红外灯的原理选择与应用

一、概述

在电视监控系统工程中，过去(qù)很(hěn)少应用红外灯，近兵還年來(lái),不但金(jīn)库、油库、军械库、图书文(wén)献库、文(雪照wén)物部門(mén)、监狱等重要部門(mén)采用，而且也為鐵在一般监控系统中都被采用。甚至居民(mín)小区电视监控工程也应用行知了红外灯。这说明人们對(duì)电视监控系统工程的要求愈來(lái)愈的喝规范、愈來(lái)愈高。不但要求白天和夜间可见光(guān銀弟g)照明监控，而且要求夜间隐蔽性监控。

随着电视监控系统工程技(jì)术的发展，购买红外灯用户的迅猛增加間唱，也出现不少問(wèn)题，例如：某用户购买了十几個(gè)红外灯文東，说一個(gè)都不亮，经过询問(wèn)了解才知道(dào)，他藍照采用的是普通彩色摄像机，而普通彩色摄像机是不感受红外光(guā為房ng)的；有的用户说你们的红外灯达不到标称的照射距离，经过了解，他们缺乏红議司外灯對(duì)摄像机、镜头、防护罩和供电系统配套性要求的认识，在店爸电视监控工程设计中没有作为一個(gè)红外低照度低照度假夜视作計系统工程來(lái)总体考虑；有的用户對(duì)红外灯自以为吧雜了解，自行增加DC12V红外灯供电电压，以此增加红外灯的辐照功率，或的資采用不稳压直流电源给DC12V红外灯供电造成红外灯烧毁；有的用户反映它外她们按红外灯要求的照度选配了摄像机，在红外灯标称的照射距离内却不能获好舞得(de)清晰图象，而不知有的摄像机生产厂家给出的*低照度有水分，或你湖有意无意地使用了含糊的*低照度概念，以所谓的靶面照度代替景物照冷木度；此外，有的用户對(duì)摄像机照度之外影响获得(de)清晰图像的因素，如懂你摄像机和镜头的标称尺寸、镜头光(guāng)圈F、焦距f、對月資(duì)摄像机功能要求等不十分了解。我们认为现在向电视监控器材经销商區村、工程商和用户介绍一些红外灯的原理、选择和应用方法是有益的。

实现夜视的方法，可以采用常规的可见光(guāng)照明，但此法不仅不的資能隐蔽，反而更加暴露监控目标（在居民(mín)小区还有扰民(店書mín)問(wèn)题）。隐蔽的夜视监控，目前都是采用红外摄計店像技(jì)术。红外摄像技(jì)术分为被动红外摄像技(jì)术和主动红外摄像身對技(jì)术。被动红外摄像技(jì)术是利用任何物质在**零度以上都有红外水國光(guāng)发射，人体和热机发出的红外光(guāng)较强，其它物体发出秒冷的红外光(guāng)很(hěn)微(wēi)弱，利用特殊的红外件老摄像机可以实现夜间监控。但是，这种特殊的红外摄像机造价昂贵，而且聽南不能反映周围环境状况，因此在夜视系统中不被采用。在夜视系统中煙下经常采用主动红外摄像技(jì)术，即采用红外辐?quot;照明但這"，产生人眼看不见而普通摄像机能捕捉到的红外光(guāng)，辐射&女有quot;照明"景物和环境，应用普通低照度黑白摄像机、白工請天彩色夜间自动变黑白摄像机或红外低照度彩色摄像机，感受周围环境反射計身回來(lái)的红外光(guāng)实现夜视。

二、红外灯的原理及其特性

光(guāng)是一种电磁波，它的波长区间从几個(gè)纳米（1街音nm=10-9m）到1毫米（mm）左右。人眼可见的只是其中一部這業分，我们称其为可见光(guāng)，可见光(guāng)的波长范問秒围为380nm～780nm，可见光(guāng)波长由长到短(duǎn)分为红學問、橙、黄、绿、青、兰、紫光(guāng)，波长比紫光(guāng)短(d文老uǎn)的称为紫外光(guāng)，波长比红外光(guāng)长的称为北畫红外光(guāng)。

普通CCD黑白摄像机可以感受光(guāng)的光(guāng)谱特性，它不仅能個分感受可见光(guāng)，而且可以感受红外光(guāng)。这就是利用普通CC從很D黑白摄像机，配合红外灯可以比较经济地实现夜视的基本原理。而普通彩色綠樹摄像机的光(guāng)谱特性不能感受红外光(guāng)，因此不能用兒相于夜视。

红外灯按其红外光(guāng)辐射机理分为半导体固体发光(guā輛車ng)（红外发射二级管）红外灯和热辐射红外灯两种。其原理及特性我们介绍如市草下：

1. 红外发射二极管（LED）红外灯的原理及特性

由红外发光(guāng)二级管矩阵组成发光(guāng)体。红外发射二级管由金媽红外辐射效率高的材料（常用砷化镓GaAs）制(zhì)成PN结，外加正向偏压向聽懂PN结注入电流激发红外光(guāng)。光(guāng)谱功率分布为中心門多波长830～950nm，半峰带宽约40nm左右，它是窄带分布，为普通CCD畫間黑白摄像机可感受的范围。其*大(dà)的优点是可以完全无红暴南問，（采用940～950nm波长红外管）或仅有微(wēi)弱红暴（红暴件小为有可见红光(guāng)）和寿命长。

红外发光(guāng)二极管的发射功率用辐照度μW/m2表示。一般來(老場lái)说，其红外辐射功率与正向工作电流成正比，但在接近正向电流的*大(d計和à)额定值时，器件的温度因电流的热耗而上升，使光(guāng愛這)发射功率下降。红外二极管电流过小，将影响其辐射功率的发挥，但工作兵新电流过大(dà)将影响其寿命，甚至使红外二极管烧毁。

当电压越过正向阈值电压（约0.8V左右）电流开始流动，而且是一很(hěn志雜)陡直的曲线，表明其工作电流對(duì)工作电压十分敏感。因此微做要求工作电压准确、稳定，否则影响辐射功率的发挥及其可靠性。辐射功率随环境低哥温度的升高(包括其本身的发热所产生的环境温度升高)會(huì木黑)使其辐射功率下降。红外灯特别是远距离红外灯，热耗是设计和选择美章时应注意的問(wèn)题。

红外二极管的*大(dà)辐射强度一般在光(guāng)轴的正前方，農不并随辐射方向与光(guāng)轴夹角的增加而减小。辐射强度为*林妹大(dà)值的50%的角度称为半强度辐射角。不同封装工艺型号的红外发到答光(guāng)二极管的辐射角度有所不同。

2. 热辐射红外灯的基本原理及其特性

热辐射现象是极为普通的,物体在温度较低时产生的热辐射全部是红外光東靜(guāng)，所以人眼不能直接观察到。当加热500度左右时，才電來會(huì)产生暗红色的可见光(guāng)，随着温度的上升，光(guā長爸ng)变得(de)更亮更白。在热辐射光(guāng)源中通过加热灯丝影現來(lái)维持它的温度，供辐射继续不断的进行。维持一定的温度而从外部提亮美供的能量与因辐射而减少的能量达到平衡。

辐射体在不同加热温度时，辐射的峰值波长是不同的，其光(guāng)谱能朋坐量分布也是不同的。

根据以上原理，经特殊设计和工艺制(zhì)成的红外灯泡，其红外光愛習(guāng)成分*高可达92～95%。国外生产的这种红外灯泡的技(jì)懂做术性能为:

功率100～375W；电源电压 230～250V；使用寿命5000小雜林时、辐射角度60～80度。

普通黑白摄像机感受的光(guāng)谱频率范围也是很(hěn)宽日還的，且红外灯泡一般可制(zhì)成比较大(dà)的功率和大(dà)的自要辐照角度，因此可用于远距离红外灯，这是它*大(dà)的优点。其*大(dà)不舊醫足之处是包含可见光(guāng)成份，即有红暴，且使用寿命短(duǎ你雜n)，如果每天工作10小时，5000小时只能使用一年多，考虑散热不謝我够，寿命还要短(duǎn)。而對(duì)于客户來(lái)讲，藍子更换灯泡是麻烦和不愉快的事(shì)情。

在克服热辐射红外灯缺点方面进行了许多努力，首先是研制(zhì)和应用了高通红外朋但滤波钢化玻璃。波长愈长，红暴愈小，甚至可达到全无红暴，但是，红外中下光(guāng)的效率愈低，红外灯发热就愈高。红外玻璃的波长可根据用户對道事(duì)红暴要求高低加以选择，一般而言，相同有效辐照距离时，對(duì)红離物暴要求愈高，造价愈高。红外玻璃经过钢化，可以耐受急冷急热的变化，在内部红外灯泡頻現由于可见光(guāng)滤除的部分，转化产生热量，温度會(huì)很(hěn費大)高，外部冷风及雨雪的突袭下，急冷?恢滤鸹怠Ｎ?岣呷确?浜焱獾秒劇频氖倜??捎昧斯饪乜?氐缏罚?约跣∑涔ぷ魇奔洌徊捎昧吮溲刮妊拐?鞯缏罚?蛊分低浞⒐夤β实靡猿浞址⒒佣?姨岣吡撕焱獾频氖倜?欢??匾?氖强悸堑喝村扑坷渥枋欠浅Ｐ〉模??00W红外灯泡，灯丝热阻为529Ω，这时的工作电流只有麗可0.4348A，而冷阻只有36Ω，红外灯接通电源瞬间为6.39A瞬时功达到區頻1470W，这一瞬间灯丝负荷过载达几十倍，这對(duì)灯丝寿命有舊和非常大(dà)的影响。人们研制(zhì)的灯丝保护电路，相信红外灯影湖灯泡的工作寿命會(huì)成倍增长。此外，还增加了延时开关电路以少為防环境的光(guāng)干扰。

三．红外灯的选择和使用

红外灯的选择*重要的問(wèn)题是成套性，即红外灯与摄像机、南靜镜头、防护罩、供电电源等的成套性。在设计方案时對(duì)所有跳錢器材综合考虑设计，把它作为一個(gè)红外低照度夜视监控系统工程來年明(lái)考虑设计。有的人买完了摄像机、镜头、防护罩、电源之后煙舊甚至安装之后才去(qù)考虑购买红外灯，这是不正确的，在考虑要鐵成套性时，特别要注意以下几個(gè)問(wèn)题。

1. 使用黑白摄像机或特殊彩色摄像机

CCD图象传感器具有很(hěn)宽的感光(guāng)光(guān喝訊g)谱范围，其感光(guāng)光(guāng)谱不但包括可见哥近光(guāng)区域，还延长到红外区域，利用此特性，可以在夜间无可见光(g內裡uāng)照明的情况下，用辅助红外光(guāng)源照明也可使CCD图象些船传感器清晰的成像。而普通彩色摄像机为了能传输彩色信号，从CCD師她器件的输出信号中分离出绿蓝红三种基色视频信号，然后合成彩色电睡唱视信号，其感光(guāng)光(guāng)谱只在可见光(guā土畫ng)区域。

随着技(jì)术的进步出现白天彩色／晚上黑白摄像机，它采用两個算不(gè)CCD进行切换或采用一個(gè)CCD利用数位电路的切换來(lái)实下腦现，但是存在黑白照度偏高、有的對(duì)彩色色彩的不利影响等跳兵缺点。而红外低照度彩色摄像机红外感度比一般摄像机高4倍以上，随着成本但空的降低，會(huì)成为发展趋势的。

2. 要求选用低照度摄像机

摄像机的*低照度是当被摄景物的光(guāng)亮度低到一定程度而使摄像机森如输出的视频信号电平低到某一规定值时的景物光(guāng)亮度值。测定此参数时讀家，还应特别注明镜头的光(guāng)圈F的大(dà)小。例如使用F1.2的和小镜头，

当被摄影景物的照度值低到0.02Lx时,摄像机输出的视频信号幅值为好動标准幅值700mv的50%-33%，则称此摄像机的*低照度为0.02Lx話相/F1.2。有的摄像机生产厂家给出不同光(guāng)圈F时資長的*低照度。当选择摄像机*低照度高于红外灯要求时，

红外灯的有效距离将受到一定影响。应当提醒用户的是市场上出售的摄像机技(動笑jì)术性能标出的*低照度有两种不正常情况，一种是摄像机制(zhì)造商所标請司的*低照度是所谓的靶面照度，即CCD图象传感器上的光(guāng)通紅照度，它比景物照度低10倍左右；另一种是有個(gè)别摄像机制(zhì)造資門商或销售商虚报*低照度。目前市场上比较经济的黑白摄像机（售价在700樂請元左右，有的*低照度标为0.01～0.02Lx）

它们的实际*低照度仅为0.1～0.2Lx，

如果，使用的红外灯要求摄像机的*低照度为0.02Lx，必然影响红外灯錢鐘的有效照射距离，而购买*低照度0.02Lux的摄像机，价格可能比0.1頻友～0.2Lx摄像机*少高一倍左右。这时有两种选择，在摄像机上多花钱，輛能在红外灯上就少花钱；在摄像机上少花钱,在红外灯上就多花钱。经验表明室外特木樂别是距离较远时，选择前者是比较经济的。

3. 要求摄像机的尺寸规格

摄像机标称尺寸日(rì)趋小型化，目前市场上的摄像机尺寸规格有1/2&quo綠地t; 1/3" 1/4"，摄像机尺寸大(d國相à),接受的光(guāng)通量大(dà),摄像机尺寸小,接受的光(g熱美uāng)通量少,如红外灯标称的有效距离是在1/2"摄像器自机条件下试验的,如采用1/3"或者1/4"摄像机明動,有效距离也将受到一定影响。1/3"摄像机光(guāng微行)通量只有1/2"摄像机光(guāng)通量的44%

4. 镜头的尺寸规格 与摄像机的尺寸规格同理，不再赘述

5. 摄像机和镜头的功能要求

摄像机有自动电子(zǐ)快門(mén)功能，AGC自动增益控制(zhì制那)功能，镜头有自动光(guāng)圈，以适应昼夜照度很(hěn和光)大(dà)的变化。

6. 电源供应

电视监控系统前端设备的电源供应要统一考虑设计。红外灯的电源供应，考虑到红弟火外管的工作电流對(duì)供电电压十分敏感，而电缆长度不同對(duì)直流电压事要衰减不同。在多個(gè)红外灯距控制(zhì)室的距离相差较大(dà)时，采用路票DC12V集中供电可能使距控制(zhì)室近的红外灯供电电压高，距控制(湖愛zhì)室远的红外灯供电电压低。加之电源电压调整上的偏差，可但湖能造成电压过高的红外灯寿命缩短(duǎn)甚至烧坏，电压低的红請件外灯发射功率不足。因此建议尽可能采用AC220V供电或配一對(duì)一的直流話煙稳压电源，这种直流稳压电源有的在电网电压波动在AC100V-245水分V时输出直流电压都是稳定的，保证红外灯红外辐射功率都是稳定可靠哥通的。

除配套性外，还要考虑到以下因素，选择红外灯时，在选择红外灯辐照距离子子时留有余地。

1.摄像机给出的*低照度。这里的*低照度概念是什么？摄像机产生的農讀视频信号标称值为1V，标准值为0.7V，而*低照度时的视频信号值为1和著/3-1/2标准植。所以摄像机在*低照度时的图像，决不會(h市低uì)"如同白昼一样"。

2.摄像机在*低照度时产生的图像清晰度，是用电视信号测试卡进行测式的，其黑白明照相间的条纹，要求黑色反射率近于0%，白色反射率大(dà)于89.9%。而快火我们在现场观察时有时不具备这样的条件，比如：樹(shù)叶和草(c生黃ǎo)地的反射率很(hěn)低，反差很(hěn)小，就不易获讀藍得(de)清晰图像。

3.给出摄像机*低照度的同时，还要给出光(guāng)圈F的要求值媽得，而变焦镜头一般只给出1：F的*大(dà)值，即光(guāng)圈F的*小值麗電（光(guāng)圈实际尺寸*大(dà)值），F=f/D,那么D为定訊區值，在f焦距拉大(dà)10倍时，F变得(de)很(hěn)大(dà)（通還即光(guāng)圈实际尺寸变得(de)很(hěn)小）。光(guān照聽g)通量将受到很(hěn)大(dà)影响。

4.在使用自动光(guāng)圈镜头、自动增益控制(zhì)或自动離亮电子(zǐ)快門(mén)摄像机时，镜头光(guāng)圈F值也會(huì)商路发生变化。例如，在摄像机近处有景物，反射回强光(guāng)给摄像机，或附近好票有灯光(guāng)照射摄像机，这时摄像机的灵敏度将减小、自动了些光(guāng)圈的尺寸将被关小，光(guāng)通量也将受睡場到很(hěn)大(dà)影响。

5.防护罩對(duì)红外灯的效果也有影响，红外光(guāng)在传输过匠妹程中，通过不同介质，透射率和反射率也不同。不同的视窗玻璃，，特别是自动除霜镀懂校膜玻璃，對(duì)红外光(guāng)的衰减也不同。

6.有的器材生产或销售商，不给出红外灯的辐照距离，只给出功率数，这样如快對(duì)生产、销售商來(lái)说麻烦可能少一些，但是这是非常店工含糊的概念，因为功率消耗除转化为红外光(guāng)能外，还有电源热损耗、电路照就热损耗、光(guāng)源热损耗、滤光(guāng)玻璃片红吧數外光(guāng)效率等等。相同功率的红外灯，其辐照距离可能相差很(聽關hěn)远。

随着红外夜视系统的迅速发展，红外灯生产供应厂家也會(huì)增加，但红灯产湖一品并非象有的人想象的那样容易，在技(jì)术、检测仪器设备等方面条件身通也不同，希望用户多多加比较，慎重选择。

用户使用红外灯首先要仔细阅读使用说明书，特别是为保证人身设备安又會全的注意事(shì)项。检查前面所讲述的配套性方面是否达到要求，应考虑到友地的影响因素是否考虑到，如未达到要求，可及时调整所用器材。

用户不应擅自提高供电电压，因为红外灯在设计时，既考虑到其辐照度的充美行分发挥，又考虑到其安全可靠性。提高供电电压，可能使红外灯烧毁章請，更不应擅自拆改红外灯。如果这样做(zuò)，生产厂家可能不再负责维修。如厭草果红外灯出现問(wèn)题，应与生产厂家或供货商联系。