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隨著安防行業(yè)的發(fā)展，24小時不間斷的監(jiān)控對夜視要求越來越高，尤其要求夜間隱蔽性監(jiān)控。因為傳統(tǒng)式的照明燈光經常會引起別人的注意，會提醒入侵者“裝有視頻監(jiān)控系統(tǒng)”，或者會影響周圍的住戶。而安裝紅外光源則不存在這些問題，因為紅外光是一種波長大于780nm的不可見光。一般，產生這種不可見光的紅外光的方法有下列三種。
•熱紅外光源：直接使用白熾燈或值燈發(fā)出的紅外光，即在這兩種燈上安裝可見光濾鏡濾去可見光，只讓看不見的紅外射線射出。
•紅外發(fā)光二極管LED光源：即用紅外LED或LED陣列來產生紅外光，這種器件是通過半導體中的電子與空穴復合來產生紅外光的。
•半導體紅外激光光源：即使用紅外激光二極管LD，它把處于較低能態(tài)的電子激發(fā)或泵浦到較高能態(tài)上去，通過大量粒子分布反轉，共振而維持受激輻射。
前兩種方法都能生成或窄或寬的光束。在使用對紅外線較為敏感的攝像機，如CCD或CMOS攝像機、低照度增強型攝像機觀察場景時，可以獲得質量相當高的圖像。第三種光源的光束細而強，要照亮一定范圍的場景，需要通過擴束鏡頭擴束，目前多用于1km以上距離的監(jiān)控場景的夜視照明。
通常，物體在溫度較低時產生的熱輻射全部是紅外光，所以人眼不能直接觀察到。在熱輻射光源中通過加熱燈絲來維持它的溫度，供輻射繼續(xù)不斷地進行。輻射體在不同加熱溫度時，輻射的峰值波長是不同的，其光譜能量分布也是不同的。根據以上原理，經特殊設計和工藝制成的紅外燈泡，其紅外光成分最高可達92%~95%。
紅外燈泡最大的優(yōu)點是可制成比較大的功率和大的輻照角度，因此照射的距離遠。其最大不足之處是包含可見光成分，即有紅暴，且使用壽命短，如果每天工作10h，5000h只能使用一年多，若散熱不佳，壽命還要短。為提高熱輻射紅外燈的壽命，采用了光控開關電路，以減小其工作時間。此外，還增加了延時開關電路以防環(huán)境光干擾。
一般，徹燈和白熾燈可以照亮距離攝像機100多米外的場景，因此，在其前端配一個只讓紅外線通過的濾鏡，完全可以為隱蔽式視頻監(jiān)控系統(tǒng)提供足夠的紅外射線。由于這種熱紅外光源要消耗大量的能量，產生大量的熱，所以這種光源需要配備特制的散熱器或冷卻設備，才可以使其能夠持續(xù)工作。熱紅外光源照明系統(tǒng)，通過配用不同的前鏡頭，可以發(fā)出用于覆蓋較大范圍場景的寬光束或用于觀察遠處目標的聚光光束等不同形狀的光束，以適應現(xiàn)場的具體需要。表1列舉了常用紅外燈的類型，以及它們的水平和垂直光束角。
表1 常用紅外燈及其光束角
光源的類別
燈的種類
輸入功率及電壓
光束角/°
照射距離/m
寬泛光燈
帶濾鏡的鹵鎢白熾燈
100W
水平60/垂直60
9.1
聚光燈
帶濾鏡的鹵鎢白熾燈
100W
水平10/垂直10
61.0
寬泛光燈
帶濾鏡的鹵鎢白熾燈
500W
水平40/垂直16
27.4
聚光燈
帯濾鏡的鹵鎢白熾燈
500W
水平12/垂直8
137.2
泛光燈
帯濾鏡的弧氙燈
400W、交流
40
152.4
聚光燈
帶濾鏡的短弧氙燈
400W、交流
12
457.2
泛光燈
發(fā)光二極管（TaAs）
50W（直流12V）
30
61.0
泛光燈
發(fā)光二極管（TaAs）
8W（直流12V）
40
21.3
注：（1）發(fā)光二極管發(fā)出的是850nm以上的紅外光；（2）鹵鎢燈和氙弧燈使用的濾鏡是可見光阻隔濾鏡。
二、紅外發(fā)光二極管（LED）光源
LED是發(fā)光二極管（Light Emitting Diode）的簡稱，是一種注入式電致發(fā)光器件，它實際是將PN結管芯燒結在金屬或陶瓷底座有引線的架子上，然后在四周用起到保護內部芯線作用的環(huán)氧樹脂密封。其發(fā)光原理是：在LED的PN結上加正向電壓時，使電子和空穴載流子在結區(qū)相遇復合（結區(qū)變窄），其實質是電子從高能級的導帶釋放能量回到價帶與空穴復合，這種把多余的能量以光子的形式釋放出來，就把電能直接轉換成了光能，即發(fā)光。根據半導體物理中的公式
A=1240/£g（nm）
式中，籃為某半導體材料導帶與價帶之間的禁帶寬度，其單位為電子伏特；人為波長。
當采用碑化鐐半導體（當然也還有其他材料的半導體）時，其禁帶寬度峋決定它只能發(fā)出近紅外光。碑化鐐LED的電源線共有兩根，在加正向電壓通電后，即會發(fā)出近紅外光，光線經過前端球形鏡頭的放大后就會射到場景中去。LED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，不同封裝工藝型號的紅外發(fā)光二極管的輻射角度有所不同。神化鉉發(fā)光二極管的光轉換效率也相當高，一般可以將50%的電能轉換成紅外光輻射能量。這種燈在略高于室溫的溫度下工作時，幾乎不發(fā)熱，因此也就不需要特別的冷卻裝置。
要想照亮一定距離的場景，常常需要幾十、幾百個LED構成的平面式陣列，因此，可根據場景的情況，尤其距離的遠近來配備LED的多少。各個發(fā)光二極管的紅外光輸出合并起來，就可以產生足夠多的光線，使其足以照亮被監(jiān)視的現(xiàn)場，從而使得CCD攝像機可以產生高質量的黑白視頻圖像。此外，還可將紅外發(fā)光二極管裝在鏡頭上，與黑白CCD攝像機配用，或直接裝在攝像機與鏡頭接口周圍的機殼上。顯然，這兩種裝配的紅外LED少，其照射的距離肯定不如單獨的紅外LED陣列燈照射的遠。
這種發(fā)光器件和白熾燈泡相比，有體積小、耐沖力、壽命長、功耗低、響應快、可靠性高、顏色鮮明、易和集成電路匹配等特點，因而獲得了廣泛的應用。
目前，紅外LED光源已由第一代傳統(tǒng)的LED、第二代小功率陣列式LED，發(fā)展到第三代大功率陣列式LED（即LED Array）。它首先由美國Pacific Cybervision公司開發(fā)生產，其每顆LED Array可集成60粒LED發(fā)光晶體，一開始時光學輸出就達到了800-1000mW，而目前，新一代的單個LED Array的光學輸出就己能做到4000mW以上，發(fā)光半功率角為10-120°（可變角）。它既有第二代紅外LED燈的體積小、散熱處理好、壽命長的優(yōu)勢，又解決了第二代紅外LED陣列式光源因偏心而不夠亮的缺點。這種大功率陣列式LED的價格接近或低于傳統(tǒng)LED，是集第一代、第二代優(yōu)點于一身，并完全避免了缺點的最新一代紅外LED光源，目前己成為高質量夜間監(jiān)控的一種理想選擇。
三、半導體紅外激光光源
半導體激光器是一種新型的發(fā)光器件，和上述光源相比，它具有方向性強、單色性好、相干性好、亮度高等突出優(yōu)點。根據產生激光所必須滿足的要求，它一般由激發(fā)裝置（泵源）、工作物質及共振腔3部分組成。半導體激光器工作物質種類很多，其中GaAs是第一種有紅外激光作用的半導體材料。其他Ⅲ-Ⅴ族化合物激光器的性質與GaAs相似，Ⅳ-Ⅵ族化合物如PbSePbTe、PbS等也都有激光作用。適當選擇這些材料，可得到不同頻率的激光。
隨著光電信息技術的發(fā)展，半導體激光器發(fā)展很快，由最初的同質PN結與異質結式發(fā)展到分布反饋式、量子阱式、垂直腔表面發(fā)射式、微腔式，以及光纖激光器與光子晶體激光器等，發(fā)光功率由小到大，種類齊全，應有盡有，完全可供安防需要選擇。
由于激光紅外光源的光束細而強，要照亮一定范圍的場景，需要通過擴束鏡頭擴束。這種光源應用的最大優(yōu)勢在于激光具有很高的發(fā)光效率、發(fā)光強度和方向性，其電光轉換效率最高可達80%，從而可大大降低能耗，增加照明距離，目前多用于1km以上距離的監(jiān)控場景的夜視照明。一般，半導體紅外激光器采用金屬封裝和專用電源，并通過先進的半導體溫控技術使得產品始終在設定的合理溫度下工作，壽命能夠得到較好的保證。紅外激光光源與配有長焦距鏡頭的攝像機組合，可以較好地實現(xiàn)夜間遠距離監(jiān)控。特別適合應用于邊防、海防、森林防火、交通工程等大型項目。但由于工藝比較復雜、產量比較低，其價格比LED光源高：且激光燈功率過大對人身體健康有一定的副作用，因而需選擇在安全值。
四、三種紅外光源的比較與選擇
三種紅外光源各有其優(yōu)劣。開始使用紅外光源時，由于紅外LED的功率小、價格也較貴，因而多使用熱紅外光源。隨著光電信息技術的發(fā)展，紅外LED的功率增大、價格下降，因此使用紅外LED的越來越多。尤其現(xiàn)在可使用第三代LED-Array，它是高度集成的LED，其體積小、亮度高、壽命長、發(fā)光角度可調寬，是高質量夜間監(jiān)控的一種理想選擇。顯然，紅外LED及LED-Array淘汰了熱紅外光源，因為用LED-Array完全可照射到幾百米監(jiān)控場景的距離。但對于1km以上的超遠距離場景的監(jiān)控，還是要選擇紅外LED光源。
第三代紅外LED光源填補了第一代傳統(tǒng)LED、第二代陣列式光衰快、使用壽命短、電光轉換效能低、亮度不足、散熱性能不良、功耗大等缺點，是全球紅外夜視技術領域的新的突破。這種新一代的紅外光源在產品性能與應用等方面與激光紅外相比，也有明顯的優(yōu)勢。它以先進的集成與獨特的封裝技術，類似單顆燈形式完全取代第二代多顆燈模式，不僅電光轉化效率高，而且降低了功耗。又由于散熱性能良好，使用壽命是激光紅外與傳統(tǒng)紅外燈的4~5倍，因而已廣泛應用于安防視頻監(jiān)控市場。
第三代紅外LED光源與半導體紅外激光光源的比較。如表2所示。
表2 第三代紅外LED光源與半導體紅外激光光源的比較
類別
發(fā)光原理
輸入功率
光束角度
照射距離
壽命
體積
成本
鷲
光線均勻性
應用
第二代紅外LED
電子空穴復合發(fā)光
幾W~幾
十W
可達120"
幾十~幾百米
長
小
低
好
好
半導體紅外激光LD
諧振激發(fā)發(fā)光
一般幾W
角度小，需擴束
1km以上
短
加擴束鏡較大
高
較好
較好
多為軍用
