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安防视频监控中光源的发光特性


当我们评估或选用光源时,一般要了解光源的发光特性,即光源的光谱特征、光束角、色温或相关色温、亮度等,以便和摄像机中的图像传感器相匹配。光源的光谱特性

一、光源的光谱特性

光源发出的辐射往往不是单一波长的,而且各种波长辐射的能量也不相同。通常用辐射量或光学量的光谱密度函数,如辐射出射度光谱密度函数Me(λ)、辐照度光谱密度函数Ee(λ)、光通量光谱密度函数φ(λ)等,来表示辐射能在各波长的分布。光谱密度函数值可以取实际单位值,也可取相对值。图1是锡丝灯的以辐通量光谱密度函数队φe(λ)表示的相对光谱功率分布图。

图1 钧丝灯的相对光谱功率分布

由图1可以看出,钙丝灯发出辐射波长的范围、峰值辐射波长,以及辐通量沿波长的分布情况。
不同摄像机对不同颜色的灵敏度有相当的差别,所以应当了解监控场景区域的照明光源属于哪种类型,然后决定是否需要补充某种类型的人工照明设施。不同光源所产生光线的波长组成都互不相同,为了增强摄像机的可用性,应尽量使得它对自然光源和人造光源同样灵敏。所有摄像机都可以在阳光、月光和鸨丝灯光下很好地工作,CCD摄像机则可以同时看到可见光和近红外光。

二、光源的光束角

确定到达监控场景的光通量时要考虑到另一个重要的特性,那就是光源的光束角度。
光源根据其发出光束的样式可分为宽束型、中束型和窄束型。应该选用哪种光源,取决于所选用的摄像机镜头的视场角,以及要观察的总体场景的大小。最好能使摄像机镜头的视场角(包括通过云台转动而实现的角度)与光源光束的角度相一致,这样既能取得较好的图像质量,又能提高光源的利用率。
自然光源的光束角是很宽的,而人造光源的光束角有宽窄之分。窄型的只有几度,宽型的角度则在30°~90°,太阳、月亮及一些不带反射装置的人造光源可以照亮整个场景。人造灯具几乎全部都装有反射镜或折射镜,以便产生适当角度的照明光束,其中有的光束角还可以调整。如果监控场景的范围较大,则不论是使用单个光源还是多个光源,都应该能够均匀地照亮整个被摄场景。如果要监控的场景范围不大,但延伸的距离较长,就只需要对正在观察的那部分场景照明,这样就可以节省照明光源的能耗。

三、光源的色温和相关色温

为了说明色温和相关色温的概念,需先介绍一种理想的辐射体,即绝对黑体。所谓绝对黑体,就是在任何温度下都能全部吸收入射辐射和在相同温度下有最大辐射出射度的物体。绝对黑体辐射的光谱功率分布或辐射的颜色和自身的绝对温度T是一一对应的。
色温是表示光源光色的尺度,表示单位是K(Kelvin)。光源的色温是指与光源发出辐射颜色相同的黑体的绝对温度,即黑体的色度与光源的色度相同时,黑体的绝对温度(K),就称为该光源的色温。如果光源本身就是绝对黑体,色温就是光源本身的绝对温度;如果光源不是绝对黑体,色温只是表示光源发光的颜色特征,不代表光源本身的实际温度。例如,一个钨丝灯泡的温度保持在2800K时,它发出白光的色温是2854K。
一般,色温低的话,会带有橘色,这是表示具有暖意的光;随着色温变高,就变成如正午太阳般带有白色的光;当再变高时,则变成带有蓝、清爽的光。
光源发出辐射的颜色不能与任何温度绝对黑体的辐射颜色相同,这时用辐射颜色最接近的黑体的绝对温度表示光源的发光特性。此时,辐射颜色最接近的绝对黑体的绝对温度为光源的相关色温,即黑体的色度与光源色度最为接近时的黑体温度,称为该光源的相关色温。显然,用相关色温表示光源的颜色是最粗糙的,但它在一定程度上表示了光源的颜色。