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人造光源是人們?yōu)閯?chuàng)造良好而穩(wěn)定的觀察條件而制成的，它包括各種燈具。常用的燈具有兩種：一種是熱輻射光源，即帶有固體燈絲的鈣絲白熾燈和在它基礎(chǔ)上發(fā)展起來的鹵雪燈;另一種是氣體放電光源，即充有高壓氣體或低壓氣體的氣燈或孤光燈?；」鉄暨€可以進(jìn)一步分為高強(qiáng)度放電型、低壓型和高壓短弧型三種。高強(qiáng)度放電燈因其效率高、使用壽命長(zhǎng)而得到了廣泛的應(yīng)用；低壓弧光燈，包括熒光燈（如日光燈）和低壓鈉燈，在許多室內(nèi)和室外照明場(chǎng)合也都常用；長(zhǎng)弧光原燈主要用于大型的室外體育場(chǎng)：高壓短弧光燈在視頻監(jiān)視工程中用在要求高效率、指向好的窄光束的場(chǎng)合，以照亮（100m到1km外）遠(yuǎn)處的目標(biāo)，這類燈包括徹?zé)?、金屬鹵燈、高壓鈉燈和水銀燈等。

一、熱輻射光源

物體溫度大于絕對(duì)零度時(shí)就會(huì)向外輻射能量，物體由于溫度較高而向周圍溫度較低環(huán)境發(fā)射能量的形式稱為熱輻射，其輻射以光產(chǎn)形式進(jìn)行，因而我們就會(huì)看到光。這種熱輻射的物體就稱為熱輻射光源。具體常見的熱輻射光源有如下兩種。
（1）鈣絲白熾燈。鎢絲白熾燈是第一種實(shí)用的人工光源，有真空鈣絲燈、充氣鎊絲燈。真空鈣絲燈是將玻璃燈泡抽成真空，銬絲被加熱到2300~2800K時(shí)發(fā)出復(fù)色光，其發(fā)光效率低，約為10 lm/Wo充氣鈣絲燈是在燈泡中充入和鈣不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的氧、氮等惰性氣體，當(dāng)燈絲蒸發(fā)出來的鈞原子與惰性氣體原子相碰撞時(shí)，部分鈞原子會(huì)返回?zé)艚z表面而有效地抑第2章安防視頻監(jiān)控中的光源和光學(xué)系統(tǒng)制鈞的蒸發(fā)，從而延長(zhǎng)燈的壽命，使工作溫度提高到2700~3000K，發(fā)光效率提高為17 lm/W。白熾燈的供電電壓對(duì)燈的參數(shù)（電流、功率、壽命和光通量）有很大的影響，如額定電壓為220V的燈泡降壓到180V使用，其發(fā)光的光通量降低到62%，但其壽命延長(zhǎng)13.6倍。燈泡壽命的延長(zhǎng)將使系統(tǒng)的調(diào)整次數(shù)大為減少，也提高了系統(tǒng)的可靠性。
白熾燈的燈絲一般都通過盤圈來增加效率。有時(shí)會(huì)將盤成的圈再盤一次，以進(jìn)一步增加燈絲的長(zhǎng)度，提高照明度。燈絲的外形設(shè)計(jì)有時(shí)還要配合其使用場(chǎng)所的具體要求，如將細(xì)長(zhǎng)的燈絲裝到圓柱形反射體內(nèi)，可以產(chǎn)生矩形的光束：較小的燈絲可以與拋物面形反射鏡緊密配合，產(chǎn)生用于聚光燈中的狹窄的平行光束；而普通照明常用W形燈絲，使燈360°發(fā)光；
由于白熾燈的發(fā)光特性穩(wěn)定、簡(jiǎn)單、可靠，使用和量值復(fù)現(xiàn)方便，因而應(yīng)用非常廣泛，幾乎每個(gè)家庭、公司、工廠、學(xué)校、醫(yī)院、火車站、機(jī)場(chǎng)等都要使用。由于是白熾光源，所發(fā)出的光線包括了可見光譜中的所有顏色，可以用來為黑白和彩色攝像機(jī)提供出色的照明。
（2）鹵鎢燈。它是在鎢絲白熾燈基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種改進(jìn)的白熾燈，在燈泡內(nèi)充有鹵族元素（氯化碘、溴化硼等），鎢絲被加熱后，蒸發(fā)出來的鎢原子在玻璃殼附近與鹵素合成為鹵鎢化合物，如WI2、WBr等。然后，鹵鎢化合物又?jǐn)U散到溫度較高的燈絲周圍且又被分解成鹵素和鎢，而鎢原子又沉積到燈絲上，彌補(bǔ)鎢原子的蒸發(fā)，以此循環(huán)而延長(zhǎng)燈的壽命，使鹵鎢燈的工作溫度達(dá)3000~3200K，發(fā)光效率提高到30 lm/W。因此，這種燈的特點(diǎn)是燈絲亮度高、發(fā)光效率高、形體小、成本低等。
鹵鎢燈工作時(shí)的氣體壓力和燈泡溫度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通白熾燈。因?yàn)楦邭鈮嚎梢宰璧K鎢的蒸發(fā)，允許燈絲在較高的溫度下工作，以產(chǎn)生比傳統(tǒng)白熾燈更高的電光轉(zhuǎn)換效率。為了承受更高的溫度和壓力，它的燈泡一般都使用石英或耐高溫玻璃制造。這種燈早期都使用熔結(jié)石英燈泡和碘蒸氣，因此被稱為石英碘燈。后來發(fā)現(xiàn)其他鹵素也具有相同效果后，為通用起見，現(xiàn)在一般均稱這種燈為鹵鑼燈。如在鹵鑼燈前裝上可見光截止器，也可做成紅外熱光源。

二、氣體放電光源

利用氣體放電原理來發(fā)光的光源，稱為氣體放電光源。如將氫、氫、笊、気、氟或者金屬蒸汽（汞、鈉、硫等）充入燈中，在電場(chǎng)作用下激勵(lì)出電子和離子。當(dāng)電子向陽極，離子向陰極運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于其已經(jīng)從電場(chǎng)中獲得能量，當(dāng)它們?cè)倥c氣體原子或分子碰撞時(shí)激勵(lì)出新的原子和離子，如此碰撞不斷進(jìn)行，使一些原子躍遷到高能級(jí)。由于高能級(jí)的不穩(wěn)定性，處于高能級(jí)的原子就會(huì)發(fā)出可見輻射（發(fā)光）而回到低能級(jí)。如此不斷地進(jìn)行，就實(shí)現(xiàn)了氣體持續(xù)放電、發(fā)光，這就是氣體放電發(fā)光的原理。
這種光源的種類很多，但它們具有的共同特點(diǎn)是：①發(fā)光效率高，比同瓦數(shù)的白熾燈高2~10倍，因而可節(jié)省能源；②結(jié)構(gòu)緊湊、耐震、耐沖擊；③壽命長(zhǎng)，是白熾燈的2~10倍；④光色適應(yīng)性強(qiáng)，可在很大范圍內(nèi)變化。如普通高壓汞燈發(fā)光波長(zhǎng)為400~500nm，低壓汞燈則為紫外燈，鈉燈呈黃色（589nm），釘燈近日色，而水銀熒光燈為復(fù)色。
由于以上特點(diǎn)，氣體放電光源經(jīng)常被用于工程照明中，它主要有下列幾種。
（1）高強(qiáng)度放電燈。即HID燈，是在普通照明和安防工程中應(yīng)用最廣泛的一種燈，是商業(yè)樓宇、道路、體育場(chǎng)等場(chǎng)所應(yīng)用最廣泛的燈具。但其缺點(diǎn)是它需要3~10分鐘的“啟動(dòng)”時(shí)間，一旦關(guān)閉，必須等燈具充分冷卻后才能重新點(diǎn)亮電孤?，F(xiàn)在在燈泡里面用兩個(gè)相同的HID燈芯，同時(shí)只有一個(gè)燈芯工作。這樣，一個(gè)燈芯突然熄滅后，另一個(gè)燈芯可以立即啟動(dòng)發(fā)光。因此大大減少了等待時(shí)間，而且也可使前一個(gè)燈芯有足夠的時(shí)間冷卻。
高強(qiáng)度放電燈的優(yōu)勢(shì)是：使用壽命特別長(zhǎng)，其標(biāo)準(zhǔn)使用壽命是16000~24000h：效率奇高，其電光轉(zhuǎn)換效率為60~1401m/W。但這種燈不能與調(diào)光系統(tǒng)配用，否則將嚴(yán)重影響其啟動(dòng)光效率、光線顏色和使用壽命。目前最流行的有下列三種。
①高壓汞燈：即高壓水銀燈，也稱為石英汞燈。燈內(nèi)的蒸氣壓很高，一般有2~10個(gè)大氣壓。汞的蒸氣壓升高后，汞的放電輻射成份就發(fā)生了變化，原來在低氣壓汞放電產(chǎn)生的紫外線254nm變得很少了，而長(zhǎng)波紫外線和可見光的短波部分的比例卻增加了。高壓汞燈的光色偏藍(lán)綠，照在人的臉上發(fā)青紫色，所以它只適合在黑白視頻監(jiān)控系統(tǒng)中使用。
②金屬鹵化物燈：簡(jiǎn)稱金屬鹵燈或石英鹵燈。其特點(diǎn)是：填充不同的金屬鹵化物，可以獲得我們所需要的各種不同光色的燈，如銦的共振輻射（451nm）位于藍(lán)色區(qū)域；鋰的共振輻射（671nm）位于紅色區(qū)域；鉈的共振輻射（535nm）位于綠色區(qū)域等。因此，金屬鹵化物就好比畫家手中的水彩，用它可以繪畫出五顏十色的金屬鹵化物燈來。它的品種非常多，可形成好幾個(gè)系列的產(chǎn)品，如照明用、攝影用、放映用和工業(yè)用等系列。這種燈兼有發(fā)光率高、顯色性好的雙重優(yōu)點(diǎn)，如稀土金屬鹵化物燈的光效和顯色指數(shù)均可超過85。根據(jù)燈內(nèi)添加劑種類和燈壁熒光物質(zhì)的不同，可以使燈泡發(fā)光的光譜，具有日光或白熾燈光的特征。它的光譜比水銀燈的豐富得多，因此在黑白或彩色視頻監(jiān)控系統(tǒng)中都可以使用。
③高壓鈉燈：燈的陶瓷弧管是特殊材料制成的，因而可承受鈉在高溫卜的化學(xué)侵蝕。與低壓鈉燈相比，它的光轉(zhuǎn)換效率更高、光譜更寬。因?yàn)樗鼉?nèi)部的氣體中只含有鈉，所以它的光譜頻率大部分都分布在黃橙部分，只有少量的藍(lán)色和綠色。對(duì)彩色視頻監(jiān)控系統(tǒng)來說，高壓鈉燈最主要和最重要的優(yōu)點(diǎn)是它的光轉(zhuǎn)換效率高（120-150lnVW）„其使用壽命也較長(zhǎng)，約為2400Qh。對(duì)黑白監(jiān)控系統(tǒng)來說，鈉燈是可選擇的最佳光源，是極好的室外照明光源。其主要特點(diǎn)有7條：發(fā)光效率很高；壽命長(zhǎng)；顯色性差、色溫低：環(huán)境溫度對(duì)燈工作影響不大；鈉燈紫外線輻射很少；啟動(dòng)電壓高、重復(fù)點(diǎn)燃困難；成本高。
（2）低壓弧光燈。燈的外形一般呈管狀，光弧較長(zhǎng)（幾厘米到幾米）。這種燈在正常工作的時(shí)候，需要與鎮(zhèn)流器配用，在啟動(dòng)時(shí)，則需要高壓脈沖觸發(fā)，它主要有如下兩類。
①熒光燈：是依靠低壓汞蒸氣放電輻射出的短波紫外線，去激發(fā)熒光粉發(fā)光。這樣，便把波長(zhǎng)較短的紫外線轉(zhuǎn)換成波長(zhǎng)較長(zhǎng)的可見光，這就是紫外線的光致發(fā)光。它的發(fā)光基本上是連續(xù)光譜，因而熒光燈的發(fā)光比汞燈的光色好。其優(yōu)點(diǎn)有三條：發(fā)光效率比白熾燈高4~5倍；壽命比白熾燈長(zhǎng)5~10倍；光色柔和，品種齊全，例如有發(fā)偏黃色光的暖白色（色溫為2900K）燈，發(fā)偏青色光的冷白色（色溫為4500K）燈，發(fā)白色的日光色（色溫為6500K）燈（即日光燈）。有些熒光燈還可以像白熾燈一樣發(fā)出連續(xù)的光譜；而其他的熒光燈則發(fā)出日光光譜。這種燈非常適用于彩色和黑白監(jiān)控系統(tǒng)。熒光燈的輸出功率為4~200W，形狀可以做成直形、圓形或U形等。尺寸較大的燈管需要與對(duì)應(yīng)的反射器配用，才能產(chǎn)生需要的光束形狀。熒光燈的光線可以分散得比較均勻，因此一般都用于大面積區(qū)域的照明。熒光燈對(duì)環(huán)第2章安防視頻監(jiān)控中的光源和光學(xué)系統(tǒng)境溫度的變化相當(dāng)敏感，所以主要在室內(nèi)和溫度變化不大的室外環(huán)境中使用。在寒冷的室外，必須使用特別的低溫鎮(zhèn)流器，才能產(chǎn)生足夠高的啟動(dòng)脈沖，去將燈管點(diǎn)亮。
②低壓鈉燈：其發(fā)光效率是白熾燈的10多倍，是熒光高壓汞燈的4倍，是金屬鹵化物燈的2倍，低壓鈉燈是一個(gè)很好的節(jié)能的電光源產(chǎn)品。鈉的共振輻射線有589nm和590nm兩條，這兩條共振線的位置全在黃色區(qū)域，因此其光色是純黃色，只能用于道路照明系統(tǒng)或黑白監(jiān)控系統(tǒng)中。在與彩色攝像機(jī)配用時(shí)，只有黃色的物體可以呈原色，其他顏色的物體則只能呈現(xiàn)褐色或黑色。其優(yōu)點(diǎn)有三條：使用起來非常安全；能夠使得物理表面的紋理和形狀比較容易地顯示出來，讓人的眼睛和攝像機(jī)都可以看到；能產(chǎn)生較好的對(duì)比度，使圖像更顯清晰。有些保安人員和警察認(rèn)為低壓鈉燈是唯一優(yōu)秀的保安照明系統(tǒng)。在下班時(shí)段內(nèi)，琥珀色的燈光，可以清楚地告訴人們“閑人免進(jìn)”，以及“這塊地方戒備森嚴(yán)”。
（3）緊湊型短弧燈。這種燈與電極的尺寸、間距和燈泡的尺寸相比，其弧光相對(duì)較短，工作電流較大，但電壓較低。這種燈的功率通常在50W~25kW，工作電壓一般小于100V，但啟動(dòng)時(shí)則需要幾千伏的高壓脈沖。這種燈既可以使用交流電，也可以使用直流電，但就是需要某種形式的電流調(diào)整設(shè)備（鎮(zhèn)流器），才能保證光線輸出的均勻度。緊湊型燈與高強(qiáng)度放電燈相比，其有效使用壽命要短一些，這是因?yàn)樗褂玫碾娏鲝?qiáng)度較高，導(dǎo)致電極的壽命相對(duì)縮短。最常見的緊湊型短弧燈有下列三種。
①汞弧燈：也稱為水銀燈，它也是利用汞蒸氣放電發(fā)光而制成的一種燈。燈的光譜輸出基本上都落在可見光中的藍(lán)色范圍內(nèi)，而CCD攝像機(jī)對(duì)藍(lán)色光又不太敏感，所以它和黑白攝像機(jī)一起使用時(shí)取得的效果較為一般。
②汞氙燈：其光譜基本集中在藍(lán)色、綠色、黃色和橙色等部分。汞氙短弧燈的光轉(zhuǎn)換效率為20-53lm/W，其額定功率為200~7000W。它可實(shí)現(xiàn)較好的色彩還原，其光線中除汞和氙的光譜輸出外，還含有連續(xù)的背景能譜，因此可以提高色彩還原的質(zhì)量。
③短弧氙燈：這種燈的兩個(gè)電極在3~8mm的近距離，因而電孤很短，所以稱為短弧氙燈。高氣壓氙氣放電的輻射光譜是連續(xù)的，它同太陽的光譜極為相似。而氙燈的光弧的色溫大約在6000K，幾乎與日光的色溫相等，且顯色指數(shù)為95，因此，用眼睛看氙燈的色表與日光呈一樣的白色，所以人們稱氙燈為“人造小太陽”。由于氙燈的光譜輸出中含有特定的顏色、連續(xù)能譜和一些紅外射線，因而它發(fā)出的光與日光還是有很大的不同。但其連續(xù)能譜中的大部分波長(zhǎng)還是與日光的光譜射線特征非常相似，與其他短弧燈相比，在色彩還原的精確度方面，氙燈也是最理想的選擇。其優(yōu)點(diǎn)有5條：
•顯色性好、光色穩(wěn)定；
•可產(chǎn)生尺寸很小的高亮度光斑；
•啟動(dòng)時(shí)間短，可隨開隨關(guān)而使用方便；
•燈的功率變化范圍大；
•具有正阻的伏安特性。
這種燈的發(fā)光體很小，只要配以合適的反射器，就可以輕易產(chǎn)生非常集中的光束，拋物面型反射器通常用在探照燈或聚光燈中；球面反射器則用來構(gòu)建泛光燈；緊湊型短弧燈通常與拋物面型反射器配用，以產(chǎn)生能為遠(yuǎn)距離目標(biāo)提供照明的平行光束。在這種系統(tǒng)上加裝紅外光濾鏡后，就可以構(gòu)成相當(dāng)優(yōu)質(zhì)的紅外聚光燈。即使不想構(gòu)建聚光燈，緊湊型短弧燈的小尺寸光弧也使得它只需要較小的反射器就能很好地工作。

三、節(jié)能環(huán)保的白光LED燈