《電子技術(shù)應(yīng)用》
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分析國內(nèi)LED紅外攝像機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀及制約因素
摘要: 紅外攝像機(jī)就是在夜間,攝像機(jī)會發(fā)出人們?nèi)庋劭床坏降募t外光線去照射被拍攝的物體,然后接受到其反射的紅外光形成圖像。夜間使用時要關(guān)掉紅外濾光鏡,使其不再阻擋紅外線進(jìn)入CCD。
關(guān)鍵詞: LED 紅外攝像機(jī) LED紅外燈
Abstract:
Key words :

         顧名思義,紅外攝像機(jī)就是在夜間,攝像機(jī)會發(fā)出人們?nèi)庋劭床坏降募t外光線去照射被拍攝的物體,然后接受到其反射的紅外光形成圖像。夜間使用時要關(guān)掉紅外濾光鏡,使其不再阻擋紅外線進(jìn)入CCD。這時我們所看到的是由紅外線反射所成的影像,而不是可見光反射所成的影像,此時可拍攝到黑暗環(huán)境下肉眼看不到的影像。視頻監(jiān)控向室外發(fā)展,室外監(jiān)控向夜視發(fā)展,夜視的發(fā)展方向目前是基于紅外光。這個趨勢已成為絕大多數(shù)攝像機(jī)行業(yè)人員的看法。

  由于紅外攝像機(jī)能夠在夜間零照度環(huán)境下獲得較清晰的畫面,同時具有較大的隱蔽性,從而得到了市場的廣泛認(rèn)可,其市場份額也在逐步擴(kuò)大。據(jù)調(diào)查顯示,國內(nèi)紅外攝像機(jī)市場需求較大,紅外攝像產(chǎn)品所占市場份額正在逐年攀升,2010年達(dá)到了30%左右。從全球安防市場來看,紅外攝像機(jī)非常具有“中國特色”,連索尼及剛進(jìn)入中國市場不久的三星等國外品牌為適應(yīng)中國本土化,也開始研發(fā)紅外攝像機(jī)。紅外攝像機(jī)目前在國內(nèi)市場發(fā)展火熱,但紅火的同時,紅外攝像機(jī)在應(yīng)用中所暴露出來的缺點(diǎn)也越來越明顯。

  紅外攝像機(jī)的發(fā)展

  為了滿足全天候監(jiān)控的需求,早在2001~2003年我國監(jiān)控生產(chǎn)廠家就開始探索紅外攝像機(jī)技術(shù)。從早期的攝像機(jī)加紅外燈板的模組到攝像機(jī)和紅外燈的一體化設(shè)計,從LED紅外燈手控模式到光敏電阻自動控制,再到攝像機(jī)雙濾光片的引入應(yīng)用;從最基本的視頻監(jiān)控要求到防水防暴、強(qiáng)光抑制、人臉識別、隱私遮蔽等各式各樣功能需求的紅外攝像機(jī)出現(xiàn),無不見證著我國紅外攝像機(jī)技術(shù)和市場的長足發(fā)展。2006年以后,隨著越來越多的生產(chǎn)廠家涌入該領(lǐng)域,紅外攝像機(jī)市場逐步形成了供大于求的局面,廠家間的競爭也愈發(fā)白熱化。身處安防行業(yè)群雄逐鹿的時代,紅外攝像機(jī)產(chǎn)品也和其他安防產(chǎn)品一樣,有著同樣的時代印記??陀^說,手工作坊的充斥、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的缺失都在某種程度上制約著紅外攝像機(jī)市場的發(fā)展。

  紅外技術(shù)在1800年被英國天文學(xué)家Herschel發(fā)現(xiàn)之后,就被越來越多的科學(xué)家在研究如何在各種場合的應(yīng)用,其中主動紅外攝像技術(shù)在安防監(jiān)控中的應(yīng)用經(jīng)過近二十多年的快速發(fā)展技術(shù)上都較為成熟。紅外攝像機(jī)在以迅雷不及掩耳之勢發(fā)展壯大的同時,產(chǎn)品類型也在不斷多樣化,應(yīng)用領(lǐng)域也在進(jìn)一步拓展。歸納起來有以下幾種類型:

  第一,已經(jīng)淘汰的鹵素?zé)艏t外攝像機(jī):鹵素?zé)舻陌l(fā)光功率非常強(qiáng)大,當(dāng)然耗電量以及發(fā)熱也會相對比較大,成本比較高,它的致命缺點(diǎn)是體積大、散熱不充分,壽命非常短,一般都在一千小時以內(nèi),而且紅暴現(xiàn)象特別嚴(yán)重,故不適合用于民用夜視監(jiān)控方面。鹵素?zé)艏t外攝像機(jī)因功率大且有濾光片光熱轉(zhuǎn)換,所以發(fā)熱問題尤其嚴(yán)重,維護(hù)成本較高、壽命短。

  第二,LED紅外攝像機(jī):LED紅外燈是由一定數(shù)目的紅外發(fā)光二極管組成發(fā)光體。紅外發(fā)射二極管由紅外輻射效率高的材料(常用砷化鎵GaAs)制成PN結(jié),外加正向偏置電壓向PN結(jié)注入電流激發(fā)紅外光,光譜功率分布為中心波長830~950nm,半峰帶寬約40nm左右,它是窄帶分布,為CCD攝像機(jī)可感受的范圍。LED紅外攝像機(jī)一般適用于10~100米中短距離,市場占有率最高,但是存在光照不均勻問題,主要適合于樓道、大廳、倉庫等室內(nèi)及建筑物外圍、小區(qū)周界、道路等中短距離監(jiān)控。

  第三,LED陣列式紅外攝像機(jī):陣列式紅外燈的內(nèi)核為發(fā)光二極管陣列(LED Array),與傳統(tǒng)的LED相比具有以下優(yōu)點(diǎn):1、亮度高,單LED Array的輸出約為1W~30W,亮度約是常規(guī)單LED的輸出5~15mW的數(shù)十倍,所以射距遠(yuǎn);2、電-光轉(zhuǎn)換效率高,普通紅外LED的電光轉(zhuǎn)換效率僅為10%左右,而LED Array電光轉(zhuǎn)換效率提升為25%左右;3、體積小,LED Array技術(shù)將發(fā)光單元高度集成,在相同亮度指標(biāo)下比普通LED紅外燈產(chǎn)品體積小很多;4、壽命長,LED Array的壽命為50,000h,比普通LED壽命高得多。陣列式紅外燈產(chǎn)品有一個明顯的不足,即“偏心現(xiàn)象”。由于其發(fā)光角度可達(dá)到120-180度,因此必須通過透鏡來縮小送光角度,以配合攝像機(jī)鏡頭,這樣不可避免的很多光就偏離了透鏡的中央,造成送光效率不佳。LED陣列式紅外攝像機(jī)適用范圍基本與LED紅外攝像機(jī)一樣,比較適合大廳、倉庫等室內(nèi)及建筑物外圍、小區(qū)周界、道路等中短距離監(jiān)控應(yīng)用。

  第四,點(diǎn)陣式紅外攝像機(jī)采用的是點(diǎn)陣式紅外燈光源。點(diǎn)陣式紅外燈使用的第三代紅外發(fā)光元器件是在第二代產(chǎn)品——陣列式紅外燈(LED--Array)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來,因此也叫第二代LED—Array。第二代LED—Array跟第一代相比最大的優(yōu)點(diǎn)是體積小、散熱好、衰減慢、壽命長,額定壽命為50000個小時。點(diǎn)陣式紅外燈也叫大功率陣列式紅外,跟小功率陣列式紅外最大的不同是亮度更高、成本更低,并通過獨(dú)立透鏡,按照使用需求任意調(diào)節(jié)光的分布角度,這樣就同時解決了第一代的“手電筒效應(yīng)”問題和第二代的“偏心現(xiàn)象”。

  第五,激光紅外攝像機(jī):激光紅外攝像機(jī)照射距離最遠(yuǎn)一般可達(dá)300~5000米,由于能量集中,角度小近距離不宜采用,目前成本仍較高。比較適合于森林防火、油田、鐵路、水利、景區(qū)、軍事、養(yǎng)殖、港口和平安市場等場所的監(jiān)控,隨著成本的進(jìn)一步降低,目前已經(jīng)應(yīng)用到包括小區(qū)在內(nèi)的眾多需要夜視監(jiān)控的領(lǐng)域。因而,紅外攝像機(jī)需要根據(jù)具體使用環(huán)境,特別是夜晚環(huán)境情況來確定攝像機(jī)類型。

         紅外攝像機(jī)的弊端

  由于紅外攝像機(jī)具有夜視功能、隱蔽性強(qiáng)、價格又實惠等突出優(yōu)勢,一直備受用戶青睞。但應(yīng)用過程中顯露出的弊端也越來越突出,影響和制約紅外攝像機(jī)的弊端主要有幾方面:

  1、 防水及散熱效果不佳

  紅外攝像機(jī)在長時間使用之后,內(nèi)部或多或少會出現(xiàn)汽水(此現(xiàn)象主要集中在北方地區(qū)),造成這個現(xiàn)象的原因主要是外殼的密封效果不夠和當(dāng)時裝機(jī)時沒有考慮到溫差。當(dāng)紅外燈開始工作時會產(chǎn)生大量的熱量,同時由于外殼的散熱效果不夠,這樣就會大大降低攝像機(jī)的使用壽命。

  2、 夜視效果不理想

  此現(xiàn)象主要表現(xiàn)在手電筒的效果或者距離不夠,這主要是由于紅外燈的角度和功能所造成的?,F(xiàn)在紅外攝像機(jī)所使用的紅外燈又稱850紅外發(fā)射管,峰值波長在850,角度從5-60度可以選擇,當(dāng)紅外發(fā)射管角度越小時照射距離越遠(yuǎn),手電筒的效果就越明顯,反之,角度越大就沒有手電筒的效果,但是距離就大打折扣。

 

  3 、顏色失真

  紅外攝像機(jī)的色彩在白天都會或多或少的偏色,這個最直接的原因是攝像機(jī)濾光片的問題,一般紅外攝像機(jī)使用能透過一定比例紅外光線的雙峰濾光片,其優(yōu)點(diǎn)是成本低,但由于自然光線中含有較多的紅外成份,當(dāng)其進(jìn)入CCD后會干擾色彩還原,比如綠色植物變成灰白等等(有陽光的室外環(huán)境尤其明顯)。

  4 、臨界點(diǎn)的反復(fù)跳變

  這是由于部分不管是配置了IRCUT雙濾光片還是用雙峰濾光片的攝像機(jī)在某些復(fù)雜的光線的環(huán)境下不能穩(wěn)定的工作造成的,同時因為多數(shù)廠家都是使用簡單的如光敏電阻感應(yīng)器等方式去控制IRCUT雙峰濾光片的工作狀態(tài),其臨界點(diǎn)的反復(fù)跳變就不能盡人意了。但是如果采用智能芯片來控制,其模糊邏輯能力能有效控制IPCUT雙濾光片的工作狀態(tài)。

  5 使用壽命短

  使用壽命短是普通紅外攝像機(jī)的通病。LED消耗的電能一部分轉(zhuǎn)換為有效的光能量,一部分則轉(zhuǎn)換為熱能,這是不可避免的,問題是對產(chǎn)生的熱能要進(jìn)行合理的控制和處置。當(dāng)產(chǎn)生的熱能太多,或沒有采取適當(dāng)?shù)慕禍卮胧r,機(jī)內(nèi)溫升過高,導(dǎo)致LED的過快老化引起照射距離的過快下降。特別是一些生產(chǎn)者,沒有健康的經(jīng)營理念,片面追求交貨時的性能,忽視產(chǎn)品的使用壽命,在沒有解決發(fā)熱和溫升過高問題的情況下,拼命追求亮度和距離,更是造成其使用壽命急速下降的重要因素。

  紅外攝像機(jī)暴露出的諸多弊病也或多或少制約了自身的發(fā)展。有業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為,紅外攝像機(jī)今年的“火”不同于往年的“火”。安防市場如今已經(jīng)進(jìn)入微利時代,在原材料大幅上漲的情況下,紅外攝像機(jī)生產(chǎn)廠家在保證利潤的前提下不得不降低成本,這也導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量得不到保證,進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)品返修率逐漸攀升。

        目前市場發(fā)展現(xiàn)狀

  因國內(nèi)市場對紅外攝像機(jī)的需求,紅外攝像機(jī)的紅火也促進(jìn)了眾多安防企業(yè)的加入。在紅外攝像機(jī)市場不斷趨于成熟中,紅外市場也逐漸形成了割據(jù)紛爭的混亂格局。紅外攝像機(jī)市場激烈的競爭并未促進(jìn)整個市場的發(fā)展,相反,一些原先已經(jīng)解決的產(chǎn)品問題又經(jīng)常出現(xiàn)。那么,造成紅外攝像機(jī)目前萎縮不進(jìn)的局面也有幾大因素:

  1、 手工作坊沖擊正規(guī)廠商 市場較混亂

  由于紅外攝像機(jī)的生產(chǎn)門檻較低,且市場上有相當(dāng)一部分商家專門生產(chǎn)和出售攝像機(jī)配件,這就為手工作坊的生長開辟了一方沃土,他們最終目的是追求利潤最大化,顯然,質(zhì)量成為空談。由于其低廉的價格造成對一些正規(guī)廠家的沖擊,使得正規(guī)廠家的市場份額逐漸減少。迫于競爭的壓力,為了守住市場,一些正規(guī)廠家只能壓縮成本。迫于生產(chǎn)廠家的壓力,各原材料供應(yīng)商只能對材料質(zhì)量逐漸“縮水”,導(dǎo)致產(chǎn)品整體質(zhì)量下降。以前沒有出現(xiàn)的或者已經(jīng)解決了的質(zhì)量問題開始抬頭,市場處于白熱化的惡性價格競爭中。安防行業(yè)發(fā)展只有短短30多年,目前市場,各廠家正處于“百家爭鳴”的時期,還沒有龍頭型的紅外攝像機(jī)企業(yè)來對整個行業(yè)進(jìn)行引導(dǎo)。再者,很多客戶缺乏對紅外攝像機(jī)的正確認(rèn)識,紅外攝像機(jī)技術(shù)門檻太低,也使得很多小型作坊有機(jī)可乘。

  2、產(chǎn)品體系單一 產(chǎn)品同質(zhì)化嚴(yán)重

  從2006年以后,紅外攝像機(jī)就很少有新型品種出現(xiàn),多數(shù)廠家的產(chǎn)品,仍然是2006年的產(chǎn)品,不同廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品如果不貼標(biāo)簽,單從外觀上很難分辨出兩家產(chǎn)品的差別。其實,在這段時間,也有公司在對自己的產(chǎn)品線進(jìn)行更新,但是一個新產(chǎn)品從研發(fā)到投入市場要經(jīng)過很長的時間,而由于紅外攝像機(jī)市場的價格波動太大,容易造成一個新產(chǎn)品剛一面世就會遭受價格打擊,且在這幾年時間里所開發(fā)的新產(chǎn)品大都是功能單一,沒有特別的亮點(diǎn),從而導(dǎo)致推廣也比較困難。

  3、行業(yè)機(jī)制的不健全  缺乏標(biāo)準(zhǔn)

  安防行業(yè)一直是一個標(biāo)準(zhǔn)滯后的行業(yè),自上世紀(jì)80年代初安防行業(yè)在中國開始起步,目前為止,國內(nèi)攝像機(jī)廠商依然沒有一個行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行制約。在這樣混亂無序的狀態(tài)下,幾乎無法衡量一個攝像機(jī)是否合格。另一方面,國家檢測標(biāo)準(zhǔn)機(jī)制也不夠健全。國內(nèi)對紅外攝像機(jī)質(zhì)量檢測的唯一權(quán)威機(jī)構(gòu)是公安部安全防范報警系統(tǒng)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心,而該中心檢測攝像機(jī)所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)是《GB/T15865-1995攝像機(jī)(PAL/SECAM/NTSC)測量方法》,各項檢測只是針對常規(guī)型攝像機(jī)的清晰度、抗電壓能力、亮度、信噪比等參數(shù)進(jìn)行檢測,完全未涉及紅外攝像機(jī)及其紅外燈功率、發(fā)射距離、夜視效果等各項相關(guān)指標(biāo)的測試。但這個檢測并不能起到門檻和較強(qiáng)的制約因素,這也是導(dǎo)致紅外攝像機(jī)市場較混亂的一個方面。

  紅外攝像機(jī)發(fā)展趨勢

  紅外攝像機(jī)的誕生是順應(yīng)了我國特殊的市場需求。據(jù)筆者了解,國外市場基本上不生產(chǎn)紅外攝像機(jī)。其原因,一個是紅外攝像機(jī)本身是一個高溫產(chǎn)品,在大多數(shù)監(jiān)控環(huán)境下都是潛在的危險因素,如煤礦監(jiān)控、工業(yè)監(jiān)控等等。第二是紅外攝像機(jī)的低價競爭嚴(yán)重影響了產(chǎn)品壽命,據(jù)調(diào)查,普通的紅外攝像機(jī)使用壽命一般不到一年。產(chǎn)品使用壽命短對于生產(chǎn)廠家來說也許是更多的利潤空間,然而對于終端用戶來說卻是損害了消費(fèi)者的利益。

         紅外攝像機(jī)市場勢不可擋,因此各生產(chǎn)廠家也在不斷開發(fā)更具性價比的產(chǎn)品。國外攝像機(jī)品牌如三星、索尼為適應(yīng)中國本土化也推出了紅外攝像機(jī),但為了解決紅外攝像機(jī)弊病,國外研發(fā)出了超低照度攝像機(jī)。我國也可以研發(fā)出更具優(yōu)勢的紅外攝像機(jī)產(chǎn)品,彌補(bǔ)其本身的功能缺陷,還可以解決安全隱患。

  目前紅外攝像機(jī)市場占有率最高的還是LED紅外攝像機(jī),但絕大多數(shù)產(chǎn)品照射范圍只能達(dá)到100米以內(nèi)。在應(yīng)用方面,紅外攝像機(jī)主要還是應(yīng)用于民用領(lǐng)域。紅外攝像機(jī)經(jīng)過了幾年的發(fā)展,市場也在不斷更新?lián)Q代,近期攝像機(jī)市場上又出現(xiàn)了能在夜間不用可見光也能像白天一樣從監(jiān)視器上直接觀察人和物的激光夜視攝像機(jī)。

  激光夜視攝像機(jī)技術(shù)不同于熱紅外成像技術(shù)和微光夜視技術(shù),熱紅外成像技術(shù)只能看到人和物體的熱輪廓,看不清物體的真實面目。微光夜視技術(shù)需要一定的月光、星光和環(huán)境光才能看到物體,如果沒有光就什么也看不到。利用紅外燈輔助照明雖然也能看到目標(biāo),但都不能克服紅外光暴,不能隱蔽觀察,容易自我暴露目標(biāo),圖像受光波干擾,達(dá)不到像黑光夜視攝像儀一樣的可視效果和清晰度。

  從去年開始,攝像機(jī)市場上開始推出一款名為白光燈夜視攝像機(jī),是與紅外攝像機(jī)相對應(yīng)的一種產(chǎn)品。據(jù)介紹,白光燈攝像機(jī)的優(yōu)勢是在晚上也能呈現(xiàn)出彩色圖像,這不同于紅外攝像機(jī)只能拍出黑白圖像。白光燈夜視攝像機(jī)有調(diào)光技術(shù),燈光的強(qiáng)弱是由周界環(huán)境來決定,周界環(huán)境越暗,燈光越強(qiáng)。這種白光燈攝像機(jī)比較適合于人跡較少的偏遠(yuǎn)工廠,其顯眼的燈光還可以起到震懾作用。但白光燈攝像機(jī)實際效果及產(chǎn)品質(zhì)量還需要接受市場的檢驗。

  紅外攝像機(jī)的發(fā)展還需要很長的過程,紅外攝像機(jī)在某些功能上有它的優(yōu)勢,但是生產(chǎn)者不能以犧牲產(chǎn)品壽命為代價,怎樣解決紅外攝像機(jī)壽命短、散熱差等問題也是安防企業(yè)在紅外攝像機(jī)未來發(fā)展中要解決的命題。希望我國的安防產(chǎn)品在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下,能為用戶帶來更實用的功能。

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