长知识:安防摄像头怎么选
2022-09-29 09:35

这(如下图,图1)是一个停车场的安防监控录像。

这张图稀松平常,但它却道出了安防监控与红外光源之间不易于被人发觉的联系。

红外光源对于安防监控来说到底是怎样的存在?

1、低调的存在,“高光”的价值

通常,在白天的时候,日光充足,摄像头通过日光进行补光,可以轻松获得高品质的彩色影像。但当在晚上时,由于夜晚可见光不足,图像就会产生非常多的造影,甚至拍不清楚,这个时候就需要用红外LED进行补光,以得到上图(如图1)中右侧黑白色的图像。 这个时候大家也许会问,既然白天是通过日光来补光,那晚上我们是否可以用白色的灯板给摄像头进行补光?

确实,在一些场景下是有用白色可见光灯具直接补光的,但这会造成两个方面的问题: 首先,白光在夜视环境下,容易干扰人眼造成光晕感;其次,很多安防摄像头是一个低调的存在。它不希望引人注目,这样才能让被监测的对象忽略自己,从而起到监测的作用。 红外LED由于它天然的人眼不可见性,既可以避免光污染,又可以给红外摄像头补光。总结下来,就是一句话——安防监控在夜视环境下是离不开红外光源补光的。

2、红外光源的选择?功率、视场角、波长各有讲究

众所周知,每一个安防监控的角色和使命不尽相同,因此,负责补光的红外LED也是需要满足摄像头有关功率以及FOV视场角等的不同需求。 例如,有些摄像头安装在十字路口,它需要看清楚150米以内所有的交通状况,这时候它要求的红外补光光源功率一定要大,同时视场角要足够窄,才能保证足够高的功率密度,提升照射距离。 而另外一些安防摄像头,可能会安装在私人的厂房或者仓库,用于监测异常情况,这些场地不一定很大,可能长宽只有10米,但是要求摄像头有足够大的角度,能够看清仓库的全景。此时,对红外LED补光的要求就变成了:功率不那么大,但视场角要足够大。

用一张图总结——就是安防监控距离的不同,对红外LED的光功率以及视场角要求也不同。

那对波长是否有要求呢?

当然。从下图即可看出,安防监控常用的红外光源集中在850nm和940nm这两个波段,但是摄像头对这2个波段的光有着不同的敏感度。

如果把Sensor对850nm光谱的感应能力量化为100%,那么到了940nm,这个感应能力就只剩下大约50%。也就是说如果要照射同样远的距离,用940nm的红外光源补光,要消耗2倍的能量才能达到和850nm光源同样的效果。

既然如此,为什么还要用940nm,甚至更长波段的红外光源进行补光呢?这里涉及到另外一个问题。

红暴现象

人们日常见到的红光大概是620~780nm,这个波长越长人眼感受的红色就越深。850nm虽然属于红外波段,但它离可见光光谱还是太近了,而人眼又是一个非常敏感的器官,因此人眼在黑暗环境下依稀能感受到它发出深红色的光,这种现象就称之为红暴现象。

而相对于940nm的波长,人眼已经感受不到LED在发光,只有机器能感受得到。因此在很多安防监控的场景中,客户还是会选择940nm的红外光源。

诚然,850nm的红外光源相比940nm来说仍有自己的优势——更节能。而且红暴现象并不是在任何时候都有害,很多时候它的影响甚至可以忽略不计。比如十字路口的安防监控都安装在高空,这种情况下司机和行人基本注意不到红暴现象的。同时,道路上的安防监控需要照射得非常远,850nm的光谱反而更合适。

那940nm的红外光源多用在什么地方呢?

比如智能手机上2D人脸解锁的功能,它也是需要安装红外光源补光的,这个时候就需要用940nm的光源。否则,设想一下用户夜晚在家里解锁手机的时候,手机前面有一个一闪一闪的红暴点,会非常影响用户体验。

总之,距离远的时候更适合用850nm进行补光,而近距离的识别更适合用940nm的光源。

3、厂商的进击:Stack黑科技

行业内的人都知道LED 芯片包括N层、P层,以及中间重要的PN 结。而LED的发光质量、出光效率很多时候都和中间这层PN结息息相关。 普通的LED只有一层PN结。然而有些厂商也不断钻研,积累了属于自己的黑科技。

艾迈斯欧司朗的Stack技术正是其中之一。Stack直译过来是重叠的意思,这里正是指LED的双重芯片叠加。

利用Stack技术,把LED芯片双重叠加,形成两层PN结,在技术原理上可以把它想象成串联,也就是说用相同的电流可以达到接近2倍的光功率。例如下图所示的产品4715AS正是用了这款Stack技术。

如上图所示,对比左侧单层Standard和双层Stack的图,可以看出Stack技术它的芯片有两层,再通过右侧坐标图可以看出,用同样的电流,Stack芯片可以获得更高的光功率。

带来的好处?

有些设备的设计空间有限,原本其他设备可以装4颗红外光源的,它只能装2颗LED,但是它又需要达到和4颗LED一样的补光效果,这个时候就可以选用带有Stack技术的芯片。

4、市场的需求?不同的产品组合

当然,除了黑科技外,为了应对多元的市场需求,厂商也必须囊括不同的产品组合。如前所述,客户需要根据照射距离和应用场景的不同,选择不同的红外光源产品。

因此,很常见的情况是,很多厂商会按照光功率、出光角度等配套不同的产品组合,例如下图所示,艾迈斯欧司朗根据光功率的大小把产品分为了四类组合:首先是50~100毫瓦的小功率产品,其次是300~700毫瓦的中功率,800~1450毫瓦的大功率以及1800~2000毫瓦以上的超大功率产品。

此外,也有依据出光角度配置的产品组合(如下图所示)。

当然,业界对红外光源产品的性能也有自己的需求,用一个词概括就是“三高”——分别指高功率、高效率和高可靠性。

高功率:安防监控在距离远的时候对红外光源的功率要求较高,艾迈斯欧司朗的红外光源产品已经可以做到单颗光功率达到2W级别,多加几颗就可以实现非常远的照射距离。

高效率:在LED内部并不是所有的电能都能够100%顺利地转化为光能,有很大一部分会通过热损耗的形式浪费,因此,只有减少热损耗,才能提升电光转换效率。据悉,艾迈斯欧司朗很多红外LED产品效率已经高达50%左右。

高可靠性:安防监控多应用在户外,户外环境是非常严苛的,高温高湿、暴雨雷击,还要抗油化等等。通过公开网站查询可以发现,类似摄像头的使用温度通常是零下30度到正60摄氏度,而作为内部零部件的红外LED,艾迈斯欧司朗对应产品的规格书上要求使用温度是零下40度到正125摄氏度。

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