紅外攝像機

紅外攝像機是集攝像機、防護罩、紅外燈、電源和散熱單元等為一體的攝像設備。紅外攝像技術是安防監控領域常用的夜視技術。實現夜視的基本原理是普通CCD黑白相機可以感受到紅外光的光譜特性（即可以感受到可見光和紅外光），配合紅外燈作為“照明光源”進行夜視成像。1800年發明后，紅外技術被應用到生活中。經過近二十年的快速發展，安全監控的應用在技術上已經成熟。

紅外相機的發展趨勢將是數字化、智能化、網絡化和集成化。它將更方便地鏈接其他安全設備，如溫度、濕度、煙霧、入侵等探測器，同時可以鏈接報警、鎖等動作裝置，這便于形成強大的安全系統。

為了滿足晝夜監控的需求，中國廠商早在2001-2003年就開始探索紅外相機領域。自2003年以來，該技術逐漸得到改進，紅外攝像機逐漸大規模進入市場。由于其豐厚的利潤和廣闊的市場前景，許多制造商已經開始致力于紅外攝像機的研發和生產。隨著安防行業的不斷發展和技術的不斷更新，用戶對24小時監控的需求越來越強烈。因此，配備紅外光源的前端視頻采集設備在視頻監控領域的作用更加突出。

到2006年初，紅外相機的整體格局基本形成，近年來紅外相機應用中暴露出的起霧、進水、整機溫度過高、穩定性差等諸多問題正在逐步得到解決或改善。

2006年之后，紅外相機市場逐漸形成了供大于求的局面，廠商之間的競爭日趨激烈。

2007年前后，一些IP監控廠商開始推出早期的IP紅外攝像機，但這批IP紅外攝像機普遍只支持CIF分辨率，并且沒有雙濾鏡設計。紅外燈只使用了最常見的技術，這是早期的實驗產品。

2008年和2009年，視頻編碼處理技術的應用越來越成熟，支持D1分辨率的IP紅外攝像機開始出現，隨著網絡視頻監控的普及，它們得到了越來越多的應用。這批IP紅外攝像機采用專業LED紅外技術，紅外工作距離可覆蓋15米至80米。

2010年，隨著高清視頻監控的迅速興起，新一代IP紅外攝像機——高清紅外網絡攝像機開始嶄露頭角。這些攝像頭不僅實現了720p和1080p的高清效果，還采用了最新一代的紅外燈技術，配備了高端的雙濾鏡設計。

紅外相機分為主動型和被動型，但它們在工作原理和應用范圍方面有很大不同。

主動紅外攝像機：光是一種電磁波，其中可見光為380 ~ 780納米，紅外光為0.78 ~ 1000微米..主動紅外相機技術是利用特殊的“紅外燈”人工產生紅外輻射，發射紅外光照亮物體，并利用成像元件（CCD或CMOS）感受周圍環境反射的紅外光，從而實現夜視功能。物體表面的紅外燈反射的紅外光也可以轉化為光電電荷，黑白CCD圖像傳感器可以感應這些光電電荷以生成黑白圖像。紅外燈是一種發射紅外線的光源。它主要使用五組具有基本顏色的發光二極管，即紅色、橙色、黃色、綠色和藍色。其發光方式可分為直下式和反射式。

紅外發光二極管屬于發光二極管。它是一種能將電能直接轉化為近紅外光（不可見光）并輻射出去的發光器件，主要用于各種光電開關和遙控發射電路中。紅外發射管的結構和原理與普通發光二極管相似，但使用的半導體材料不同。紅外發光二極管通常由GaAs和砷化鎵等材料制成，封裝在全透明或淺藍色黑色樹脂中。光譜功率分布的中心波長為830 ~ 950納米，半峰帶寬約為40納米，為窄帶分布，普通CCD黑白相機即可感受到。它最好的優點（使用940 ~ 950納米是它可以完全沒有紅色爆發，波長紅外管）或只有微弱的紅色爆發（紅色爆發有可見的紅光）和長使用壽命。

被動紅外攝像機：只要溫度高于絕對零度（-273℃），自然界中的任何物質都能發出紅外線。被動紅外相機是一種探測目標自身發出的紅色熱線并根據紅外輻射的分布生成圖像的設備。由于目標的紅外輻射與其溫度密切相關，被動紅外相機也稱為熱像儀或熱成像相機。只要溫度高于絕對零度（-273℃），自然界中的任何物質都能發出紅外線。被動紅外相機是一種探測目標自身發出的紅色熱線并根據紅外輻射的分布生成圖像的設備。由于目標的紅外輻射與其溫度密切相關，被動紅外相機也稱為熱像儀或熱成像相機。

成像的原因是光學圖像經過轉換后，將轉換為電信號，這將成為信號源，而視頻記錄系統將通過電磁轉換系統將信號源發出的電信號轉換為磁信號，然后記錄在錄像帶上。如果相機需要用回放系統播放這些畫面，只需要操作相關的操作鍵，將磁信號變成電信號，放大后就可以成像了。

紅外相機主要由以下幾部分組成:鏡頭、濾光片、圖像傳感器、信號處理器、耐熱外殼等。其中，圖像傳感器由CCD或CMOS材料制成，可將紅外信號轉換為數字信號輸出。信號處理器負責調整和處理圖像，以確保拍攝的圖像層次清晰、色彩真實。

紅外線燈板：紅外光是一種波長大于780納米的不可見光。目前紅外攝像機的紅外燈一般有兩種類型。紅外發光二極管（LED）或LED陣列用于產生紅外光。該設備通過砷化鎵（GaAs）半導體中電子和空穴的復合產生紅外光。使用紅外激光二極管LD也可用作紅外光源。然而，需要將較低能量狀態的電子激發或泵浦到較高能量狀態，并通過大量粒子的反轉和共振來維持受激紅外輻射。通電后，PCB電路板將電流傳輸到可將電能轉化為光能和熱能的紅外燈芯，紅外燈發出紅外光并投射到物體上。

鏡頭：紅外燈投射到物體上后反射的紅外光被收集、聚焦并成像，然后傳輸到相機主板的感光組件（CCD/CMOS）。

相機主板：光敏元件（CCD/CMOS）將接收到的紅外圖像轉換為電流信號，通過PCB電路板傳輸到工作ic的電子元件進行處理，最后由微處理器芯片（DSP）轉換為視頻信號輸出。

攝像機外殼：固定上述組件的組合，保護上述組件，并實現防水、防塵和防撞擊的功能。同時，整個產品更加美觀。

圖像聲音傳感器：圖像傳感器有兩種模式:CMOS和CCD。CMOS不僅是互補金屬氧化物半導體，而且是由硅和鍺制成的半導體，其基本功能是通過CMOS上帶負電荷和帶正電荷的晶體管來實現的。由這兩種互補效應產生的電流可以被處理芯片記錄并解釋為圖像。CMOS用于CCD的主要優點是非常省電。與由二極管組成的CCD和CMOS電路不同，幾乎沒有靜態功耗。

模數轉換器：A/D轉換器的功能是將圖像和聲音等模擬信號轉換為數字信號。基于CMOS模式的圖像傳感器模塊具有用于直接數字信號輸出的接口，無需A/D轉換器。基于CCD模式的圖像傳感器模塊如果具有直接的數字輸出接口，則不需要A/D轉換器，但由于該模塊主要是為模擬相機設計的，并且只有一個模擬輸出接口，因此需要進行A/D轉換。

圖像和聲音編碼器：A/D轉換后的圖像和聲音的數字信號按照一定的格式或標準進行編碼和壓縮。編碼和壓縮的目的是促進音頻/視頻信號和多媒體信號的數字化；在計算機系統、網絡和萬維網中傳輸上述信號而不失真是很方便的。

支架：攝像頭支架一般是小型支架，包括注塑支架和金屬支架，可以直接或通過保護蓋固定攝像頭。所有攝像機支架都具有通用調節功能。通過調整支架，相機的鏡頭可以準確地對準要拍攝的場景。云臺支架一般用于有云臺的場合，有些支架用于無云臺的場合與中大型保護罩配合使用。支架前端配有可上下調節的底座。大型戶外云臺一般使用攝像機支架。

在紅外相機飛速發展的同時，產品類型也在不斷多樣化。在市場上，具有普通LED紅外燈、LED陣列、點陣式紅外陣列、激光紅外攝像機等的產品層出不窮。

LED紅外攝像機：LED紅外燈是由一定數量的紅外發光二極管組成的發光體。紅外發射二極管由具有高紅外輻射效率的材料制成（通常為砷化鎵GaAs），施加正向偏置電壓將電流注入PN結以激發紅外光。光譜功率分布為830 ~ 950納米，半峰帶寬約為40納米，為窄帶分布，可被相機感知。LED紅外攝像機一般適用于10 ~ 100米的中短距離，市場占有率最高。但存在光照不均勻的問題，它們主要適用于走廊、大廳、倉庫等建筑物、小區、道路等中短距離的室內監控。

LED陣列紅外攝像機：陣列紅外燈的核心是led陣列。與傳統LED相比，陣列紅外燈具有亮度高、電光轉換效率高、體積小、壽命長等優點，但其有一個明顯的不足，即“偏心”。由于其發光角度可以達到120-180度，因此需要減小通過鏡頭的光發送角度以匹配相機鏡頭，因此很多光不可避免地偏離鏡頭中心，導致光發送效率較差。陣列紅外燈的核心是LEDArray，這是一種戰略LED，它的中央圓形發光部分比指甲蓋還小，但在這么小的范圍內發出的光非常大。產品的光路結構采用非球面光學玻璃透鏡，投射的光斑非常均勻，大大提高了夜視畫面的清晰度，達到了識別人臉的新階段。

紅外攝像機

鹵素紅外照相機：鹵素燈的發光功率很強，當然功耗和發熱也會比較大，成本也會比較高。其致命缺點是體積大，散熱不足，使用壽命非常短，通常在1000小時以內，并且紅色風暴現象特別嚴重，因此不適合民用夜視監控。鹵素紅外相機功率大，濾光片光熱轉換大，發熱問題特別嚴重，維護成本高，壽命短。

點陣紅外照相機：使用點陣紅外光源。點陣紅外燈中使用的第三代紅外發光元件是在第二代產品-陣列紅外燈的基礎上發展而來的，因此也稱為第二代led陣列。與上一代相比，第二代LED—Array具有體積小、散熱好、衰減慢、壽命長等優點，額定使用壽命為5萬小時。

激光紅外照相機：激光紅外相機的最遠照射距離一般可達300~5000米。由于能量集中，角度小，不適合短距離，目前成本仍然較高。它更適用于監測森林防火、油田、鐵路、水利、景區、軍事、水產養殖、港口和安全市場。隨著成本的進一步降低，它已應用于包括住宅區在內的許多需要夜視監控的領域。因此，紅外相機需要根據具體的使用環境，尤其是夜間環境來確定相機類型。

大多數紅外相機都是螺栓和半球，近兩年來，紅外球異軍突起，成為紅外相機中的明星產品。激光紅外一般更多出現在云臺相機中。紅外螺栓機大多安裝在室外，所以一般要求防水。圓頂產品大多是海螺形的，近年來，它們開始與防暴和防拆除結構合作。球機產品內置機芯，紅外燈組要與機芯相乘，紅外距離遠，一般可達80米以上。激光云臺多用于遠程監控場景，激光離線一般可達300-400米甚至更遠。紅外攝像機的產品分類根據其功能還可以分為安全監控攝像機和熱感攝像機。

安全監控攝像頭：家庭監控的概念在幾年前就出現了，直到最近兩年這個概念才逐漸成為新的消費熱點。家庭保障不僅是一種產品，更是一種全新的生活方式。

熱成像儀：紅外熱像儀是一種利用物體的紅外輻射特性來區分物體表面溫度和熱量分布的熱成像設備。紅外熱像儀具有應用范圍廣、探測區域廣、探測速度快、攜帶方便、探測結果實時顯示等優點。它可以用于維護工作，例如空氣泄漏檢測和液體泄漏檢測。

優勢

紅外攝像機可以避免光線不足導致的監控圖像質量低下，在狀態監控過程中得到廣泛應用。

高分辨率：在夜間或光線不足的情況下，紅外相機仍然可以輸出清晰和高質量的圖像。紅外相機的畫面分辨率一般都很高，可以達到1080P甚至更高。

精確的色彩再現：一個品牌的實時水平分辨率約為660-680 t VL。然后放上24色再現測試卡，再將測試卡與相機處理得到的圖像效果進行對比，直觀感受到色彩再現基本準確。在4000K左右的暖光環境下，準確還原了機器的色彩。

良好的隱蔽性：紅外熱成像技術是一種被動的非接觸式探測和識別，具有良好的隱蔽性，使用熱像儀不易被發現。

快速響應速度：每秒50HZ的圖像輸出可以完全穿透濃煙并部分減弱濃霧。不需要可見光，晚上的圖像清晰度甚至比白天更高。

對溫度敏感：根據溫度，圖像可以定量識別溫度數據，用戶可以定義溫度報警限值。不僅有森林的紅外溫度圖像顯示，同時還有溫度數據顯示，以及溫度異常報警信號輸出。

大型監控區域：紅外熱像監控頭工作時，被動探測畫面中所有目標的紅外熱輻射。它有76，800個探測器單元，同時測量整個畫面中76，800個圖像點的溫度數據，形成溫度分布的熱圖像。探測角度為水平24°、垂直18°，有效探測面積與距離有關。紅外熱像監控頭屬于面陣探測設備，監控面積極大。目前，手持熱成像儀和安裝在輕武器上的熱成像儀可以讓用戶清楚地看到800米以上的人體；而瞄準射擊的作用距離為2 ~ 3公里；在船上觀察水面可達10公里；地面上個別士兵的活動可以在1.5公里高的直升機上發現；在20公里高的偵察機上，可以發現地面上的人和車輛，并分析海水溫度的變化，以探測水下潛艇。

劣勢

由于特殊的成像技術，價格相對較高，并且在顯色方面與傳統的監控設備略有不同。

防水效果差：一般紅外相機都是密封的，防護等級達到IP66。然而，當紅外燈開始工作時，它會產生大量的熱量。同時，由于外殼散熱效果不足和機器本身密封性不好，使用一段時間后機器內或多或少會有蘇打水存在（這種現象主要集中在北方地區），會影響監測效果。在這一部分，有些制造商采用通風設計，增加通風閥以方便與外部溫度的交換，有些則使用氮氣填充以確保機器內部為惰性氣體以確保沒有水蒸氣。

夜視沒有效果：這種現象主要表現在手電筒的效果或者距離不足等等。其實這個問題主要是紅外燈的角度和功能造成的。紅外相機中使用的紅外燈的峰值波長為850，角度可以在5-60度之間選擇。當紅外發射管的角度越小，照射距離越遠時，手電筒的效果越明顯。相反，如果角度較大，則不會有手電筒效果，但距離會大大減少。要解決這個問題，主要看廠家想追求什么樣的效果和成本。當然，紅外線發射燈的功率和價格是成功的。天地葉巍的紅外攝像機產品均采用業內一流的紅外燈和鏡頭，以確保夜視效果并完全消除手電筒效應。

圖像色偏：所有黑白相機都對紅外光敏感。在可見光下，紅外光對彩色相機來說是一種雜散光，會降低彩色相機的清晰度和色彩還原度。為了解決紅外攝像頭監控圖像的偏色問題，我們通過在CCD上調試RGB色調來做DSP處理，這是治標不治本的方法，也不是每個廠商都有這種芯片處理能力；通過切換濾光器，白天使用所有的紅外濾光器，晚上使用普通的應時片來調整光線；通過改變型號，用雙CCD紅外相機代替IRCUT相機，可以延長紅外相機的使用壽命，白天不會出現偏色現象。

易變的：這是因為一些相機，無論是配備IRCUT雙濾鏡還是雙峰濾鏡，都無法在一些復雜的光線環境下穩定工作。同時，由于大多數制造商使用光敏電阻傳感器等簡單方法來控制IRCUT雙模濾波器的工作狀態，因此其臨界點的重復跳躍無法令人滿意。這部分徹底的解決方案是光敏聯動內部傳感器，該傳感器由智能芯片控制，其模糊邏輯能力可以有效控制IRCUT雙過濾器的工作狀態。

散熱：由于配置了發熱量較高的紅外燈，紅外燈啟動后，在整個工作期間（12小時），紅外相機前部會出現熱量集中現象，即腔體內前部溫度較高。用低功耗的紅外燈代替高功耗的紅外燈降低了散熱，但在遠距離照射時效果肯定不如后者。在機器內部添加散熱風扇肯定會有一些效果，但對風扇的測試會非常嚴格，并且添加風扇也是對外殼設計的考驗，因此需要確保美觀性和實用性。

安全監控：在家里安裝紅外攝像頭可以監控家庭安全，保護家庭財產。廣泛應用于商場、社區、銀行、倉庫等安全敏感區域的視頻安防監控，尤其是夜間監控。

工業制造：紅外攝像機用于檢測溫度分布，監控機器的運行狀態，防止機器過熱。石油化工行業很多重要設備需要在高溫高壓環境下工作，容易造成安全隱患。根據安全生產的要求，需要對其進行實時監控，及時消除隱患。使用紅外熱成像技術可以檢測產品傳輸和管道、耐火和保溫材料以及各種反應器的腐蝕、開裂、變薄、堵塞和漏氣情況，從而收集相關的檢查信息。煉油廠使用熱成像技術檢測潛在的安全隱患，如催化裂化裝置、反應器排氣設備和熔爐、安全閥和蒸汽疏水閥，以及地下管道的暴露和淺埋。它可以在早期快速準確地檢測安全風險。

消防警察：它用于地震、火災、交通事故、飛機事故、海難和其他事故中的搜索和救援。警察可以在夜間或隱蔽條件下進行搜索、觀察或跟蹤。

醫學檢疫：通過觀察患者或病變組織的溫度差異，我們可以在組中區分患者并對其進行檢查。2003年“非典”期間，外熱像儀在禽流感、甲型H1N1流感和新冠肺炎肺部疫情的防治中的應用，為及時發現患者、避免疫情擴散發揮了重要作用。

環境保護：在環保領域，熱成像改變了秸稈焚燒監測中探測火情的模式，由過去的人工巡查變為設備自動巡檢，大大提高了管理和處置的效率，并發揮了增強的警示作用，大大降低了秸稈焚燒事件發生率，有效保護了大氣環境。

軍事用途：紅外攝像機具有夜視能力，廣泛用于軍事拍攝、偵察和監視任務。在地面武器系統中，紅外成像克服了主動近紅外成像和微光夜視的困難。配備紅外熱瞄準鏡的反坦克導彈和步槍可以在夜間精確定位、跟蹤和射擊目標。配備紅外夜視鏡的坦克等車輛可以在夜間關閉車燈，協助車長進行夜間觀察和指揮，并幫助炮手進行夜間瞄準射擊。