前言

随着科学技术的发展，经济的发展，以及人们对生活环境安全问题的重视程度加大，以前只出现在对重点人、物、场景保护的闭路监控系统现在已经广泛使用在普通人的日常生活环境中，超市、办公楼、车库、街道、酒店、广场、甚至居住的小区，到处都有摄像机，可以说，摄像机已经无处不在。在安防电视监控系统中，随着人们安全防范意识的提高、对重要场所24小时连续监控电视监控的需要和红外成像技术的成熟，一体化红外防水摄像机的使用率越来越高，已逐渐发展成为一种趋势，不仅在银行、金库、博物馆、档案馆、图书文献库、监狱等重要部门应用，而且也在居民小区等一般电视监控工程中得到使用。

一体化主动红外防水摄像机成像原理

目前隐蔽、科学的夜视监控是采用红外摄像技术。红外摄像技术分为被动式和主动式。被动红外摄像技术是利用任何物质在绝对零度(-273℃)以上都有红外线辐射，物体的温度越高，辐射出的红外线越多。利用此原理制成的摄像机最典型的就是红外热像仪，但是，这种特殊的红外防水摄像机造价昂贵，因此仅限于军事或特殊场合使用。而主动红外摄像技术，是采用红外灯辐射“照明”(主要是红外光线)，应用普通低照度黑白摄像机、彩色转黑白摄像机或红外低照度彩色摄像机，感受周围景物和环境反射回来的红外光实现夜视监控。主动红外摄像技术成熟，稳定，成为夜视监控的主流。
红外一体化摄像机是将摄像机、防护罩、红外灯、供电散热单元等综合成为一体的摄像设备。它实现夜视的基本原理是利用普通CCD黑白摄像机可以感受红外光的光谱特性(即可以感受可见光，也可以感受红外光)，配合红外灯作为“照明源”来夜视成像。红外灯的功率和角度，摄像机的配置，一定焦距的感红外镜头，以及是否有良好的供电散热处理是判断红外一体化摄像机性能的重要参数。
红外灯按其红外线辐射机理分为半导体固体发光(红外发射二极管IR LED)红外灯和热辐射红外灯两种。目前在CCTV红外防水摄像机中前者使用较多。
红外发射二极管(IR LED)红外灯的原理是：由红外发光二极管矩阵组成发光体。红外发射二极管由红外辐射效率高的材料(常用砷化镓GaAs)制成PN结，外加正向偏置电压向PN结注入电流激发红外光。光谱功率分布为中心波长8S0～950nm，半峰带宽约40nm左右，它是窄带分布，为普通(0CI)黑白摄像机可感受的范围。
红外发光二极管的发射功率用辐照度μW／m2表示。红外二极管的最大辐射强度一般在光轴的正前方，并随辐射方向与光轴夹角的增加而减小。辐射强度为最大值的5096的角度称为半强度辐射角，即半功率角。不同封装工艺型号的红外发光二极管的辐射角度有所不同。

主动红外防水摄像机选择注意事项

对于主动红外监控系统的选择应注意以下几个方面。采用大格式、宽光谱范围的红外敏感摄像机
采用大格式的摄像机。如1／2″或更大格式的摄像机，可以增加摄像机的采光量。宽光谱的红外敏感摄像机，其特点是对红外光有较高的灵敏度，可以更多的接收物体反射的红外光，从而拍摄出较好的夜视图像。由于普通的彩色摄像机是从摄像机CCD器件的输出信号中分离出红、绿、蓝三种基色视频信号，再合成彩色电视信号，其感光光谱范围只在可见光区域，因此不适用于主动红外监控系统，而黑白摄像机或彩色黑白翻转的日夜两用型摄像机，其CCD器件具有较宽的感光光谱，因此在主动红外监控系统中应使用黑白摄像机或彩色黑白翻转型摄像机。

选用红外专业镜头

镜头是摄像机成像的光学器件。一般镜头对可见光有较高的透光率，而对红外光的透光率较低。目前(镜头制造厂商对红外镜头制造采用了特殊的光学玻璃为材料，对镜片进行了镀膜处理，以增加红外光的透光率，同时克服了镜头对可见光和红外光透光率不同而产生的误差。另外镜头光圈值F的选择也是很重要的，F值是相对孔径D／f的倒数，F值越小，相对孔径越大，采光量就越大，形成图像的质量越好。

摄像机的防护罩

摄像机防护罩的防护玻璃对拍摄效果也有很大影响，被摄物体反射的红外光在传输过程中，通过不同的介质，其透射率和反射率也不同，因此要求摄像机防护罩的玻璃有良好的红外光透过能力。由于主动红外监控系统的不断发展与完善，它的一些缺点逐渐被克服(如红暴、使用寿命等)，因此可以预计主动红外监控系统会在越来越多的领域里得到更加广泛的应用。

主动红外防水摄像机使用中应注意的问题

红外光的利用率和红暴问题
什么是红暴呢?红暴是由于所发射的红外线中包含可见光的成分。红外灯可以做到完全无红暴(采用940～950nm波长红外管)或仅有微弱红暴。波长超过700nm的光线叫做红外线，900nm以上的红外线基本无红暴，波长越短，红暴越强，红外线感应度也越高。现在市场上有两种主流红外灯，一种是有轻微红暴的，波长在850nm左右，一种是无红暴的，波长在940nm左右。同一款摄像机，在850nm波长的感应度，比在940nm波长的感应度好到10倍。所以850nm这种有轻微红暴的红外灯拥有更高的效率，应当做为红外夜视监控的首选项。

寿命问题
摄像机的使用寿命可达10年以上，红外灯的寿命是否也能达到这个水平?正确回答这个问题，首先要了解目前红外灯的制造原理。目前红外灯主要有三种制造模式：l、卤素灯，2、多芯片LED，3、单芯片LED。卤素灯是一个较传统的技术，能耗高，发热量大，使用寿命较短，因其使用效率低下，估计会逐步地淡出市场。
多芯片LD也有两种形式，一种是包含4到8颗芯片；另外一种是阵列式发光片，含有10到30颗芯片。为什么做多芯片呢?一些来自厂家的理论是：红外灯照射距离不够是因为能量不够，更多的芯片集合在一起，当然能量就大，想当然地认为照射距离更远。固然，更远的距离需要更大的能量，但并不是红外灯发出了多少红外光，摄像机就能接收多少红外光。
多芯片LED因其结构上的固有缺点没有发光焦点，发光光学系统不合理，有用光效率也比较低(当然，比卤素灯强几倍)，其优点没有有效地发挥出来。比如阵列式LED，电流高达1000mA以上，基本只是一分钱硬币大小，散热就成为一个问题。同时，多芯片LED的生产要求非常严格，每颗芯片都不能有性能上的一点差异，否则一颗芯片坏掉的话整机就全部完了。总体而言，相对于单芯片LED而言，多芯片LED的寿命是远远不够的。
单芯片LED生产工艺简单，品质容易保证、发热量低、发光光学系统合理，是做红外灯理想的器件，理论上使用寿命可达10万小时以上。那么，是不是所有的单芯片LED灯的寿命都很好呢?事实上，远不是这么回事。这里面原因有很多，比如有的LED芯片级别很低，杂质超标；有的生产工艺不过关，有漏电现象；有的超功率使用，额定20mA，却使用50mA以上；有的没有保护电路，或电路设计不合理，这些都会导致单芯片LED红外灯快速坏掉。
要想保证红外灯的寿命，首先要选用高等级的LED芯片高等级芯片功率大、一致性好、发光效率高、发热量很小，一颗高等级LED比普通LED的品质好10倍，当然价格也非常昂贵。其次，光学系统设计要合理、发光要均匀、利用率要高、散热要快。第三，要严格控制工作电压。LED对电压非常敏感，电压稍高LED管芯就会烧掉；而电压略低则发光量又会大大降低。最好匹配高质量的开关电源，交流输入电压最好从170伏到270伏电压都能做到较好的稳压，以适合恶劣的供电环境。第四，输入电源线最好选用抗高，低温、超柔软抗弯曲的。有一个厂家生产的红外灯，输入电源线可在低温零下60度、高温零上250度正常使用，零下四、五十度线缆仍像丝绸一般柔软，这样的产品才值得信赖。

角度的问题
红外灯是不是视角越大越好?不论是制造商还是工程商想当然地认可这种说法，他们认为红外灯发射视角越大，选用镜头的余地也就越大，选择广角镜头不会出现“手电筒”现象。所以说，大家都拼命地说自己的红外灯的视角是如何之大。这种好像很有道理的说法其实是很不科学的。
首先，使用大视角度的红外灯配合小视角度的镜头，存在光的浪旨现象。比如，一盏红外灯，发光角度是80度(相当于f3.5mm镜头的角度)，如果配合f35mm的镜头，那么会有相当部分的光是在镜头视场以外，也就是说部分红外光都浪费了。一般情况下，红外灯的视角要与镜头的视角相一致，效果是最佳的。
其次，并不是红外灯的发射角度越大，画面效果就越好。有的场合如果红外灯角度过大，还会影响成像。比如走廊，因其“狭长”的特点，如果红外灯的发射角度过大，则近处边缘的成像就会太亮，形成“光幕”现象；远处中心反而看不见，只有一片发白现象。所以，走廊的红外灯应该是镜头角度的二分之一或三分之一。
总体而言，红外灯的发射角度的问题既是选择问题也是技术问题。不同焦距的镜头应选择相适应发射角度的红外灯，红外灯的发射角度无论在什么样的条件下都不应该大于镜头的视角，而在狭长环境中的应用，就该选用比镜头视角更小乃至三分之一的红外灯。窄视角红外灯通过搭配，可以得到理想的广角效果，效果更佳、成本更低。

色彩问题
所有的黑白摄像机都是感应红外光的。红外光线在可见光条件下对于彩色摄像机来讲是一种杂光，会降低彩色摄像机的清晰度和色彩还原，彩色摄像机的滤光片就是阻止红外线参与成像。要想使彩色摄像机感应红外线现在有两个做法，第一，切换滤光片，在可见光条件下挡住红外线进入；在无可见光的条件下移开滤光片，让红外线进入，这种方案得到的图像质量好，但成本高并且切换机构会导致出现一定的故障率。第二，在滤光片上打开一个特定的红外线通道，允许与红外灯波长相同的红外光线进来，这种办法不增加成本，但色彩还原略差。

灵敏度的问题
摄像机灵敏度是红外夜视监控的核心部分。灵敏度越好，对红外线的感应能力也越强。当然，灵敏度越好的摄像机价格也越昂贵。一般来讲，50米以内的红外夜视系统，选用Ql勒克斯的摄像机就比较好；50米到100米范围的夜视系统应该选用0.01勒克斯的摄像机；100米以上的夜视系统应选用0.001勒克斯以上的摄像机。

结束语

由于红外线属于不可见光，因此无形中便蒙上了一层神秘面纱，不同于传统可见光摄像机，红外摄像系统的许多特性，不仅是消费者不清楚，甚至是拥有技术的工程人员，也不见得明白红外摄像系统与传统摄像机的差别。我们就拿市面上的日夜两用彩色黑白转换型摄像机为例，由于其也能够在较暗的环境下摄影，因此有些人也单纯地将这类摄像机归类到红外防水摄像机去，其实这种日夜两用型摄像机与真正定义上的红外防水摄像机，还是有功能与定位上的差距。
目前的摄像机大多采用CCD做为感光组件，CCD本身就可以以感应到红外光线，因此这些采用CCD做为感光组件的摄像机，只要在CCD前加上红外滤光镜，便具备红外摄像的能力，这也是目前市面上所谓的日夜两用型摄像机的基本运作原理(当然还需要一些软件技术，将红外影像进行处理与强化)，不过，无论这些摄像机强调自己的功能特性能够达到多低的照度，但他还是需要光线(可见光)才能够拍摄到影像，而真正的红外防水摄像机则可以在零照度(OLux)下工作，且其拍摄的画面品质仍然优于这些日夜两用型摄像机。有关权威人士便表示，这些日夜两用型摄像机强调的是对光线的灵敏度，而红外防水摄像机强调的是对于光谱上光线的感应宽度，这完全是不同的设计概念与市场定位，并不能一概而论。

相关延伸：红外防水摄像机市场调查