另外，其發熱量無法像傳統紅外燈一樣固定在監控攝像頭的鏡頭周圍，市場上所見到的“陣列式”紅外攝像機，多為燈板與鏡頭分離，紅外燈分別固定在上下或是左右兩側。
紅外光源關系到監控攝像機的壽命和距離，一般來說，紅外燈輻射功率與正向工作電流成正比，但在接近正向電流的zui大額定值時，器件的溫度因電流的熱耗而上升，使光發射功率下降。紅外二極管電流過小，將影響其輻射功率的發揮，但工作電流過大將影響其壽命，甚至使紅外二極管燒毀。因此要求工作電流準確、穩定，否則影響輻射功率的發揮及其可靠性。輻射功率隨環境溫度的升高(包括其本身的發熱所產生的環境溫度升高)會使其輻射功率下降。紅外燈特別是遠距離紅外燈，熱耗是設計和選擇時應注意的問題。[1]
成像原理
在夜視監控系統中，常規的辦法是利用可見光照明，但這種方式存在不能隱蔽、容易暴露監控目標等缺點，因此使用較少，隱蔽、科學的夜視監控是采用紅外攝像技術。紅外攝像技術分為被動式和主動式。被動紅外攝像技術是利用任何物質在零度（-273℃）以上都有紅外線輻射，物體的溫度越高，輻射出的紅外線越多。利用此原理制成的攝像機zui典型的就是紅外熱像儀，但是，這種特殊的紅外攝像機造價昂貴，因此于軍事或特殊場合使用。而主動紅外攝像技術，是采用紅外燈輻射“照明”（主要是紅外光線），應用普通低照度黑白攝像機、彩色轉黑白攝像機或紅外低照度彩色攝像機，感受周圍景物和環境反射回來的紅外光實現夜視監控。主動紅外攝像技術成熟，穩定，成為夜視監控的主流。
紅外一體化攝像機是將攝像機、防護罩、紅外燈、供電散熱單元等綜合成為一體的攝像設備。它實現夜視的基本原理是利用普通CCD黑白攝像機可以感受紅外光的光譜特性（即可以感受可見光，也可以感受紅外光），配合紅外燈作為“照明源”來夜視成像。紅外燈的功率和角度，攝像機的配置，一定焦距的感紅外鏡頭，以及是否有良好的供電散熱處理是判斷紅外一體化攝像機性能的重要參數。
市場上也有許多產品是攝像機與紅外線投射器分開的，這需要用戶對紅外燈和攝像機的性能有足夠的了解，能夠根據紅外燈的角度、攝像機鏡頭參數等作合理的搭配。
