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            中林信达北京科技有限公司
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                      光学成像系统
                      来源: 中林信达   时间:2015年09月20日

                      这里的成像系统指光学成像系统,分为两类,一是可见光成像系统,二是红外成像系统,其都是由镜头与摄像机组成,可见光成像与红外成像的主要区别是光的工作波长范围不同,成像原理不同。

                      1、工作波长范围

                      (1)在工作波长上看,可见光一般为人眼可以直接感知的电磁波,其波长为380nm-780nm的电磁波;红外光是人眼不能感知光线之一,其波长为760nm至400μm的电磁波

                      2、成像原理

                      (1)在成像原理上看,可见光成像系统成像器件多为CCD或CMOS,为光辐射成像方式,同时,可感应部分近红外电磁波;红外光成像系统成像器件多为碲镉汞,氧化矾、多晶硅,为热辐射成像方式,其中碲镉汞用于制冷短波红外系统,氧化矾、多晶硅用于非制冷长波红外系统。

                      3、可见光系统

                      可见光优点:图像清晰,分辨率较高,成本低,与人眼视觉基本一致;白天作用距离远,对烟雾较敏感。

                      可见光不足:低照度(晨、昏、夜晚)天气条件下、雨天、雾天,很难完成对烟的识别;在高照度天气条件下,很难完成火光的识别;透雾功能较弱。

                      可见光镜头分为:变焦镜头和定焦镜头,手动光圈镜头和视频驱动自动光圈镜头,带透雾功能和无透雾功能镜头,带预置和不带预置功能镜头。

                      变焦镜头和定焦镜头:变焦镜头即焦距可变,而定焦镜头的焦距是固定的。变焦镜头通过改变焦距,从而改变监控的视场角。定焦镜头适合固定场景的监控,而变焦镜头适合近距离、远距离切换,细节与轮廓切换的场合。

                      手动光圈镜头和视频驱动自动光圈镜头:光圈的大小直接影响进入镜头的通光量的大小,手动光圈镜头是人为的通过控制实现光圈大小的改变,而视频驱动自动光圈是根据视频质量的好坏,自动调节光圈的大小。手动光圈镜头适合固定场景的应用,而视频驱动自动光圈适合变化场景的应用。

                      带透雾功能和无透雾功能镜头:透雾功能即改变透过镜头的光的波长,从而实现近红外光和可见光的切换。带透雾功能的镜头可以实现雾天或者夜间低照度情况下的监视,因为近红外穿透雾气能力较强,这样就实现了24小时全天候监控。而无透雾功能镜头只适合白天监控。

                      4、红外系统

                      红外系统按工作方式分为制冷型和非制冷型

                      红外分为制冷红外热像仪和非制冷红外热像仪。制冷红外热像仪灵敏度高,可全天时及时发现烟火,但使用寿命短,成本极高,不适合于森林防火工作模式。

                      非制冷红外热像仪优点:对通视热源敏感,透雾能力优于可见光,夜间判断火能力很强。

                      非制冷红外热像仪不足:对烟不敏感,作用距离较近,白天很难完成非通视条件下的火点预警;在湿度大或雨天气候条件下,成像质量较差。

                      2、非制冷红外探测器种类分为氧化钒机芯和多晶硅机芯

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                      像元大小与探测灵敏度关系

                      主流探测器象元尺寸分为:17μm、25μm、35μm、38μm,如下图所示:

                      zhishiku2.jpg

                      当焦距f固定不变时,象元越小对应的图像面积越小,也就意味着对火点探测的灵敏度越高。比如,用17μm的探测器配上75mm焦距的镜头和38μm的探测器配上75mm焦距,17μm的探测器可以探测到5km外2mX2m的火焰大小,而38μm的探测器可以探测到5km外4mX4m的火焰大小。

                      镜头焦距与探测灵敏度关系

                      当象元尺寸固定不变时,焦距f越大,对应的图像面积越小,同样意味着对火点探测的灵敏度越高。比如,用17μm的探测器配上75mm焦距的镜头和配上120mm焦距,75mm的镜头可以探测到5km2mX2m的火焰大小,而100mm的探测器可以探测到5km1.5mX1.5m的火焰大小。

                               红外镜头F数与成像质量的关系

                      F=f/D,(f表示焦距,D表示镜头口径),由公式可知,当f一定时,F越小,镜头口径越大。这样保证进入镜头的光能量就越多,减少了光能量的损耗,成像质量就越好。

                       

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