紅外攝像機原理

2014-04-16..
深圳華天成
  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)
 
  紅外燈和熱輻射紅外燈兩種。在CCTV紅外攝像機中前者使用較多。
 
  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。紅外二極管的最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。輻射強度為最大值的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。其最大的優點是可以完全無紅暴,(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,采用高效率發光二極管,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,紅外攝像機的配置,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攝像機性能的重要參數。
 
  紅外攝像技術分為被動紅外攝像技術和主動紅外攝像技術。被動紅外攝像技術是利用任何物體在絕對零度(一273℃)以上都有紅外光發射的原理。由于人的身體和發熱物體發出的紅外光較強,其它非發熱物體發出的紅光很微弱,因此,利用特殊的紅外攝像機就可以實現夜間監控。被動紅外攝像技術由于設備造價高且不能反映周圍環境狀況,因此在夜視系統中不被采用。主動紅外攝像技術是利用特制的"紅外燈"人為產生紅外輻射,產生人眼看不見而普通攝像機能捕捉到的紅外光,輻射"照明"景物和環境,利用普通低照度CCD黑白攝像機或使用"白天彩色夜間自動變黑白"的攝像機或"紅外低照度彩色攝像機"去感受周圍環境反射回來的紅外光,從而實現夜視功能。

紅外攝像機原理是利用普通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。
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