红外摄像机核心考察要素之二:灵敏度
中国安防行业网    2012-10-29 14:10:00    关键字:红外摄像机 灵敏度 视频监控      浏览量:

  摄像机灵敏度是红外夜视监控的核心部分。灵敏度越好,对红外线的感应能力也越强。当然,灵敏度越好的摄像机价格也越昂贵。一般来讲,50米以内的红外夜视系统,选用0.1勒克斯的摄像机就比较好;50米到100米范围的夜视系统应该选用0.01勒克斯的摄像机;100米以上的夜视系统应选用0.001勒克斯以上的摄像机。当然,随着灵敏度提高,摄像机的价格会有较大的递增。

  什么是摄像机的灵敏度?

  灵敏度并不是摄像机的专用词汇,灵敏度一般是指某种信号输入电子设备后产生的输出信号的变化程度,是一种可衡量的值,这种值可能是一个直接的数值,也可以没有单位,是倍数或某种对应的关系。例如电子耳机,耳机的灵敏度反映的是在同样的响度下,需要输入的电信号功率的大小。耳机灵敏度越高所需要输入的功率越小,在同样功率的音源下输出的声音越大。所以耳机的灵敏度是以输入功率与输出声音的声压级的比例(组合单位)来判定的,比如3分贝/每毫伏。

  对于摄像机来说,灵敏度是指在同样的输出视频电子信号的幅度下,需要输入的光强度的大小。摄像机灵敏度越高,在输出相同幅度视频信号的情况下,所需要输入的光功率(即照度)就越小;或者可以说在同样照度的环境下,能够输出的视频信号幅度更大。不同的应用领域对灵敏度标注是不同的,比如:

  通用摄像机灵敏度标注:20Lux/每毫伏。

  广播电视摄像机标注:f=14/(2000Lux照度)。

  安防监控摄像机标注:0.6lux/(F1.2,50%基准,AGC20dB,正常快门)。

  说到这里,我们不能不说摄像机的最低照度了。最低照度是一个相对值,摄像机生产厂商的概念是在保证摄像机整机信噪比的前提下,在可以接受的视频信号幅度上,为拍摄环境提供的最低照度。例如,日本行业标准中指在保证视频电平幅度为350毫伏(mv)时,标准被拍摄物体对摄像机标准镜头施加的(反射至镜头的)最低光线的照度。单位是Lux,附加条件是使用标准的测试设备及标准的测试环境。最低照度值在相同的测试条件下,自然是越低越好。如果不是或不明确是否采用相同的测试条件,则没有可比性,没有任何意义。

  摄像机灵敏度与最低照度的关系

  1、关于摄像机的最低照度

  最低照度是当被摄景物的光亮度低到一定程度而使摄像机输出的视频信号电平低到某一规定值时的景物光亮度值。

  视频信号的标称值为1Vp-p,标准值为0.7Vp-p,最低照度时的视频信号值为1/3到1/2的标准植。所以摄像机在最低照度时的图像,决不会"如同白昼一样"。另外,摄像机在最低照度时产生的图像清晰度,是用电视信号测试卡进行测式的,其黑白相间的条纹,要求黑色反射率近于0%,白色反射率大于89.9%。而我们在现场观察时有时不具备这样的条件,比如:树叶和草地的反射率很低,反差很小,就不易获得清晰图像。因此实际使用当中不能以摄像机标称的最低照度作为衡量现场环境照度的标准。

  一般彩色摄像机的最低照度为2~3LUX,照度的测定是以在一定的镜头光圈系数为前提,因此,不能只看摄像机说明书中标明的最低照度,应按摄像机在同一光圈系数下其照度值的大小。最低照度越小,摄像机档次越高。相对于彩色摄像机而言,黑白摄像机由于没有色度处理而只对光线的强弱(亮度)信号敏感,所以黑白摄像机的照度比彩色摄像机照度要低,一般可做到0.1LUX在F1.4时,至于微光摄像机则更低。

  2、摄像机灵敏度与最低照度的关系

  通常用最低环境照度要求来表明摄像机灵敏度,黑白摄像机的灵敏度大约是0.02-0.5Lux(勒克斯),彩色摄像机多在1Lux以上。0.1Lux的摄像机用于普通的监视场合;在夜间使用或环境光线较弱时,推荐使用0.02Lux的摄像机。与近红外灯配合使用时,也必须使用低照度的摄像机。

  另外摄像的灵敏度还与镜头有关,0.97Lux/F0.75相当于2.5Lux/F1.2相当于3.4Lux/F1。

  红外摄像机灵敏度的重要性

  由于人的肉眼是看不到红外线的,而数码摄像机用CCD感应所有光线造成所拍摄影像和我们肉眼只看到可见光所产生的影像很不同,因此为了解决这个问题,数码摄像机在镜头和CCD之间加装了一个红外滤光镜,其作用就是阻挡红外线进入CCD,让CCD只能感应到可见光。红外摄像机在监控摄像机中具有夜视距离远、隐蔽性强、性能稳定等突出优势,因而在夜视监控中占据了大部分的市场。

  红外摄像机为何有那么高的灵敏度?其组成元素很重要。

  镜头

  作为红外摄像机部件的重要组成部分,其作用是为红外摄像机的CCD聚焦被摄物体的光线,使景物在CCD上成像。其可摄取光线的多少直接决定了CCD成像的清晰度。衡量镜头摄取光线的多少,称之为进光量,镜头的进光量用F值(光圈)表示。F值=f(焦点距离)/D(镜头的有效口径),它与口径成反比,与焦点距离成正比。在焦距相同的条件下,镜头口径越大,F值越小,镜头进光量就越大。常见镜头的F值多为1.2、1.4,目前也有F1.0的镜头。因此为了使得红外摄像机获得理想的低照度效果,需要配置相适合的或配置F值较小的镜头。

  CCD感光器件

  目前红外摄像机常用的CCD主要有三大供应商,即SONY、SHARP和LG,在这三种CCD中,SONY的CCD感光度相对较好,常用的SONYCCD低照度技术为SuperHADCCD;后来SONY又研发出超感光度CCD,SONY称之为EXVIEWCCD,该CCD的感光度为SuperHADCCD的5倍。

  另外,CCD的尺寸大小也对感光度有着很大的影响,尺寸越大,其感光度越好。为了使红外摄像机有更低的照度指标,经常会采用1/2英寸的CCD摄像机。有数据显示:1/3英寸CCD的感光量只有1/2英寸CCD的56%;而1/4英寸CCD的感光量只有1/3英寸CCD的44%。

  图像DSP处理

  低照度红外摄像机发展至今,不仅有硬件技术方面的发展,对于DSP图像处理方面也有突出的表现,比如彩转黑技术和低速电子快门,即帧累积技术的出现。

  彩转黑技术

  通常黑白摄像机的灵敏度会比彩色摄像机的灵敏度要高很多,因为黑白摄像机中,DSP运算只对两种色彩进行处理,即黑色和白色,所以现在相当部分的低照度红外摄像机都有彩色转黑白的功能,即白天为彩色图像,夜间通过软件处理将图像转换为黑白图像,通过牺牲彩色效果来得到更低的照度。

  一般彩色转黑白的过程是通过CCD采集光线后转换的电荷强弱来控制,当电荷强度达到一定临界值时会自动转换为黑白图像,同样为保证在临界值时不会造成反复切换,会做一个延迟处理。

  通过以上分析,用户在选择低照度红外摄像机时不能盲目地看各商家所标的最低照度参数,而应根据应用环境、要求、监视对象,再结合经济能力选择相应的低照度红外摄像机。