在當今日益注重安全的世界中，閉路電視攝像機市場正在全球范圍內(nèi)不斷擴展。高級IP視頻等技術正在推動網(wǎng)絡系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。卓越的壓縮標準和更快的圖像處理正在擴大應用潛力。無論是用于訪問控制，入侵者警報還是一般犯罪預防，在隱蔽或半隱蔽模式，室內(nèi)或室外，閉路電視廣泛用于消費/私營部門，零售和工業(yè)場所，以及公共，公民和政府建筑適用于民用和軍用應用。

在夜視和低光照下錄制時，紅外LED是關鍵部件。例如，紅外LED照明器模塊是當今大多數(shù)CCTV攝像機系統(tǒng)的重要組成部分，通常與復雜的圖像增強和控制電子功能相結合。重要的是，現(xiàn)代紅外LED比前幾代技術更先進，更可靠，壽命更長。

本文將考慮用于閉路電視攝像系統(tǒng)時紅外LED的選擇標準和設計限制，特別是對于此類應用。作為訪問控制。例如，所需的范圍可以從幾米到100米或更多。高功率器件可提供更高的光輸出，并提供各種發(fā)射角度。具體應用將確定IR LED所需的參數(shù)組合。例如，遠距離照明需要高功率和窄錐體;廣角設備更適合近場可見性應用。

市場增長

根據(jù)ReportLinker提供的報告，截至2014年底，全球閉路電視市場估計價值235億美元。收入據(jù)預測，基于IP的網(wǎng)絡視頻系統(tǒng)去年首次超過傳統(tǒng)模擬閉路電視攝像機。報告強調(diào)，對技術先進監(jiān)控的需求增加，包括基于云的視頻監(jiān)控服務，以及重要的反恐分析，正在推動增長。

IHS Research的另一份報告估計到2018年視頻監(jiān)控設備和存儲市場價值將達到280億美元。同樣，據(jù)報道，從模擬到網(wǎng)絡監(jiān)控攝像機的遷移推動增長。

在這個市場中，訪問控制是一個不斷增長的應用程序部門，2012年價值30億美元，預計到2017年將增長到42億美元。智能建筑正在引領向基于IP的訪問控制視頻監(jiān)控的過渡據(jù)一家領先的央視供應商稱。提取視頻數(shù)據(jù)的能力，結合設計多功能性，易于配置和遠程訪問數(shù)據(jù)，表明網(wǎng)絡視頻克服了以前在模擬系統(tǒng)中認可的限制，并促進了與其他安全機制的集成。

A TechNavio發(fā)布的報告，可從Global Information獲得，涵蓋2014 - 2019年全球視頻監(jiān)控市場，預測此期間復合年增長率為24.08％。報告確定的關鍵市場驅(qū)動因素是對高分辨率圖像質(zhì)量的需求。諸如H.264壓縮標準，先進的相機內(nèi)圖像處理和寬屏HDTV監(jiān)視器等技術相結合，可滿足這一需求。同時，IP視頻網(wǎng)絡被證明是一個引人注目的解決方案，因為它可以提高功能和性能，遠程訪問數(shù)據(jù)，并促進數(shù)據(jù)分析，報告總結道。

夜間光源

近紅外光譜的范圍為700 nm至1050 nm左右。紅外LED被證明是夜視應用中使用的CCTV攝像機的有用光源，其光照水平非常低。兩種最常用的波長以850 nm和940 nm為中心。光譜發(fā)射范圍與標準光電二極管，光電晶體管或具有擴展紅外靈敏度的CCD和CMOS相機的靈敏度范圍很好地匹配。

Osram Opto Semiconductors的應用筆記題為“用于照明應用的高功率發(fā)射器”，為使用紅外照明的相機系統(tǒng)提供了有用的介紹和一般設計指南。在操作中，來自物體的反射或散射光由CCD或CMOS相機檢測，其產(chǎn)生模擬或數(shù)字信號。為了確保可以進一步分析的高質(zhì)量信號，需要高輸出信號和低噪聲水平。在變化的光線條件下，信噪比會顯著下降，需要額外的人造光來改善圖像質(zhì)量。

人眼可以看到紅外光源，最高可達780 nm左右，高強度光源可以辨認為微弱的紅光，達到850 nm左右。這些低波長設備用于半隱蔽應用中的閉路電視攝像機。對于隱蔽操作以及要避免光污染的應用，更高波長的設備是首選。但是，較少的相機對940 nm光源敏感，照明范圍可能更短。

紅外LED可用于覆蓋幾米到200米或更遠的范圍。一般而言，對于較長距離，需要具有窄光束角度的裝置，從而產(chǎn)生長光錐。對于人員識別和訪問控制應用，典型的范圍為5到10米。紅外LED的發(fā)射角度可以窄至5°，寬度可以達到150°。

近年來，紅外LED已經(jīng)變得更加強大，功率效率更高，范圍更廣工作在900 mW或更高的型號。這對于長距離照明至關重要，并為IP網(wǎng)絡系統(tǒng)提供更好的圖像質(zhì)量。中檔設備的功率為600 mW，而適用于遙控器等應用的標準低功率二極管的功率為250 mW。對于低功率器件，電壓要求通常為1.2至1.7 V，對于高功率發(fā)射器，電壓要求高達3 V.高強度應用越來越需要高達1A的直流電流。必須進一步考慮光源的輻射強度（以mW/sr測量）和物體的反射率，通常以μW/cm 測量。輻射強度表示立體角區(qū)段內(nèi)的光輸出，因此定義了光束的強度。

Osram應用筆記中提供了有關特定應用所需的光強度和功率輸出數(shù)量的計算指南。

多個發(fā)射器可用于提供所需的光輸出。新技術允許開發(fā)更小，更高功率的發(fā)射器，并且多芯片和堆疊發(fā)射器陣列在非常小的封裝中實現(xiàn)高強度IR照明源。然而，熱管理和功耗是必須仔細考慮的重要設計問題。

圖1：相機系統(tǒng)的視場（FOV）。

在實踐中，設計師還需要考慮典型的物體尺寸，與相機的距離以及所需的圖像分辨率，光學相機系統(tǒng)的屬性（傳感器尺寸，物鏡）及其視野（FOV）。見上面的圖1。來自二極管的發(fā)光模式需要盡可能地匹配相機FOV。如果光束角太窄，則不是所有目標都可以被充分照射。如果太寬，相機可能無法檢測到一些反射光，從而降低了圖像質(zhì)量。可能需要考慮輔助鏡頭以確保IR LED正確照亮相機所需的視野。 LEDiL等公司提供的產(chǎn)品范圍廣泛，適合各種制造商的設備。

實現(xiàn)所需的信噪比取決于相機中使用的CCD/CMOS芯片的光譜靈敏度和量子效率曲線和整合時間。

典型設備

雖然有許多制造商用于閉路電視攝像機應用的850和940納米紅色LED，包括Everlight和Vishay，但歐司朗提供了一個最廣泛的范圍，模型涵蓋寬范圍的功率輸出，輻射強度和發(fā)射角度，以及多種封裝選項。

Oslon Black SFH4715A 850 nm紅外LED是歐司朗高功率，小型封裝器件的典型代表，是CCTV應用的理想選擇。功率輸出為800 mW，光束角為90°，可用于照亮100米外的物體，具體取決于所用外部光學元件的類型。該范圍內(nèi)還有850 nm SFH4715S，正向電壓為2.9 V，半角為45°。兩者都具有320 mW/sr的輻射強度。

圖2：歐司朗的Oslon Black SFH4725S采用黑色封裝，專為真正的秘密監(jiān)視操作而設計。

隱蔽應用中，940 nm器件更為合適。歐司朗提供Oslon Black SFH4725S系列，輸出電流為1A時光輸出為980 mW。正向電壓為2.75 V. SFH 4725S在90°發(fā)射角下的輻射強度為450 mW/sr，在被監(jiān)控區(qū)域提供卓越的照明。該器件采用Osram的Nanostack技術，在單個芯片中具有兩個發(fā)射中心。這有效地減少了光輸出所需的器件數(shù)量。此外，包含在黑色包裝中，該設備完全隱藏在相機鏡頭后面。