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被动红外成像在视频监控中的实现方案

发布时间:2022-04-25 发布时间:
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  被动红外成像技术的应用前提是光捕捉器件除了要能采集可见光信号以外,还要能够采集到红外信号,并且信号处理能够将原红外信号处理成灰度信号。黑白摄像机都能够实现这一功能并且灵敏度非常高。目前所有基于数字处理技术的摄像机也都能够完成这个工作,但是由于还有可见光环境下的彩色成像,矛盾也开始出现了。在处理彩色信号的时候,因为DSP处理都需要将视频信号分离成灰度信号和色度(或者色差)信号进行分别处理,数字信号处理简称DSP是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。在过去的二十多年时间里,数字信号处理已经在通信等领域得到极为广泛DSP技术图解的应用。数字信号处理是利用计算机或专用处理设备,以数字形式对信号进行采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别等处理,以得到符合人们需要的信号形式。而红外信号本身是人眼不可见的,但是在光捕捉器采集和DSP处理之后已经变成了人眼可以识别的灰度信号,两个灰度信号(可见光和红外光的)进行叠加,必然会使图像在进行灰度和色度合成的时候无法按照理想的情况进行合成,这将会造成图像的灰度和色度失真,典型的例子就是如果红外光过强,会使得整个图像发灰。目前关于被动红外成像在监控">视频监控中的主要方案有以下四种:

  1、纯彩色摄像机的使用很简单,通常只要正确安装镜头、连通信号电缆,接通电源即可工作。但在实际使用中,如果不能正确地安装镜头并调整彩色摄像机及镜头的状态,则可能达不到预期使用效果。应注意镜头与摄像机的接口,是C型接口还是CS型接口(这一点要切记,否则用C型镜头直接往CS接口彩色摄像机上旋入时极有可能损坏彩色摄像机的CCD芯片)。 这种方案是阻止被动红外成像,也就是避免红外线进入,其使用光低通滤波器是容许低于截止频率的信号通过, 但高于截止频率的信号不能通过的电子滤波装置。(OPLF:Optical Low Filter,即通常所说的低通滤光片,图1为其光通率与波长的关系,可以看出其基本不吸收和反射可见光,但基本完全隔离红外光)直接将红外线挡住,这样图像会基本不受红外信号的影响。这样做的目的是避免使用红外成像。

  2、完全不管红外信号对图像彩色情况下的影响使用可大量通过红外线的滤色片,这是一种低成本的方案,在被动红外成像方面的效果也比较好,但是很容易出现上面说的在彩色模式下的色度和灰度失真问题。

  3、只让特定红外光比如850nm通过,其他大部分红外光不能通过,这就是单滤光片感应红外型摄像机的原理,其主要技术依据是采用了不同于彩色摄像机的滤色片。滤色片包括色温片和滤光片。滤光片用来改变入射光的强弱;色温片用来校正色温,它难将不同光源的色 温变换为摄像机要求的3200K,使拍摄的图像色彩真实,避免偏色。彩色摄像机一般是将多片不同的滤色片镶在一个圆盘上,摄像时可根据光源的色温和光线的强弱情况拨动圆盘,以取得合适的位置。家用摄像机一般不装有滤色片,主要通过电路调整来适应不同的光源。

  这样的方案可以在一定程度上解决彩色偏色的问题,并且也能够使用在没有可见光而使用红外成像的场合。但是这个方案也存在一些问题,在日光充足的时候,红外信号非常丰富,会造成图像颜色和灰度失真。所以这类摄像机一般使用在室内30米直径以内的区域。

  4、在可见光较强的时候采用OPLF,将大部分红外光挡住,确保其颜色还原和灰度信号的真实,而在可见光较弱的时候不使用OPLF,而使用可以使绝大部分可见光和红外光都可以通过的高通滤波器,高通滤波器是指车载功放中能够让中、高频信号通过而不让低频信号通过的电路,其作用是滤去音频信号中的低音成分,增强中音和高音成分以驱动扬声器的中音和高音单元。此外高通滤波器常常和低通滤波器成对出现,不论哪一种,都是为了把一定的声音频率送到应该去的单元。因为主要依靠红外光成像,是灰度信号,所以这个时候一般都会把彩色成分去掉,只保留灰度信号,所以看到的就只是灰度图像即我们所说的黑白图像。

  这种方案实际上结合了彩色摄像机在可见光较好情况下的优点和黑白摄像机在低照度下的优点,可以说是目前解决全天候、光线变化很大的环境下监控的方案。在自然光线下真实的颜色还原和无可见光下高灵敏的被动红外成像,其静态效果甚至能够和某些采用同样技术并加入4倍DSS感光技术的一体机媲美。

  虽然使用被动红外成像能够较好地解决无可视光和监控之间的矛盾,但是因为红外线和可见光的光学差异,其中也有一些需要解决的问题,光学主要介质玻璃对两种光波的折射率不同会造成光学组件的焦距不同。随着被动红外成像技术的不断成熟和广泛应用,使得监控效能大大提高,人们的生活将会得到更加可靠的保障。





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