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安防视频监控系统中的24h全天候摄像机


24h全天候摄像机即日夜两用型摄像机。有些日夜两用型摄像机在其内部分别安置了彩色和黑白两种不同的CCD图像传感器,并通过分光棱镜使两片CCD同时感光。在白天光照度合适时,彩色光路可以正常输出彩色视频信号,而夜晚光照度不足时,摄像机可以自动切换到黑白光路。由于此时的感光单元为黑白CCD传感器,因此它可以在红外灯的辅助照明下,输出清晰的黑白视频信号。由于这种摄像机的内部除视频处理等部分电路可以共用外,其他部分彼此独立,儿乎相当于两部独立的摄像机,因此价格较贵。目前,多采用晚上切换开红外截止滤光片的日夜转换型彩色摄像机,即白天图像彩色,夜晚无光黑白。

一般摄像机在摄取黑色背景下的明亮目标通常都会产生Smear(拖影)现象,即在明亮目标上下出现白色条纹。Smear现象是多余光线折射至CCD的垂直变换记录器上造成的,也就是由于CCD积累光生电荷不能及时释放所致的。为解决此问题,索尼公司首先成功推出了Hyper HAD(Holo Accumulate Diode,空穴积累二极管)CCD技术。在该结构中,CCD上的每一个像素上都有-个相对应的被精确定位的OCL(微型)透镜,使光线集中于拍摄感光区域,令感光度大大提高,即通过改进芯片的结构设计和制作工艺改进了CCD传感器的量子转换效率,扩展了光谱响应范围。

1998年,索尼公司又成功地推出了Exview HAD新技术。这种技术是一种把极高感光度和减至极低的Smear(也称为拖影、拖尾或光污染)现象成功结合在一起的全新技术,它采用的延长光谱反应技术使这种摄像机拥有接近红外波长的感光度。该技术还包含智能控制的数码背光补偿功能(BLC)和超级自动增益控制功能(Turbo AGC),使采用这种技术的各系列摄像机在照度极低的情况下也能产生清晰可辨的图像。该结构的OCL(微型)透镜具有近乎零间隙结构,从而消除了每个OCL摄取图像时产生的无影区域,使小孔累积层获取到最大数量的光线,因此该技术在感光度指标上比Hyper HAD有了几倍甚至数十倍的增加。

现在的日夜两用型彩色CCD摄像机大多是利用Exview HAD CCD。图1所示为超高感度Exview HAD CCD的单个像素结构。

图1 Exview HAD CCD的单个像素结构

这种CCD传感器是在Nsub基底(在CCD制作过程中,为减少拖影加了掺杂介质的N型基底,从而提高在近红外光照下的灵敏度)上再加入一层很厚的N+载流子层,从而使近红外被吸收并转换成电能,大大降低拖影现象。由于利用入射光口的双微凸透镜,增大了入射到CCD上的孔径,使CCD得到更大的光照度,从而提高了CCD在低照度下的灵敏度。

图2所示为两种CCD的量子效率与波长的关系(即光谱响应曲线),在500-600nm波段,超高感度CCD的光谱响应度提高了30%,在780-950nm的近红外波段,光谱响应平均提高了15%。由于超高感度CCD的突出特点,所以在完全无光情况F(即0Lx),借助近红外光照明目标,可以在人眼不可见的波段范围看到目标视频图像。

图2 两种CCD结构光谱响应的比较

因此,用超高感度CCD摄像机完全可满足24h连续监控的要求(白天图像彩色,夜晚无光黑白)。

值得提岀的是,在选择使用低照度摄像机和红外灯时要注意以下几点。

(1)必须选择适当的镜头。为了提高摄像机对红外灯及景物的敏感度,应尽可能选用通光量大的镜头,并注意在使用自动光圈或电动可变镜头时,要尽可能开大光圈的驱动电平值。因为随着镜头焦距的增加,其通光量会相对减少,所以在选择红外灯时要留一定的余量,并注意红外灯的标称指标。

(2)红外灯的选配电源应尽可能要满足其所需的最小电功率,否则会发生照度距离不够的情况。

(3)要考虑被摄景物的反光程度,如果目标景物周围没有良好的反光环境(如建筑物、围墙、标牌)时,实际使用应考虑一定的距离余量。