柯尼达科技公司夜视监控技术发展的探讨

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点击量: 283473 来源: 深圳市柯尼达电子科技有限公司
综论

  **系统的重要性永不会高估!据《**&自动化》杂志期刊预测:随着未来5年经济的持续增长及人民生活水平的提高,对安防需求越来越高,中国大陆安防市场年增长率超过50%。911事件后,全球**监控系统市场扩大了至少3倍,尤其在伊拉克战争后,全球市场将更加继续扩大。

  然而,在这个急剧扩大的行业中,有一个突出的问题没有得到很好的解决——这就是摄像机的夜视问题。我们知道:现在市场上任一款摄像机就如同人眼睛一样,在光线太暗(或完全黑暗)时是无法清晰地看清目标物的。

  911以后不论在公或私的领域里,监控系统所用的摄像机都扮演着一个快速增长的角色。不幸的是:目前多数的**摄像机要不就是。太贵,要不就是不能在持续变化的环境中正常操作,譬如说白  天夜间的转换,夏天冬天的转换,雨与雾的转换…等等,为了更有效适应这些变化,必须增添额外的附件或技术,如此便增加了成本又降低了效率。

  经过多年的市场接触,汇集了一些经验,愿在此与诸位分享。

  夜视的技术

  夜视,目前已经有许多不同的科技。归纳起来有三种方式。

  **,卤素灯:它的发光功率非常强大,当然耗电量以及发热也会相对比较大,成本比较高,它的致命缺点是寿命非常短,一般都在一千小时以内,故很少有人将此技术用于闭路电视监视系统领域。

  **,微光放大:它把微弱的光线放大了近3,000倍,但同时杂讯也跟着放大了,一代一代的改良品就在于尽可能地去除杂讯,目前仅军方拥有此技术并不释于民间。这种技术在美国已经比较成熟,目前发展到了第三代半,俄国目前是第三代,而国内目前达到了**代的水准。值得注意的是:美国还没有对中国开放出口这项技术。微光放大的优点是可视距离比较长,但顾名思义,它的缺点就是比微小的光更暗的光就无法看到,它还有另一个在CCTV闭路电视监视系统领域里不适用的缺点就是:画面解析度极低,一般在十米以外就无法辨识物体或人员面貌,在要求“证据力”的监控系统行业里,无法使用此技术。

  三,红外技术:

  红外技术的运用有两种方式,**种是被动红外热感应成像仪,它一般用于特殊场合,但画面仅为物体的轮廓,无法做为呈堂的证据,而且它的价格极为昂贵,一般在美金万元甚至十万元以上,故亦无人将此技术用于监控系统。**种是主动发红外光的夜视产品,它是目前监控行业里95%以上使用的技术。红外线监控系统通过主动发出红外波长的光照亮物体(一般肉眼所接受的波长范围是在红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的范围内,红以外的,紫以外的,肉眼看不到,但摄像机可捕捉得到,这就是红外灯打开时,我们觉得依旧是漆黑,而荧光幕上却能看到的道理),红外光的亮度决定了看清的程度;同时由于不同CCD对于红外波长的*佳感应段不同,因此,如果采用不恰当的摄像机将会造成画面的不清晰。

红外线技术的沿革

  主动红外技术早在60年代初期由美国贝尔实验室研发出来后,*早期的有效率仅为5%(即每输入一定能量,其中有5%用于发光,其余95%的能量变成热散掉而浪费了),多用在遥控器等简单产品上,而用于夜视时多为红外灯泡,它的体积大,耗电也大,明显过大的体积和高温使其不适于室内使用,而且其使用寿命只有一千小时,更不适于用来监控。后来红外线技术进化到LED,有效率提高为10%左右,目前医疗设备多为这一阶段的技术,用于夜视时把原有的体积大幅缩小,耗电量也由数百数千瓦降为数瓦,因此它可使用于室内,但同时也带来了一个明显的缺点,那就是受限于散热处理而发光功率大减,以至照射距离急剧缩减。在二十世纪九十年代末期开始出现发光效率达到25%且高度集成的LED Array技术,可在较长距离内“看清”标的物,此项技术的优点在于:

  1、集成体具有更高标准的**等级且更可靠
  2、集成体使用金属制成,散热好,操作时易保持低温,不似传统LED的设计,仅靠两根细金属脚散热
  3、集成体使用特殊的材料,使得寿命增长许多倍
  4、发光体是单光源,使得照明光束均匀照射在目标的物上,发光角度可大可小,无手电筒效应
  5、高度集成的一体化设计       

  LED Array 与LED的差别

  1、亮度:单一个传统LED的光学输出一般约为5-15mW,现今虽有40-50mW或更大功率的LED问市,但依然无法与单颗LED Array相比,且由于基本设计同于传统LED,它的散热处理更加不易。一个LED Array的光学输出可达约2W,甚至更高。也就是说一两百个传统 LED的亮度总和相等于一个LED Array的亮度。故相对很小的发光体却能照射很长的距离,清晰度也得到改善。
  2、体积:由于LED Array为高度集成(highly integrated)的LED,故体积比相同亮度的LED总和小很多。
  3、发光角度:传统LED受限与设计以至散热处理不佳,为迁就散热,单颗的发光无法太大,照射距离便受到了限制,故多以小角度制作,集中能量以期照得远一些,其半功率角一般为7°- 10°角,故形成一道有如手电筒般的光束,中央图像过亮而泛白而周围过暗看不清楚。LED Array的发光体原始的半功率角约为150°,可通过光学手段改变不同的角度,灵活度大。在室内可均匀照亮全部空间,而其它LED的光束无法做到,而使用在超长距离的室外,其整体产品的体积远小于一般传统LED产品。
  4、寿命长:由于LED Array的散热易处理及制作材料不同,其寿命约为传统LED寿命的十倍。在头一两年内,人眼几乎无法看出照度衰减。
  5、LED Array的质量等级一般为**级,高于工业级,当然高于一般使用商业等级的LED。简单说,正常使用下它是不会坏的。

  过去困扰夜视的障碍

  1、“彩色不失真”与“夜视”同时存在是一大困难,由于IR Cut技术的问市已得到解决。
  2、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。近年来发展出镀膜技术的红外镜头亦解决了聚焦问题。

  现在LED夜视产品仍存在的缺点

  1. 杂光干扰:现时生活中,要想寻找完全黑暗的场所非常难,或多或少都会有诸如路灯、车灯等可见光存在,这些可见光对红外夜视而言是干扰而非辅助。
  2. 寿命短:由于散热处理及制作材料地局限,使得红外光衰减得非常快。一般在6个月至1年后,画面效果已一塌糊涂。
  3. 手电筒效应:绝大多数的LED角度太小,能量过度集中,造成画面中央过亮而泛白,周围能量不足而过暗,形成手电筒般的光圈。
  4. 长距离产品的体积仍太大:为求远处能看得清而需要较大的发光功率,LED的个数加多而造成整体产品体积多大。

平安城市的要求

  平安城市使得中国安防市场急剧扩大,市场规模在全球比例中,从三年前的不到4%至如今的20%。但平心而论,量的增加并不代表进步,多数城市安装的安防系统效果不彰。

  犯罪分子多数在夜间作案,要想确实起到吓阻作用且能真正协助破案,加强夜视效果应是当务之急。

  结论

  一、 摄像机的技术日新月异,如彩转黑、、超低照度、场积累、降噪等,带给夜视一定程度的进步,尤其是场积累功能,但它仅适宜监控静态目标,无法看清移动物体,故欲取得夜间满意的图像,仍需藉助辅助光源---红外光。

  二、 现时生活中,欲找到完全黑暗的处所,几乎不太可能,或多或少都有一些诸如路灯、车灯等的可见光存在,这些可见光对红外夜视而言是干扰而非辅助。运用滤片及IR Cut的延伸使用,可在白天得到不失真的彩色画面,而晚上又能取得良好的夜视效果并防止了杂光干扰。

  三、 结合LED Array的技术和上述IR Cut滤片的构想,将大大的改善夜视的效果。这样的结合将引起CCD监控界的一场变革,使人们的监控视野由白天扩展到伸手不见五指的黑夜,从而满足不同行业对所需监控的目标区域实现全天候的监控。

  四、 在LED Array生产成本下降至接近LED的水平时,LED Array**取代LED应是顺理成章的结果。试想,付出约略相同的代价而取得近十倍寿命的产品,有谁不愿?今后夜视的努力方向当在如何降低LED Array的生产成本上。(完)