顧名思義,紅外攝像機就是在夜間,攝像機會發出人們肉眼看不到的紅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。夜間使用時要關掉紅外濾光鏡,使其不再阻擋紅外線進入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境下肉眼看不到的影像。視頻監控向室外發展,室外監控向夜視發展,夜視的發展方向目前是基于紅外光。這個趨勢已成為絕大多數攝像機行業人員的看法。
由于紅外攝像機能夠在夜間零照度環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可,其市場份額也在逐步擴大。據調查顯示,國內紅外攝像機市場需求較大,紅外攝像產品所占市場份額正在逐年攀升,2010年達到了30%左右。從全球安防市場來看,紅外攝像機非常具有“中國特色”,連索尼及剛進入中國市場不久的三星等國外品牌為適應中國本土化,也開始研發紅外攝像機。紅外攝像機目前在國內市場發展火熱,但紅火的同時,紅外攝像機在應用中所暴露出來的缺點也越來越明顯。
紅外攝像機的發展
為了滿足全天候監控的需求,早在2001~2003年我國監控生產廠家就開始探索紅外攝像機技術。從早期的攝像機加紅外燈板的模組到攝像機和紅外燈的一體化設計,從LED紅外燈手控模式到光敏電阻自動控制,再到攝像機雙濾光片的引入應用;從最基本的視頻監控要求到防水防暴、強光抑制、人臉識別、隱私遮蔽等各式各樣功能需求的紅外攝像機出現,無不見證著我國紅外攝像機技術和市場的長足發展。2006年以后,隨著越來越多的生產廠家涌入該領域,紅外攝像機市場逐步形成了供大于求的局面,廠家間的競爭也愈發白熱化。身處安防行業群雄逐鹿的時代,紅外攝像機產品也和其他安防產品一樣,有著同樣的時代印記。客觀說,手工作坊的充斥、行業標準的缺失都在某種程度上制約著紅外攝像機市場的發展。
紅外技術在1800年被英國天文學家Herschel發現之后,就被越來越多的科學家在研究如何在各種場合的應用,其中主動紅外攝像技術在安防監控中的應用經過近二十多年的快速發展技術上都較為成熟。紅外攝像機在以迅雷不及掩耳之勢發展壯大的同時,產品類型也在不斷多樣化,應用領域也在進一步拓展。歸納起來有以下幾種類型:
第一,已經淘汰的鹵素燈紅外攝像機:鹵素燈的發光功率非常強大,當然耗電量以及發熱也會相對比較大,成本比較高,它的致命缺點是體積大、散熱不充分,壽命非常短,一般都在一千小時以內,而且紅暴現象特別嚴重,故不適合用于民用夜視監控方面。鹵素燈紅外攝像機因功率大且有濾光片光熱轉換,所以發熱問題尤其嚴重,維護成本較高、壽命短。
第二,LED紅外攝像機:LED紅外燈是由一定數目的紅外發光二極管組成發光體。紅外發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,外加正向偏置電壓向PN結注入電流激發紅外光,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攝像機可感受的范圍。LED紅外攝像機一般適用于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、倉庫等室內及建筑物外圍、小區周界、道路等中短距離監控。
第三,LED陣列式紅外攝像機:陣列式紅外燈的內核為發光二極管陣列(LED Array),與傳統的LED相比具有以下優點:1、亮度高,單LED Array的輸出約為1W~30W,亮度約是常規單LED的輸出5~15mW的數十倍,所以射距遠;2、電-光轉換效率高,普通紅外LED的電光轉換效率僅為10%左右,而LED Array電光轉換效率提升為25%左右;3、體積小,LED Array技術將發光單元高度集成,在相同亮度指標下比普通LED紅外燈產品體積小很多;4、壽命長,LED Array的壽命為50,000h,比普通LED壽命高得多。陣列式紅外燈產品有一個明顯的不足,即“偏心現象”。由于其發光角度可達到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陣列式紅外攝像機適用范圍基本與LED紅外攝像機一樣,比較適合大廳、倉庫等室內及建筑物外圍、小區周界、道路等中短距離監控應用。
第四,點陣式紅外攝像機采用的是點陣式紅外燈光源。點陣式紅外燈使用的第三代紅外發光元器件是在第二代產品——陣列式紅外燈(LED--Array)的基礎上發展而來,因此也叫第二代LED—Array。第二代LED—Array跟第一代相比最大的優點是體積小、散熱好、衰減慢、壽命長,額定壽命為50000個小時。點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,并通過獨立透鏡,按照使用需求任意調節光的分布角度,這樣就同時解決了第一代的“手電筒效應”問題和第二代的“偏心現象”。
第五,激光紅外攝像機:激光紅外攝像機照射距離最遠一般可達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、軍事、養殖、港口和平安市場等場所的監控,隨著成本的進一步降低,目前已經應用到包括小區在內的眾多需要夜視監控的領域。因而,紅外攝像機需要根據具體使用環境,特別是夜晚環境情況來確定攝像機類型。
紅外攝像機的弊端
由于紅外攝像機具有夜視功能、隱蔽性強、價格又實惠等突出優勢,一直備受用戶青睞。但應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的弊端主要有幾方面:
1、 防水及散熱效果不佳
紅外攝像機在長時間使用之后,內部或多或少會出現汽水(此現象主要集中在北方地區),造成這個現象的原因主要是外殼的密封效果不夠和當時裝機時沒有考慮到溫差。當紅外燈開始工作時會產生大量的熱量,同時由于外殼的散熱效果不夠,這樣就會大大降低攝像機的使用壽命。
2、 夜視效果不理想
此現象主要表現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。現在紅外攝像機所使用的紅外燈又稱850紅外發射管,峰值波長在850,角度從5-60度可以選擇,當紅外發射管角度越小時照射距離越遠,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濾光片的問題,一般紅外攝像機使用能透過一定比例紅外光線的雙峰濾光片,其優點是成本低,但由于自然光線中含有較多的紅外成份,當其進入CCD后會干擾色彩還原,比如綠色植物變成灰白等等(有陽光的室外環境尤其明顯)。
4 、臨界點的反復跳變
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在某些復雜的光線的環境下不能穩定的工作造成的,同時因為多數廠家都是使用簡單的如光敏電阻感應器等方式去控制IRCUT雙峰濾光片的工作狀態,其臨界點的反復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。
5 使用壽命短
使用壽命短是普通紅外攝像機的通病。LED消耗的電能一部分轉換為有效的光能量,一部分則轉換為熱能,這是不可避免的,問題是對產生的熱能要進行合理的控制和處置。當產生的熱能太多,或沒有采取適當的降溫措施時,機內溫升過高,導致LED的過快老化引起照射距離的過快下降。特別是一些生產者,沒有健康的經營理念,片面追求交貨時的性能,忽視產品的使用壽命,在沒有解決發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。
紅外攝像機暴露出的諸多弊病也或多或少制約了自身的發展。有業內人士認為,紅外攝像機今年的“火”不同于往年的“火”。安防市場如今已經進入微利時代,在原材料大幅上漲的情況下,紅外攝像機生產廠家在保證利潤的前提下不得不降低成本,這也導致產品質量得不到保證,進而導致產品返修率逐漸攀升。
目前市場發展現狀
因國內市場對紅外攝像機的需求,紅外攝像機的紅火也促進了眾多安防企業的加入。在紅外攝像機市場不斷趨于成熟中,紅外市場也逐漸形成了割據紛爭的混亂格局。紅外攝像機市場激烈的競爭并未促進整個市場的發展,相反,一些原先已經解決的產品問題又經常出現。那么,造成紅外攝像機目前萎縮不進的局面也有幾大因素:
1、 手工作坊沖擊正規廠商 市場較混亂
由于紅外攝像機的生產門檻較低,且市場上有相當一部分商家專門生產和出售攝像機配件,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,質量成為空談。由于其低廉的價格造成對一些正規廠家的沖擊,使得正規廠家的市場份額逐漸減少。迫于競爭的壓力,為了守住市場,一些正規廠家只能壓縮成本。迫于生產廠家的壓力,各原材料供應商只能對材料質量逐漸“縮水”,導致產品整體質量下降。以前沒有出現的或者已經解決了的質量問題開始抬頭,市場處于白熱化的惡性價格競爭中。安防行業發展只有短短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企業來對整個行業進行引導。再者,很多客戶缺乏對紅外攝像機的正確認識,紅外攝像機技術門檻太低,也使得很多小型作坊有機可乘。
2、產品體系單一 產品同質化嚴重
從2006年以后,紅外攝像機就很少有新型品種出現,多數廠家的產品,仍然是2006年的產品,不同廠家生產的產品如果不貼標簽,單從外觀上很難分辨出兩家產品的差別。其實,在這段時間,也有公司在對自己的產品線進行更新,但是一個新產品從研發到投入市場要經過很長的時間,而由于紅外攝像機市場的價格波動太大,容易造成一個新產品剛一面世就會遭受價格打擊,且在這幾年時間里所開發的新產品大都是功能單一,沒有特別的亮點,從而導致推廣也比較困難。
3、行業機制的不健全 缺乏標準
安防行業一直是一個標準滯后的行業,自上世紀80年代初安防行業在中國開始起步,目前為止,國內攝像機廠商依然沒有一個行業標準進行制約。在這樣混亂無序的狀態下,幾乎無法衡量一個攝像機是否合格。另一方面,國家檢測標準機制也不夠健全。國內對紅外攝像機質量檢測的唯一權威機構是公安部安全防范報警系統產品質量監督檢驗測試中心,而該中心檢測攝像機所依據的標準是《GB/T15865-1995攝像機(PAL/SECAM/NTSC)測量方法》,各項檢測只是針對常規型攝像機的清晰度、抗電壓能力、亮度、信噪比等參數進行檢測,完全未涉及紅外攝像機及其紅外燈功率、發射距離、夜視效果等各項相關指標的測試。但這個檢測并不能起到門檻和較強的制約因素,這也是導致紅外攝像機市場較混亂的一個方面。
紅外攝像機發展趨勢
紅外攝像機的誕生是順應了我國特殊的市場需求。據筆者了解,國外市場基本上不生產紅外攝像機。其原因,一個是紅外攝像機本身是一個高溫產品,在大多數監控環境下都是潛在的危險因素,如煤礦監控、工業監控等等。第二是紅外攝像機的低價競爭嚴重影響了產品壽命,據調查,普通的紅外攝像機使用壽命一般不到一年。產品使用壽命短對于生產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者的利益。
紅外攝像機市場勢不可擋,因此各生產廠家也在不斷開發更具性價比的產品。國外攝像機品牌如三星、索尼為適應中國本土化也推出了紅外攝像機,但為了解決紅外攝像機弊病,國外研發出了超低照度攝像機。我國也可以研發出更具優勢的紅外攝像機產品,彌補其本身的功能缺陷,還可以解決安全隱患。
目前紅外攝像機市場占有率最高的還是LED紅外攝像機,但絕大多數產品照射范圍只能達到100米以內。在應用方面,紅外攝像機主要還是應用于民用領域。紅外攝像機經過了幾年的發展,市場也在不斷更新換代,近期攝像機市場上又出現了能在夜間不用可見光也能像白天一樣從監視器上直接觀察人和物的激光夜視攝像機。
激光夜視攝像機技術不同于熱紅外成像技術和微光夜視技術,熱紅外成像技術只能看到人和物體的熱輪廓,看不清物體的真實面目。微光夜視技術需要一定的月光、星光和環境光才能看到物體,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,但都不能克服紅外光暴,不能隱蔽觀察,容易自我暴露目標,圖像受光波干擾,達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,攝像機市場上開始推出一款名為白光燈夜視攝像機,是與紅外攝像機相對應的一種產品。據介紹,白光燈攝像機的優勢是在晚上也能呈現出彩色圖像,這不同于紅外攝像機只能拍出黑白圖像。白光燈夜視攝像機有調光技術,燈光的強弱是由周界環境來決定,周界環境越暗,燈光越強。這種白光燈攝像機比較適合于人跡較少的偏遠工廠,其顯眼的燈光還可以起到震懾作用。但白光燈攝像機實際效果及產品質量還需要接受市場的檢驗。
紅外攝像機的發展還需要很長的過程,紅外攝像機在某些功能上有它的優勢,但是生產者不能以犧牲產品壽命為代價,怎樣解決紅外攝像機壽命短、散熱差等問題也是安防企業在紅外攝像機未來發展中要解決的命題。希望我國的安防產品在保證產品質量的前提下,能為用戶帶來更實用的功能。