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紅外檢測之被動紅外成像技術分析

文章出處:責任編輯:作者:人氣:-發表時間:2017-03-17 14:30:00

 紅外檢測之被動紅外成像技術分析

 
由于成本和特殊材料等的原因,目前廣泛應用于軍隊的人眼夜視技術并沒有被大量移植到民用監控領域,所以目前民用監控產品中使用的通常有這樣幾種技術:高靈敏度材料、數字慢快門技術、彩轉黑技術、被動紅外成像儀技術等等,因為監控要求和應用場合的不同,所以在實際應用中就出現了不同的應用市場。下面主要介紹被動紅外成像技術:
 
被動紅外成像儀技術的應用前提是光捕捉器件除了要能采集可見光信號以外,還要能夠采集到紅外信號,并且信號處理能夠將原紅外信號處理成灰度信號(就說常說的黑白信號)。黑白攝像機都能夠實現這一功能并且靈敏度非常高。目前所有基于數字處理技術的攝像機也都能夠完成這個工作,但是由于還有可見光環境下的彩色成像,矛盾也開始出現了。在處理彩色信號的時候,因為DSP處理都需要將視頻信號分離成灰度信號和色度(或者色差)信號進行分別處理,而紅外信號本身是人眼不可見的,但是在光捕捉器采集和DSP處理之后已經變成了人眼可以識別的灰度信號,兩個灰度信號(可見光和紅外光的)進行疊加,必然會使圖像在進行灰度和色度合成的時候無法按照理想的情況進行合成,這將會造成圖像的灰度和色度失真,典型的例子就是如果紅外光過強,會使得整個圖像發灰。目前關于被動紅外成像在視頻監控中的主要方案有以下四種:
 
1、純彩色攝像機,這種方案是阻止被動紅外成像,也就是避免紅外線進入,其使用光低通濾波器(OPLF:OpticalLowFilter,即通常所說的低通濾光片,圖1為其光通率與波長的關系,可以看出其基本不吸收和反射可見光,但基本完全隔離紅外光)直接將紅外線擋住,這樣圖像會基本不受紅外信號的影響。這樣做的目的是避免使用紅外成像。
 
2、完全不管紅外信號對圖像彩色情況下的影響使用可大量通過紅外線的濾色片,這是一種低成本的方案,在被動紅外成像方面的效果也比較好,但是很容易出現上面說的在彩色模式下的色度和灰度失真問題。
 
3、只讓特定紅外光比如850nm通過,其他大部分紅外光不能通過,這就是單濾光片感應紅外型攝像機的原理,其主要技術依據是采用了不同于彩色攝像機的濾色片。
 
紅外檢測這樣的方案可以在一定程度上解決彩色偏色的問題,并且也能夠使用在沒有可見光而使用紅外成像的場合。但是這個方案也存在一些問題,在日光充足的時候,紅外信號非常豐富,會造成圖像顏色和灰度失真。而在使用紅外成像的時候,也因為只有極窄頻率的紅外光能夠通過而使成像并不敏感,所以這類攝像機一般使用在室內30米直徑以內的區域。
 
4、在可見光較強的時候采用OPLF,將大部分紅外光擋住,確保其顏色還原和灰度信號的真實,而在可見光較弱的時候不使用OPLF,而使用可以使絕大部分可見光和紅外光都可以通過的高通濾波器,因為主要依靠紅外光成像,是灰度信號,所以這個時候一般都會把彩色成分去掉,只保留灰度信號,所以看到的就只是灰度圖像即我們所說的黑白圖像。
 
這種方案實際上結合了彩色攝像機在可見光較好情況下的優點和黑白攝像機在低照度下的優點,可以說是目前解決全天候、光線變化很大的環境下監控的方案。在自然光線下真實的顏色還原和無可見光下高靈敏的被動紅外成像,其靜態效果甚至能夠和某些采用同樣技術并加入4倍DSS感光技術的一體機媲美。
 
雖然使用被動紅外成像能夠較好地解決無可視光和監控之間的矛盾,但是因為紅外線和可見光的光學差異,其中也有一些需要解決的問題,光學主要介質玻璃對兩種光波的折射率不同會造成光學組件的焦距不同,所以很容易使聚焦出現問題,不過這些問題已經在不斷的使用和改進中得到相應的解決。隨著被動紅外成像技術的不斷成熟和廣泛應用,使得監控效能大大提高,人們的生活將會得到更加可靠的保障。 
 
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