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          紅外激光夜視照明技術

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          夜視監控紅外攝像機如何選配紅暴現象強弱不同的紅外激光補光燈

          時間:2020-04-06   訪問量:1386

          紅暴-01.jpg


          夜視監控紅外攝像機如何選配紅暴現象強弱不同的紅外激光補光燈

          ——紅外光波長越長,紅暴越弱,紅暴距離越近


              近幾年來,高清晰的紅外激光夜視監控在為平安城市、天網工程、雪亮工程等的公共安全視頻監控系統中起到了舉足輕重的作用。現代化安防監控系統,不僅需要滿足治安管理、城市管理、交通管理、應急指揮等需求,而且還要兼顧災難事故預警、安全生產監控等方面對圖像監控的需求,利用圖像采集、傳輸、控制、顯示等設備和控制軟件組成,對固定區域進行實時監控和信息記錄的視頻監控系統,是充分調動人民群眾參與社會治安管理的有力武器。


              在某些特定夜視監控應用場景中,對監控設備要求具有較高的隱蔽性。但是,眾所周知絕大多數的紅外攝像機的紅外補光燈都會有或多或少的紅暴現象。甚至乎,市場上不少商家直接把有無紅暴作為一種技術水平來宣傳,好像有紅暴就是低技術,無紅暴就是高技術。這到底是怎么回事呢?紅外激光夜視監控設備廠家又該如何選用不同紅暴強弱的紅外激光補光燈?


              紅外光屬于人眼不可見,早已成為科學定論。關于紅暴的成因,網絡上眾說紛紜,卻難有個讓人信服說法。更甚者,有人認為紅暴說明了紅外光是人眼可見的,只是因為紅外光劑量大小的問題,造成有的看不見,有的能看見;808nm紅外光比940nm的紅暴更明顯,說明了波長越短紅外光的劑量越大,波長越長紅外光的劑量越少。很顯然,這只是一種想當然的、為博取眼球的謬論。有實驗證明,一束1550nm的紅外激光與650nm的紅色激光,同樣能在瞬間擊穿一塊薄鐵板,而人眼卻仍無法看見這束1550nm的紅外激光。如按這謬論計算,人們根本無法想像究竟需要多大劑量的紅外光,才能被人眼所見。


              因此,在決定如何選用紅外激光補光燈之前,我們非常有必要先明確這幾個問題:什么是紅暴現象?紅暴的真正原因是什么?紅暴的強弱受哪些因素影響?


              什么是紅暴現象?


              人眼可見光的波長范圍為380nm-780nm,其中620-780nm為紅色光范圍,當直接觀察780nm的光波時,仍可看見一個非常暗淡的櫻桃紅色光。800nm-1000um范圍的光波,因在光譜中可見紅色光的外側,被人們稱之為紅外光(線)。然而,在實際應用中使用808nm、850nm甚至940nm的紅外激光燈時,依然能看見出光口有一塊明顯紅色光點——這就是紅暴現象,是因為所發射的紅外光中含有可見光的成分而導致。


              紅暴現象的真正原因是什么?


              所謂的純正單色,都只是一個理論值,是人眼及當前技術無法再分辨的色值。即使是具有極高的準直性、單色性的激光,由于光波本身的特性(波粒二象性)和受現有的光源、濾光等技術水平限制,人們尚無法完全地表現出單色值是多少,更別說要控制激發出具有明確色值的單色光。因此,光波實際上是一個色域,具有一定的帶寬,用寬度、范圍值來表示,如40nm、808nm±10nm。這就很好地解釋了,為什么波長越短(靠近紅色可見光)的紅外光,紅暴現象越明顯;而波長越長(遠離紅色可見光)的紅外光,紅暴現象越少;中心波長1000nm以上的紅外光基本看不到紅暴現象。


              紅暴的強弱受哪些因素影響?


          紅暴距離.jpg


              清楚了紅暴現象是因為光波特性與發光、濾光技術限制而引起,就可以進一步分析紅暴強弱的重要影響因素了。為此,我們專門進行了“紅暴距離”測試。將“紅暴距離”定義為紅外激光器的光軸與眼睛視場的光軸在同一條直線上,人眼不能觀察到紅外激光燈出光口有明顯的紅暴時,人眼與紅外激光光源之間的直線距離。


              因為每個人對光波的視覺,會存在著一些差異,為了確保測試結果更具客觀性,我們邀請了老年(50歲)、中年(35歲)、青年(20歲)三個不同年齡階段的視力正常的男、女性共6人,在漆黑的田野間進行實地測試,并以最小值為標準作為結果輸出。分別使用了808nm、850nm、940nm和1550nm四種不同波長,500米、800米、1000米、1500米四種不同有效補光距離,總共12臺不同規格型號的紅外激光補光燈進行對比測試。


              紅暴距離測試結論:

          1、光波波長越長,紅暴距離越短,不同波長紅外激光燈的紅暴距離比較

          2、紅暴距離與出光功率成正比,出光功率越大,紅暴距離越遠

          3、紅暴距離與偏離光軸角度成反比,光波波長越長,能觀測到紅暴的角度越小

          4、幾種常用紅外光波長的紅暴現象視覺比較:



          808nm

          850nm

          940nm

          紅暴大小

          紅暴亮度

          紅暴可見角度

          最小紅暴距離

          500

          90

          4


              夜視監控紅外攝像機如何選配紅暴強弱不同的紅外激光補光燈?


              目前,市場上主流的紅外激光補光燈分別為808nm、850nm、940nm三種波長。網上流傳著這樣的一個觀點,有無紅暴只是個對紅外光源波長的選擇問題,波長較短,紅暴則強;波長較長,紅暴則弱,甚至沒有紅暴。而且,紅暴越強,紅外攝像機圖像傳感器的感應效率就越高,因為同一款攝像機,在850nm波長的感應度比在940nm波長的感應度好到10倍。


          紅暴視覺分類

          紅暴強

          紅暴輕微

          /微弱紅暴

          紅外激光燈波長

          808nm

          850nm

          940nm


              其實,這個觀點半對半錯。前面部分“波長與紅暴強弱的對應關系”說法是對的,后面部分 “紅暴越強,圖像傳感器的感應效率越高”卻是錯誤的,明顯混淆了紅暴與紅外光的概念。究其原因,是對紅外攝像監控系統與紅外夜視監控市場應用發展了解不夠深透。


              在實際應用中,常常會遇到以下情況:同一臺X紅外攝像機使用808nm紅外激光燈,補光距離達到500米;更換成850nm的紅外激光燈,補光距離同樣達到500米;更換為940nm的紅外激光燈,補光距離卻只有300米左右。大家就會認為,越接近可見光的紅外光光能量越強,紅外攝像機圖像傳感器對它的感應效率也越高,因此,補光效果也越好。


              然而,事實上并非如此。


              我們更換一臺Y紅外攝像機,同樣使用這三款不同波長的紅外激光燈分別進行測試,結果是940nm、850nm的補光距離都達到了標稱的500米,而808nm的補光距離卻不到300米。如下表所示:


          紅外激光燈規格型號

          IR-808-500

          IR-850-500

          IR-940-500

          紅外激光燈波長

          808nm

          850nm

          940nm

          標稱有效補光距離

          500

          500

          500

          X紅外攝像機實測距離

          500

          500

          300

          Y紅外攝像機實測距離

          260

          500

          500


              為什么會出現這截然相反的結果呢?


              首先,同樣是額定功率為2W的808nm、940nm的激光器,在同樣的電流、電壓的條件下,出光功率940nm的會高一點,因為它的電光轉換效率比808nm的更高。既然940nm比808nm的出光功率較高,而且對氣霧的穿透力也較強,那為什么在使用X紅外攝像機實測時, 808nm激光燈比940nm的補光距離較遠?


              這就是影響紅外激光夜視監控補光效果的另一個關鍵點。同一紅外攝像機圖像傳感器對不同波長的紅外光波的感應效率都不同。出于不同的應用場景需要,夜視監控設備會使用不同波長的紅外激光燈,不同型號的攝像機傳感器卻對相同波長的紅外光感應效率也會有所不同。但總的來說,照度越低的紅外攝像機,感應940nm紅外光的效率就相對越高。


              由于LED紅外發光二極管成本低,工藝簡單而成熟,在紅外夜視監控發展初期就已占據了絕大部分市場份額,因此,紅外攝像機圖像傳感器(如CMOS、CCD)的技術發展自然取向與之相適應。LED紅外的光譜功率分布為中心波長830~950nm,半峰帶寬約40nm左右,主流的紅外攝像機傳感器對808nm、850nm的紅外光感應效率高達80-90%,而對940nm紅外光的感應效率只有35-45%,甚至一些普通的CMOS只能采用850nm的紅外光補光,前面所使用的X紅外攝像機所使用的圖像傳感器正屬于此類,這也是導致很多紅外夜視監控設備商都誤認為紅外攝像機對940nm紅外光感應率不高的主要原因。


              近幾年,市場對視頻監控高清晰、高速傳輸需求的日益猛增,攝像機圖像傳感器技術也隨之發展,逐漸出現以940nm、980nm為中心波長的CCD,甚至能感應1100nm、1550nm波段紅外光的MCCD,如前面所使用的Y紅外攝像機所使用的圖像傳感器,它們具備更高的靈敏度,感紅外光的能力也更強,低照度下的信噪比也更為優良,特別適用于“平安城市”全天候監控,戶外中遠距離大范圍的夜視監控和高端無紅暴的專業監控攝像機系統。


          紅外激光燈的波長

          808nm

          850nm

          940nm

          X紅外攝像機傳感器感應效率

          85%

          80%

          45%

          X紅外攝像機實測補光距離

          500

          500

          300

          Y紅外攝像機傳感器感應效率

          40%

          80%

          85%

          Y紅外攝像機實測補光距離

          260

          500

          500


              綜合上所述,我們不難得出以下2個結論:


              1、紅暴的強弱及紅暴距離,與紅外光的波長、光功率相關。紅外光波長越短或光功率越大,紅暴越強,紅暴距離越遠;紅外光波長越長或光功率越小,紅暴越弱,紅暴距離越近。

              2、影響安防夜視補光的紅外照明距離、補光效果的重要因素,不在紅外光波長的長短,而在于紅外攝像機圖像傳感器感應的紅外波段與所采用的紅外激光補光燈中心波長的匹配度。


              由于不同的安防夜視監控設備商,對紅外激光補光燈有著各自不同的專業應用要求,如補光距離、補光效果、有無紅暴、安裝要求、配置成本等,若要取得最有效的建議,只能具體案例具體分析。對于普通的紅外攝像機配置需求,可根據有無紅暴、匹配的便捷性及匹配成本來進行簡單考量,在此建議: 850nm波長的紅外激光燈,紅暴輕微,攝像機選配范圍較廣,成本較低,擁有更好的綜合優勢,可作為紅外攝像機的首選項。如下表:


          夜視監控應用需求

          不介意紅暴強

          紅暴輕微,遠處不明顯

          /微弱紅暴

          完全無紅暴

          紅外激光燈波長選擇

          808nm

          850nm

          940nm

          1000nm

          攝像機傳感器選配成本

          紅外攝像機匹配便捷性

          便捷

          便捷

          較少

          極少


          ——三千米光電原創

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