浅谈夜视监控技术发展

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安全系统的重要性永不会高估！据某安防权威杂志期刊预测:随着未来5年经济的持续增长及人民生活水平的提高。对安防需求越来越高，中国大陆安防市场增长率超过50%。9·11事件后，全球安全监控系统市场扩大至少3倍，尤其在伊拉克战争后，全球监控系统市场扩大将更加迅速。在这个急剧扩大的行业中，有一个突出的问题一直没有得到很好的解决--这就是摄像机的夜视问题。我们知道:现在市场上任一款摄像机就如同人眼睛一样，在光线太暗（或完全黑暗）时是无法清晰地看清目标物。红外技术的发展使得夜视变为了现实，而LEDArray技术的出现及应用又解决了普通红外技术所面临的种种瓶颈与问题。下面就夜视技术与大家探讨、分享。
夜视技术
夜视技术按其实现方式大改变，归纳为三种方式:卤素灯、微光放大、和红外技术;而红外技术又可细分为目标流行LED技术被动红外技术及新型的LEDArray技术。
卤素灯
它的发光功率非常强大，当然耗电量以及发热也会相对比较大，成本昂贵，并且寿命较短。一般都在一千小时以内。
微光放大
就是把微弱的光线放大，在光线放大的同时许多杂物也跟着放大了，随着技术的不断进步与改良，目前在军方系统已进入较成熟的应用，该技术目前美国处于领先地位。已发对第三代半。俄国是第三代，国内目前达到了第二代的水准。值得注意的是:该技术属于军用技术，尚未对民用开放，微光放大的优点是可视距离比较长，但顾名思义，它的缺点就是比微小的光更暗得无法看到，它还有另一个在CCTV闭路电视监视系统领域里不适用的缺点就是:画面解析度极低，一般在十米以外就无法辨识物体或人员面貌，在要求“证据力”的监控系统行业里，无法使用此技术。
红外技术
红外技术的运用有两种方式，第一种是被动红外热感应成像仪，它一般用于特殊场合，但画面仅为物体的轮廓，无法作为呈堂的证据，而且它的价格极为昂贵，故亦无人将此技术用于监控系统。第二种是主动发红外光的夜视产品，它是目前监控行业95%以上夜视使用的技术。红外线监控系统通过主动发出红外波长的光照亮物体（一般肉眼所接受的波长范围是在红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的范围内，红以外的，紫以外的，肉眼看不到，但摄像机可捕捉到，这就是红外灯打开时，我们觉得依旧是漆黑，而荧光幕上却能看到的道理），红外光的亮度决定了看清的程度;同时由于不同CCD对于红外波长的最佳感应段不同。因此，如果采用不恰当摄像机将会造成画面的不清晰。红外线技术的发展
主动红外技术早在60年代初期由美国贝尔实验室研发出来后，早期的红外技术光转换率仅为5%(即每输入一定能量，其中有5%用于发光，其余95%的能量变成热散掉面浪费了)，多用在遥控器等简单产品上，而用夜视时多为红外灯泡，它的体积大，耗电也大，明显过大的体积和高温使其不适于室内使用，而且其使用寿命只有一千小时，更不适于用来监控。后来红外线技术进化到LED，有效率提高为10%左右，目前医疗设备多为这一阶段的技术，用夜视时把原有的体积大幅缩小，耗电量也由数百千瓦降为数瓦，因此它可使用于室内，但同时也带来了一个明显的缺点，那就是受限于散热处理而发光功率大减，以至照射距离急剧缩减。随着分段技术的发展与进步，二十一世纪初研发出了发光效率达25%且高度集成的LEDArray技术，可在较长距离内“看清”标的物，此项技术的优点在于:
1、集成体具有更高标准的军工等级且更可靠。2、集成体使用金属制成，散热好，操作时易保持低温，不似传统LED的设计，仅靠两根细金属脚散热。3、集成体使用特殊的材料，使得寿命增长许多倍。4、发光角度可大可小，无手电筒效应。5、高度集成的一体化设计。
LEDArray与LED的差别
亮度
单一个传统LED的光学输出一般约为5-15mW，现今虽有40-50mW或更大功率的LED问市，但依然无法与单颗LEDArray相比，且由于基本设计同于传统LED，它的散热处理更加不易。一个LEDArray的光学输出可达约2W，甚至更高。也就是说一两百个传统LED的亮度总和相等于一个LEDArray亮度。故相对很小的发光体却能照射很长的距离，清晰度也得到改善。
体积
由于LEDArray为高度集成（HighlyIntegrated）的LED，故体积比相同亮度的LED总和小很多。
发光角度
传统LED受限于设计以至散热处理不佳，为迁就散热，单颗的发光无法太大，照射距离便受到了限制，故多以小角度制作，集中能量以期照得远一些，其半功率角一般为7°-10°角，形成一道有如手电筒般的光束，中央图像过亮而泛白而周围过暗看不清楚。LEDArray的发光体原始的半功率角约为150°，可通过光学手段改变不同的角度，灵活度大。在室内可均匀照亮全部空间，而其他LED的光束无法做到，使用在超长距离的室外，其整体产品的体积远小于一般传统LED产品。寿命长
由于LEDArray的散热易处理及制作材料不同，其寿命约为传统LED寿命的十倍。在头一两年内，人眼，几乎无法看出照度衰减。
LEDArray的质量等级一般为军工级，高于工业级，当然高于一般使用商业等级的LED。简单说，正常使用下它是不会坏的。
过去困扰夜视的障碍
1、“彩色不失真”与“夜视”同时存在是一大困难，由于IRCut技术的问市已得到解决。
2、由于可见光与红外光波长不同，故聚焦点不同，形成了日夜画面无法同时清晰。近年来发展出镀膜技术的红外镜头解决了此问题。
现在LED夜视产品仍存在的缺点
杂光干扰
现实生活中，要想寻找完全黑暗的场所非常难，或多或少都会有诸如路灯、车灯等可见光存在，这些可见光对红外夜视而言是干扰而非辅助。
寿命短
由于散热处理及制作材料的局限，使得红外衰减得非常快。一般要6个月至1年后，画面效果已一塌糊涂。
手电筒效应
绝大多数的LED角度太小，能量过度集中，造成画面中央过亮而泛白，周围能量不足而过暗，形成手电筒般的光圈。
长距离产品的体积太大
为求远处能看得清而需要较大的发光功率，LED的个数加多而造成整体产品体积过大。
IR-CUT技术
自然界存在着各种波长的光线，比如通过折射人眼能看到不同颜色的光线，这就是光线的波长不同所导致的。其实还有许多光线是人眼看不到的，通常人眼识别光线的波长范围在0-720ns之间，超过720ns的光线人眼就无法见到，比如红外光等。
随着科学的进步，人类发明了摄像机，理论上讲摄像机是可以看到绝大部分波长的光线的，于是在摄像机的使用过程中就出现了一个问题，由于各种光线的参杂，摄像机看到的物体反应在监视器上与人眼直接看到的就变样了。如人眼看到红色的，通过摄像机则变成粉红色的了，也就是我们所说的彩色失真。
随着技术的进步，低通滤光与高通滤光的概念及其产品在摄像机的改良过程中得到了应用，其中包括我们所说的IR-CUT。低通滤光
以某一种方式使光线中波长在0-720ns范围的光线通过，超过720ns波长的光线截留。
高通滤光
以某一种方式使光线中波长在0-720ns范围的光线截留，超过720ns波长的光线通过。
通过低通滤光技术的应用，摄像机能够模拟人的眼睛，只接收同样范围波长的光线，这样就解决了摄像机的色彩失真问题。
LED红外技术的出现，大大拓宽了监控领域的时空范畴，红外摄像机得到了广泛的应用。但同时，我们也发现市场上流行的LED红外摄像机存在致命的缺陷:散热问题、寿命问题、鱼眼效用，白天与夜晚不同的杂光干扰都无法解决。IR-CUT技术的应用彻底解决了杂光干扰问题，从原理上简单的说就是通过IR-CUT白天只允许0-720ns波长的光线进入，避免了白天的彩色失真。晚上只允许720ns以上波长的光线进入，全部用红外光，避免720ns波长的光对红外光的干扰，于是在白天与夜晚都能取得最佳视觉效果。至于散热问题、寿命问题、鱼眼效用通过采用更新一代的LEDArray技术，则完全有效的解决以上种种问题。
平安城市的要求
平安城市使得中国安防市场急剧扩大，市场规模在全球比例中，从3年前的不到4%至如今的20%。但平心而论，量的增加并不代表进步，多数城市安装的安防系统效果不彰。
犯罪分子多数在夜间作案，要想起到吓阻作用且能真正协助破案，加强夜视效果应是当务之急。
结论
一、摄像机的技术日新月异，如彩转黑、超低照度、场积累、降噪等，带给夜视一定程度的进步，尤其是场积累功能，但它仅适宜监控静态目标，无法看清移动物体，故欲取得夜间满意的图像，仍需藉助辅助光源--红外光。
二、现实生活中，欲找到完全黑暗的处所，几乎不太可能，或多或少都有一些诸如路灯、车灯等的可见光存在，这些可见光对红处夜视而言是一干扰而非辅助。运用滤片及IRCut技术可在白天提到不失真的彩色画面，而晚上又能取得良好的夜视效果并防止了杂光干扰。三、结合LEDArray的技术和上述IRCut滤片的构想，将大大的改善夜视的效果。这样的结合将引起CCD监控界的一场变革，使人们的监控视野由白天扩展到伸手不见五指的黑夜，从而满足不同行业对所需监控的目标区域实现全天候的监控。
四、在LEDArray生产成本降至LED的水平时，LEDArray全面取代LED应是顺理成章的结果。试想，付出相同的代价而取得近十倍寿命的产品，有谁不愿？今后夜视的努力方向当在如何降低LEDArray的成本上。