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淺談紅外線照明與影像監控

時間:2014-06-22 08:29來源:安迅士 作者:安迅士 點擊:
前言 新一代的紅外線 LED 的特性,使得我們即使在全暗的環境,仍然可提供高品質、低雜訊影像,提供了低成本、以及對環境友好的紅外線解決方案。
前言
新一代的紅外線 LED 的特性,使得我們即使在全暗的環境,仍然可提供高品質、低雜訊影像,提供了低成本、以及對環境友好的紅外線解決方案。以安迅士內建紅外線的網路攝影機為例,其具有以下共同的特點:
- 極省電的紅外線 LED 燈泡
- 比起傳統的紅外線 LED 有更少的燈泡數量
- 低電源耗用的紅外線 LED 產生較低的熱
- 長效型 LED 能夠減少維修
- 紅外線 LED 的涵蓋範圍是與鏡頭精確特製而來,確保紅外線照明能涵蓋全部場景。
 
另外,藉由安迅士的智慧特性及獨特的最佳化解決方案,紅外線的角度可自動地根據攝影機的視角來進行調整,可使這些網路攝影機能更簡單、更容易的安裝,同時也更為重要,確保沒有照明的電力因此而浪費。
 

圖1: 在安裝時調整攝影機的變焦大小,安迅士的最佳化紅外線技術將使紅外線照明的角度(紅色)隨著攝影
機的視角自動調整。攝影機視角為白色的區域。
 
為什麼需要紅外線照明 ?
所有內建紅外線照明的安迅士網路攝影機都是屬於日夜兩用的攝影機,在白天提供彩色的影像,夜晚時則提供黑白影像。近紅外光的涵蓋由 700 nm到 1000 nm,超過人眼的能見度,但大部分的攝影機感應器能夠偵測出,並能使用它來作為補光。攝影機透過紅外線濾光片的作用,在白天擋住紅外線光,紅外線光經過過濾後,影像的色彩就不會扭曲,呈現如人眼所見的顏色一般。當光線不足到某種程度後,攝影機可自動移開紅外線濾光片,讓攝影機能運用近紅外線光作為補光。圖二為彩色影像感應器回應可見光與近紅外光。
  

圖2: 色彩感影器回應可見光與近紅外光
 
為何使用紅外線光而不是白光 ?
只有熱感式攝影機能夠在全黑的環境下能拍出有用的影像,日夜兩用的攝影機還是需要某種程度的光源,才能提供有用的影像。從圖2得知,紅外線濾光片移除後,即使是人眼看不見的紅外線光也能有所作用。彩色攝影機的感應器一般來說不只對可見光是敏感的,對於紅外線光亦是。
 
使用紅外線光代替白光的作法有幾個好處。使用紅外線光不會有光害的問題、可顧及攝影機安裝位置的隱密性、也不會太過突兀(例如夜間的交通監控),或者你需要監控卻不希望引人注意。
 
在低光源情況下,灰階的圖像比起彩色圖像能夠有更好的對比、較低的雜訊、更清晰的表現。這個好處是在當彩色資訊不需要的時候,例如車牌辨識。但在另一方面,當必須具備彩色資訊時,紅外線照明就不是一個可行的解決方案。當你需要在低光源下有彩色影像時,就需要光線敏感度極好的攝影機,例如安迅士的尋光者技術(Light Finder) 就是一個不錯的選擇方案。

最近市場上已經出現低電源消耗的紅外線照明,其可在十年內達到零維修的優點,而使用鹵素燈則只能維持約5個月。安迅士的紅外線 LED 使用最佳化的紅外線技術,僅使用攝影機上標準 PoE 供電的電力,因此電力消耗非常小。對於灰階影像而言,沒有使用紅外線比起使用紅外線照明在降低影像雜訊上有相當的幫助。少了雜訊能夠降低影像的儲存空間,減少儲存成本。比較沒有紅外線照明的影像,在室內安裝使用紅外線照明,可節省95%的頻寬與儲存空間。在戶外安裝上,可節省75%的頻寬與儲存空間。
 

圖3: 使用於車牌辨識的紅外線照明
 
何時使用紅外線照明?
當可見光源無法使用時,如彩色資訊並不重要、自然的紅外線光不足時,紅外線照明就是使用的時機。此時黑白影像比起彩色影像有更好的對比,更適合用於影像分析,例如車牌辨識。圖3是個交通監控的範例,使用獨立式的紅外線照明輔助日夜兩用的攝影機。
 

圖4: 戶外攝影機的紅外線位置
 
如何使用紅外線照明 ?
在室內,光可以從周遭反射回來,例如牆壁、天花板,因此物體上能獲得更多的光線。在戶外,除了光線打到的物體反射回的光線外,其餘都是損失的。這意味著在室內影像得到適當的光線是較為容易的。為了改善戶外的影像品質,具有內建紅外線的攝影機應該把光線往下方打,才能避免光線散失。圖4顯示戶外攝影機的位置範例。
 

圖5 與 圖6: 左圖為 Axis 熱顯像攝影機,右圖為最佳化紅外線的 Axis 網路攝影機。
 
與熱感式攝影機的比較
若將內建紅外線與熱感式攝影機相較,則各自有其優點及缺點,內建紅外線的攝影機可以使用獨立的系統,也可以整合到既有的監控系統而熱感式;熱顯像攝影機可以補足既有的系統,卻無法將之取代。彩色攝影機在系統中通常扮演著辨識的目的,但紅外線與熱感式兩種技術則有不同的目的:熱感式著重偵測,而紅外線著重識別。內建紅外線的攝影機,擁有優於熱感式攝影機的解析度、影像品質、辨識、與視角,同時也比較便宜。然而,它能看到的距離較熱顯像攝影機來的短。具有紅外線最佳化的安迅士攝影機能夠看到 40m (131ft.) 內的距離,而熱感式攝影機在選擇正確的型號與正確的條件下,可偵測的距離高達 5km (5400英呎)。 圖5與圖6: 熱顯像攝影機與紅外線最佳化攝影機的比較。
 
選用內建式還是獨立式的紅外線照明 ?
日夜兩用的網路攝影機可以搭配獨立式的紅外線照明運作,也可以將紅外線照明整合進攝影機內運作。安迅士選擇 850nm 的紅外線照明而非 940 nm的 LED 來作為大部分內建或獨立的解決方案,理由是,一般來說,色彩感應器對於 850nm 比 940nm 的 LED 還來得敏感,因此當攝影機使用 850nm 比起 940nm的 LED 照明能有更好的效果。但其缺點是 850nm 的 LED 會有淡淡的紅光,而 940nm 的 LED 則是完全隱蔽的照明。
 
安迅士內建紅外線與最佳化紅外線的網路攝影機還有幾個優點,例如可相當簡易的安裝及整合。其不需要額外的線路或電源供應,使用標準且對環境友好的乙太網路供電 IEEE 802.3af,直接可由攝影機的電力供應紅外線 LED。
 
對於內建紅外線的網路攝影機來說,這是一個便利的 All in One 包裝,也代表著對環境有較低的影響,因為只有攝影機需要安裝,而不需額外再安裝紅外線照明器,對於安裝在老舊建築或被保護的建築來說特別重要,例如博物館或具有歷史性的建築。相同的原因,每台內建紅外線的攝影機相對就比較便宜,因為免除了額外需要安裝的零組件,所安裝的裝置減少了,服務的負擔也隨之更為輕鬆。
 
假如有兩個區域需要補光,那麼獨立式的紅外線照明將比內建式的紅外線照明來得更好。使用獨立式紅外線照明的網路攝影機在很多案例中,比起內建式的照明能夠實現更長的距離。同時,獨立式的照明可提供更廣泛的區間,讓選擇攝影機上更有彈性。
 
第二個考量則是獨立式的紅外線照明器可產生更多的光線,而且照明的方向更為自由。到目前為止,很少內建紅外線的網路攝影機可以彈性地調整,因此紅外線的補光沒辦法與攝影機的視角相配合、或是影像過度曝光的問題。然而,Axis 網路攝影機使用了紅外線最佳化,它能利用內建的智慧能力做適當的調整。
 
安迅士網路攝影機的最佳化紅外線是如何運作的 ?
一般來說,感應器上均勻與涼爽的作業溫度與較多的光線能夠為影像帶來更好的品質。然而,當攝影機需要產生更多的光線時,所產生的熱也影響了影像感應器,導致雜訊提高。安迅士的紅外線最佳化技術讓影像感應器盡可能有最多的光線,同時對影像感應器產生最少的熱,因能確保出色的影像品質。安迅士最佳化紅外線技術能夠對整個影像提供均勻的照明品質。
 
攝影機的智慧能力與紅外線 LED 相結合下,搭配高精密與特別訂做的鏡頭,成就了安迅士在網路攝影機在市場上最佳化紅外線的獨特性。安迅士網路攝影機獲歐盟標準 EN 62471:2008與基於國際標準 IEC 62471認定為安全的攝影機。符合這些標準代表即使人眼或任何生物直視攝影機都不會造成傷害。
 
安迅士最佳化紅外線技術
安迅士已經開發完成紅外線照明解決方案,針對每一款安迅士攝影機的型號,自訂了符合其需要的照明,攝影機型號尾碼有 –L 代表支援安迅士的最佳化紅外線技術。這項紅外線解決方案根據攝影機的視角做了最佳化,因此能對整個區域的照明提供均勻的光線。具有最佳化紅外線的 安迅士 攝影機,能夠智慧地調整照明的角度,以確保整個區域都能夠均勻的分布。
 
智慧能力
如果紅外線光投得太窄,那麼影像中的中間就會太白或炫光,而周圍則沒有得到補光;若是投得太廣,則投影光就會超過感興趣區域,而降低了能夠觀看的距離。依照攝影機型號的不同,可使用對環境友好低耗電的標準乙太網路供電 ( IEEE 802.3af ),讓具有紅外線最佳化的補光能夠達到 40m (131 ft.) 的距離。
 
在使用遠端變焦調整視角時, 安迅士最佳化紅外線的照明角度也會自動地隨之調整。(這項功能提供於具有最佳化紅外線的安迅士攝影機)照明可跟隨著攝影機變焦的改變,總是為影像提供最足夠的光線。 
 
當物體遠離攝影機時,安迅士的紅外線最佳化技術也能自動調整,讓整個區域都能得到均勻的補光;當物體接近攝影機時,攝影機能自動調整曝光,如此就不會造成過度曝光的問題。
 
紅外線 LED 與節電
使用 LED 代替其他光源(如傳統的螢光燈泡)有許多好處。能耗與照明之間的比值已經得到最佳化。LED 能夠快速點亮裝置,並有較高的耐久性,對於震動也比較不敏感,且不容易破裂。它可以在給定的波長發光而不需濾波器。總而言之,它能帶來最低的成本與最長的使用壽命。
 
安迅士網路攝影機使用極省電的全新紅外線最佳化技術,不會增加影像感應器的熱,同時能持續提供高品質的影像,這是歸功於極省電的紅外線LED,攝影機只需使用少量的 LED即可將紅外線光集中在需要照明的地方,因此不會有光線浪費在不感興趣的地方。電源效率轉化為高功率的電源、更少的散熱、紅外線光可到達更遠的距離。
 
透過安迅士獨特設計的最佳化紅外線,能使用少量且能效高的 LED 做到均勻的補光,其省電的紅外線 LED 在標準的 PoE 下即可對長距離的環境進行照明。乙太網路供電 IEEE 802.3af 標準對於所包含的組成效率有很高的要求,因此安迅士網路影像可策略性地選擇對環境友善的 PoE。
 
結論
安迅士推出的智慧與獨特的最佳化外線技術,是採用全新、高能效的 LED 技術,提供了最佳化的影像品質紅外線照明的角度。這項紅外線技術對安裝來說既簡單、又省錢,而且具有環境友好性。
 
 
更多資訊,請參考下面連結:
安迅士–「日夜兩用網路攝影機」: www.axis.com/products/video/camera/about_cameras/day_night.htm
安迅士–「尋光者 - 在嚴苛光源情況下出色的表現」: 
www.axis.com/files/whitepaper/wp_lightfinder_43131_en_1105_lo.pdf
安迅士–「網路攝影機的補光–補光設計指南」: 
www.axis.com/files/whitepaper/wp_lighting_for_netvid_41222_en_1012_lo.pdf
安迅士–「有時候就是喜歡它熱 – 監控領域的熱顯像攝影機」: 
www.axis.com/files/whitepaper/wp_axis_thermal_cameras_en_37661_0912_lo.pdf
安迅士–「乙太網路供電」: 
www.axis.com/products/pol/system.htm

 

(責任編輯:jane)
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