Использование инфракрасного освещения в видеосистемах: принципы, выбор и использование

Наиболее важным фактором в выборе системы инфракрасного освещения является ее совместимость с видеокамерой, объективом, термокожухом, и блоком питания. В некоторых случаях покупатель уже приобрел видеокамеры, объективы, термокожухи и источники питания и установил их до рассмотрения вопроса об ИК-освещении. Чтобы избежать серьезных проблем, проектировщики систем видеонаблюдения должны уже на начальной стадии проекта учитывать особенности компонентов видеосистемы. Проектировщики должны, прежде всего, рассматривать свою задачу как создание системы видеонаблюдения сИК-освещением. Наиболее приоритетным должны быть совместимость и интеграция компонентов системы. Кроме того, необходимо обращать внимание на следующие моменты.

1. Использование черно-белых или специальных цветных видеокамер

Видеокамеры двойного режима (цветные днем, черно-белые ночью) могут использоваться с ИК-освещением. Камеры двойного режима могут содержать две переключаемые ПЗС-матрицы или одну ПЗС-матрицу с цепью цифрового переключения. Общими недостатками этих типов камер является то, что они часто требуют относительно высокого уровня освещенности для получения черно-белого отображения ночью, или то, что их цветное отображение неудовлетворительное. Цветные камеры, предназначенные для работы с ИК-освещением, имеют в четыре раза большую чувствительность к ИК-лучам, чем обычные камеры. Падение издержек производства камер для ИК-освещения показывает, что их возрастающая популярность является реальной тенденцией рынка.

2. Использование чувствительных видеокамер

Пользователи должны быть уверены в следующих двух пунктах относительно значений ИК-чувствительности, которые используются на рынке. Во-первых, некоторые производители дают значение чувствительности камеры, соответствующее суммарному свету, падающему на ПЗС-матрицу, который может быть в десять раз меньше, чем уровень освещенности сцены - это зависит от количества света, прошедшего через объектив видеокамеры. Во-вторых, некоторые производители и дистрибьюторы сообщают ложные значения чувствительности. В настоящее время на рынке для простейших черно-белых камер, как правило, указывается чувствительность от 0,01 лк до 0,02 лк. Однако в действительности их чувствительность составляет порядка 0,1 лк … 0.2 лк. Если ИК-осветитель должен использоваться с видеокамерой, имеющей чувствительность 0,02 лк, а используется с вышеупомянутыми простейшими камерами, то это существенно скажется на его радиусе действия. Этого пользователи часто не учитывают.

Если покупатель ограничен в средствах, то лучше покупать наиболее чувствительные видеокамеры, у которых минимальная освещенность не хуже 0,02 лк. Хотя их стоимость вдвое выше стоимости камер с чувствительностью 0,1 лк… 0,2 лк, этот выбор может быть более экономичным, так как не потребует ИК-осветителей.

3. Форматы видеокамеры и объектива

Размеры объективов уменьшаются день ото дня. В настоящее время, наиболее широко используемые на рынке камеры имеют форматы 1/2", 1/3" и 1/4". Чем больше размер объектива, тем больше света может достичь ПЗС-матрицы. Если эффективное расстояние ИК-осветителя указано в комбинации с объективом 1/2", то использование объектива 1/3" или 1/4" кардинально скажется на реальном радиусе действия. Например, при установке объектива 1/3" до матрицы доходит только 44% света, проходящего через объектив формата 1/2".

Кроме того, на нижний предел освещенности для ночного наблюдения большое значение оказывают электронный затвор и АРУ, а также автодиафрагма.

4. Источник питания

Источник власти также должен рассматриваться при проектировании любой системы видеонаблюдения. Ток потребления ИК-осветителей сильно зависит от изменений питающего напряжения. Кроме того, разные длины электрического кабеля имеют различное сопротивление постоянному току. Если расстояния от отдельных ИК-осветителй до блока питания, расположенного в помещении охраны, значительно отличаются, то при использовании блока питания 12 В постоянного тока на самом ближнем ИК-осветителе окажется слишком большое напряжение, а на самом дальнем - слишком малое. Кроме того, если напряжение источника питания относительно нестабильно, это может привести к сокращению срока службы ИК-осветителей, их перегоранию или неэффективному освещению. Поэтому с целью устойчивой и надежной работы ИК-осветителей рекомендуется использовать источник переменного тока 22 В или отдельные стабилизированные источники постоянного тока для каждого ИК-осветителя.

Легко пропускаемые ловушки спецификаций

Кроме совместимости, проектировщики системы должны стараться избегать следующих ловушек

1. Указанная минимальная освещенность видеокамеры

Сигнал изображения, создаваемый видеокамерами, имеет номинальное значение 1 В и стандартное значение 0,7 В. Однако выходное напряжение, соответствующее минимальной освещенности, может составлять от 1/2 до 1/3 стандартного значения. В действительности, изображения, формируемые видеокамерами при низкой освещенности, весьма отличаются от указанных в руководствах.

2. Измерение разрешающей способности видеокамеры при низкой освещенности

При низкой освещенности для измерения разрешающей способности камеры обычно используется телевизионная испытательная таблица. Предполагается, что черные линии на испытательной таблице имеют коэффициент отражения 0%, а белые линии - более 89,9%. Однако, мы заметили, что иногда этого невозможно достичь в поле зрения. Например, листья дерева и трава отражают относительно немного света и, следовательно, имеют небольшую разницу в отражающей способности, что делает измерение разрешающей способности чрезвычайно трудным.

3. Относительное отверстие сильно влияет на проходящий свет

При низких уровнях освещенности от того, действительно ли относительное отверстие объектива видеокамеры установлено на требуемое значение, сильно зависит количество света, которое достигает поверхности ПЗС-матрицы. Для относительного отверстия обычно указывается наибольшие и наименьшие значения, допустимые для данного объектива. Используется обозначение F, где F = f/D. Если принять, что D (диаметр) фиксирован, то F будет изменяться в зависимости от f (фокусного расстояния), которое зависит от специфических характеристик используемого объектива. При удвоении значении F количество света, прошедшее через объектив, уменьшается в 10 раз.

4. Автодиафрагма объектива и АРУ камеры влияют на относительное отверстие

Использование объектива с автодиафрагмой, АРУ видеокамеры или электронного затвора приводит к изменению значения F. Например, если вблизи камеры имеются мощные источники отраженного или излучаемого света, то чувствительность камеры по отношению к объектам, отражающим низкую освещенность, будет существенно ниже. Это происходит от того, что уменьшение диаметра диафрагмы объектива будет оказывать основное влияние на количество проходящего света.

5. Термокожухи влияют на работу ИК-подсветки

Использование защитных кожухов для видеокамер влияет на количество инфракрасного света, попадающего в видеокамеру, из-за различных качеств переднего стекла кожуха. В частности, на обычное стекло при ИК-подсветке по-разному влияют влагопоглотители.

6. Нехватка радиуса действия

Некоторые производители или дистрибьюторы информируют только об эффективных значениях и не обеспечивают информацией о радиусе действия, факт, который часто упускается пользователями. Эффективные значения на практике уменьшаются за счет таких факторов, как рассеяние тепла источником питания, электрическая цепь, нить накала лампы и стеклянный фильтр. ИК-осветитель с той же эффективностью из-за указанных факторов может иметь существенно другой радиус действия.

Не ошибиться при покупке

Так как использование ИК-систем ночного виденаблюдения увеличивается, будет возрастать число производителей, предлагающих ИК-осветители. Однако, использование ИК-осветителей часто не столь просто, как это кажется на первый взгляд. Из-за различий в технологии изготовления ИК-осветителей, оборудования для его тестирования и главных факторов производства, изделия сильно отличаются от производителя к производителю. Проектировщики систем, установщики и пользователи перед приобретением систем ИК-освещения должны полностью сравнить изделия и быть внимательными. Весьма рекомендуется полностью прочесть инструкции, особенно разделы, связанные с безопасностью установки и совместимостью используемых изделий.

Кроме того, следует обратить внимание на факторы, которые значительно влияют на работу системы, с тем, чтобы убедиться в возможности регулировок в будущем с целью соответствия требованиям системы. Чтобы избегать повреждения ИК-систем при возникновении проблем, не следует своими силами пытаться разбирать или регулировать ИК-осветитель или источник питания, обратитесь к производителю или дистрибьютору. Следование указанным рекомендациям поможет достичь оптимальной работы видеосистемы с ИК-освещением.

Зхуанг Цхун-зхао

Перевод: Ю.М. Гедзберг