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紅外激光監控裝置的技術
紅外激光監控裝置的技術【1】
摘要：紅外激光監控裝置，包括攝像機、控制器、激光紅外燈、傳輸線纜、云臺，攝像機設于云臺上，該控制器與感光元件相連，攝像機為變焦距攝像機，且云臺為電動云臺，激光紅外燈由半導體激光器和半導體激光二極管連接構成，該裝置可遠距離監控，實現自動變焦、同步變焦、透霧光源整形勻化等功能，變焦過程中畫面清晰、穩定性好。
關鍵詞：清晰;穩定;節能;遠距離
1.前言
安全是一個社會和企業賴以生存和發展的基礎，尤其是在現代化技術高度發展的今天，犯罪更趨智能化，手段更隱蔽，加強現代化的安防技術就顯得更為重要。
視頻監控系統是安防領域中的重要組成部分，是安全系統中最關鍵的子系統。
隨著社會的進步和經濟的發展，對安全的要求也變為更加苛刻，因此要求視頻監控系統能在各種惡劣的環境下進行全天候的實現實時監控[1]。
目前，監控系統廣泛應用于農業、工業、國防、公安等領域和部門，監控系統的應用保證了國家和人民的人生安全和財產安全，因而也愈來愈引起人們的高度重視，例如在重要的場所的監控、刑事的偵察、交通管制等，必須24小時監控，尤其是在夜晚的監控，傳統的監控系統采用攝像機的紅外燈進行夜間“照明”，但該照明為24小時工作，浪費電能，縮短了攝像機的使用壽命。
由于紅外監控一體攝像機只經歷了幾年的發展階段，如何在原有設備上實現夜視功能以至實現全天候的實時監控，成為企業技術改造的難點。
為了能在夜間更清楚地進行監控，出現了一種安裝光傳感器的監控系統，通過安裝該光傳感器來控制紅外燈的開啟與關閉，從而節約了電能，延長了攝像機的使用壽命，但該監控系統監測距離短，當距離變遠時，無法清楚地看到，不利于監控。
2.紅外激光監裝置的結構及具體實施方式
傳統的紅外監控系統包括：攝像機、鏡頭、紅外燈、紅外燈電源;攝像機要求是低照度攝像機，且紅外燈發射的紅外波長該攝像機能夠接收，鏡頭則要求是夜視鏡頭，主要指標是F值(通光量)，F值越小，夜視效果越好。
紅外攝像機的好與壞，關系到各部分的選用以及合理配合的問題[2]。
由于普通LED燈在照射距離、亮度、散熱、壽命等方面存在諸多局限，已滿足不了目前夜視監控領域的需求，雖然現在有的是為了增加監控距離及亮度，增加了LED燈的數量和功率，但是卻犧牲了散熱和壽命，想要實現遠距離的監控，必須采用紅外激光夜視技術。
紅外激光監控裝置如圖1所示，包括攝像機1、控制器2、激光紅外燈3、傳輸線纜、電動云臺、感光元件4。
攝像機包括設于電動云臺上部的攝像機和設于電動云臺下部的運動攝像機，攝像機為變焦距攝像機，攝像機的外殼材料為鋁合金，且外形小巧;攝像機還包括鏡頭、鏡頭還加防護罩，隱蔽性好，防水、防暴、抗腐蝕、抗沖擊能力強。
激光紅外燈由導體激光器和半導體激光二極管連接構成。
半導體激光二極管波長為810nm感光元件為光敏電阻，其電阻值隨著光照的強弱而改變，當入射光強，電阻減小，入射光弱，電阻增大，感光元件也可以是光照傳感器，此兩種感光元件較為常見，且安裝方便。
選用攝像機時，重點在于攝像機的靈敏度及真實色彩。
攝像機靈敏度是紅外夜視監控的核心部分，是當攝景物的光亮度低到一定程度而使攝像機輸出的視頻信號電平低到某一規定值時的景物光亮度值。
靈敏度越好，對紅外線的感應能力也就越強，有不少生產廠家，人為地提高信號強度，靈敏度是秀不錯了，但是信噪比很差，導致夜間圖像“雪花點”很多、很大，像質惡劣。
選用不同類型尺寸CCD也是關系到紅外攝像機的晚上圖像效果。
紅外攝像機盡量避免直射光源，因為紅外燈電源控制部分是根據安裝在紅外燈板邊的光敏電阻來感受，由此來控制紅外燈的工作電壓。
紅外攝像機照射的地方，盡量避免跟全黑色物體、空曠處、有水等等吸收紅外光線的物體直對射，紅外燈是靠發射的紅外光在物體上發射到攝像機CCD上成圖像的，如果紅外線被吸收或減弱，大大削弱紅外燈的有效照射距離。
攝像機設于電動云臺上，根據其攝像機安裝的位置進行任意調節，可以通過云臺讓攝像頭轉動，以便全方位的進行監控。
由于控制器與攝像機相連，在夜間，通過激光紅外燈為攝像機提供照明;控制器與感興元件相連，該控制器也與激光紅外燈相連，通過感光元件感知外界光照的強弱，并將信息傳給控制器，控制器接受到信息后，從而控制激光紅外燈的開啟與關閉，攝像機為變焦距攝像機，其焦距可從10mm到500mm之間進行連續可變調焦，實現自動變焦、同步變焦、透霧光源整形勻化等功能，保證了在變焦過程中畫面的清析、穩定。
激光紅外燈由半導體激光二極管連接構成，且該半導體激光二極管波長為807nm，功率為1到10w之間，該結構高效、節能、且夜視效果更好，即使在沒有任何光亮的情況下也可以使用，同時可實現1500到2000米內的夜視攝像監控，監控距離更長。
3.結語
綜上所述，此紅外激光監控裝置，隱蔽性好，照明器只有一個發光點，極大的減少了紅曝，在結構設計上，還能使產品防塵、防雨、防震，并采用雙溫控技術，低功率，產品更加節能。
紅光激光監控系統通過感光元件來感知外界光照的強弱，通過控制器，控制激光紅外燈的開啟與關閉，實現自動變焦、同步焦焦、透霧光源整形勻化等功能，保證了變焦過程中畫面的清晰、穩定，同時還節省了電能，延長了攝像機的使用壽命。
隨著社會的發展，社會安全隱患逐步顯現，從而推進各個安防領域的發展，尤其是安防產品在特殊環境的應用日趨成熟，針對性強，這對于安防事業的發展以及紅外線的應用發展有著積級的意義[3]。
參考文獻：
[1] 楊振宇.淺談監控攝像頭加裝紅外燈的技術[J].《計算機光盤軟件與應用》，2013(15).
[2] 陳平、李元武， 紅外線報警監控系統在項目管理中的應用[J].《浙江建筑》，2007(2).
[3] 鄒國霞、唐建清，基于嵌入式計算機的紅外監控系統的設計及應用[J].《儀表技術》，2007(8).
基于紅外激光智能監控裝置的設計及應用【2】
[摘 要]該智能監控裝置包括可旋轉攝像機、處理器、激光紅外燈、存儲器、傳輸線纜、顯示器、云臺。
可旋轉攝像機設于云臺上，該處理器與感光元件、激光紅外燈、存儲器相連;可旋轉攝像機包括鏡頭和攝像機機身，該系統還包括視頻編碼器、紅外感應器;編碼器、紅外感應器分別與處理器相連;視頻編碼器還與可旋轉攝像機相連，該智能監控裝置在無人員流動時處于停止工作狀態，節約了電能、減少了存儲空間，還可以實現在無人參與的情況下對可疑人物的跟蹤監控。
[關鍵詞]紅外激光 光傳感器
1、前言
隨著科技的發展，人們對于安全的要求也越來越高，安全是一個社會和企業賴以生存和發展的基礎，尤其是在現代化技術高度發展的今天，犯罪更趨智能化，手段更隱蔽，加強現代化的安防技術就顯得更為重要。
視頻監控系統是安防領域中的重要組成部分，是安全系統中最關鍵的子系統。
隨著社會的進步和經濟的發展，對安全的要求也變為更加苛刻，因此要求視頻監控系統能在各種惡劣的環境下進行全天候的實現實時監控[1]。
不但要求在白天能夠進行監控，還要求在晚上也能進行監控，并要求畫面清析，這樣就要求晚上也要有照明，為了使照明的效果更好，出現了激光紅外燈，提供攝像機在夜晚的照明，但該照明為24小時工作，浪費電能，縮短了攝像機的使用壽命。
為了解決上述問題，出現了一種安裝了光傳感器的監控裝置，通過該光傳感器來感應外界光照的強弱，從而控制激光紅外燈的開啟與關閉，一定程度上節少了電能，但該監控裝置的攝像機在24小時都始終處于開啟狀態，且要人員參與的情況下才能進行監控，浪費了電能，且不能在無人的情況下對可疑人物進行監控。
為了克服現有技術的不足，本文介紹一種可節約電能，且在無人參與的情況下自動進行對可疑人物進行跟蹤的智能監控裝置。
2、智能監控裝置的結構及實施過程
傳統的紅外監控系統包括：攝像機、鏡頭、紅外燈、紅外燈電源;攝像機要求是低照度攝像機，且紅外燈發射的紅外波長該攝像機能夠接收，鏡頭則要求是夜視鏡頭，主要指標是F值(通光量)，F值越小，夜視效果越好。
紅外攝像機的好與壞，關系到各部分的選用以及合理配合的問題[2]。
由于普通LED燈在照射距離、亮度、散熱、壽命等方面存在諸多局限，已滿足不了目前夜視監控領域的需求，雖然現在有的是為了增加監控距離及亮度，增加了LED燈的數量和功率，但是卻犧牲了散熱和壽命[2]。
針對目前不能在無人參與的情況下對可可疑人物進行監控，需要進行技術改進。
如圖1所示，智能監控裝置包括可旋轉攝像機2、處理器3、紅外激光燈4、存儲器1、傳輸線纜、顯示器、云臺、感光元件5、視頻編碼器6、紅外感應器7。
可旋轉攝像機設于云臺上，包括鏡頭和攝像機機身，其外殼為鋁合金材料，外形小巧，鏡頭還加防護罩，隱蔽性好，防水、防暴、抗腐蝕、抗沖擊能力強;處理器與感光元件、激光紅外燈、存儲器相連，感光元件可以是光敏電阻，電敏電阻其電阻值隨著光照的強弱而改變，當入射光強時，電阻減小，入射光弱時，電阻增大，感光元件也可以是光照傳感器。
紅外激光燈有2個，分別設于可旋轉攝像機的左右兩側，也可以設于攝像機的上下兩側，紅外激光燈的前端設有鏡片，鏡片為單個鏡片，也可以由多個透鏡組成，紅外激光燈使用遠紅外作為發射源，利用透鏡散射的原理使激光紅外由集中的直線光束改變成一定角度的散射光束，增大了照射面積，通過改變透鏡的組合方式或調整透鏡距離可使激光紅外照射面積發生改變。
云臺為電動云臺，具備水平旋轉和垂直旋轉的功能，該電動云臺可在水平方向上0-360°內回轉，還可以在垂直方向上0-90°內回轉，該設置使用單一攝像機能夠大范圍進行監控，利于節約成本，且監控范圍更大。
當有人處于紅外感應器所能感應的監測區域時，其體內發出的熱源被紅外感應器所捕捉，紅外感應器將信息傳輸到處理器，處理器接收到信息后立即啟動可旋轉攝像機進行錄像，并通過紅外感應器對熱源進行跟蹤，并不斷地將熱源的移動信號傳達給處理器，處理器對熱源的移動路徑進行分析，并判斷熱源的行為是否符合智能監控裝置里所設定的警戒條件，當符合時，處理器將根據紅外感應器傳來的移動路徑信息，控制可旋轉攝像機的鏡頭按照移動路徑對熱源進行跟蹤拍攝，并將信息保存到存儲器中;當熱源離開紅外感應器所能感應的監測區域時，處理器接收不到紅外感應器傳來的信息，將自動停止可旋轉攝像機的拍攝工作。
3、結束語
綜上所述，該智能監控裝置采用紅外激光技術，通過光傳感器感應外界光照的強弱來控制戲外激光燈的開啟與關閉，還提供了夜間監控照明，實現在無人員流動時處于停止工作狀態，節約了電能、減少了存儲空間，實現在無人參與的情況下對可疑人物進行跟蹤監控拍攝。
不但外形小巧、隱蔽性好、防水防暴、抗腐蝕，抗沖擊能力強，且安裝方便。
參考文獻
[1] 鄒國霞、唐建清，基于嵌入式計算機的紅外監控系統的設計及應用，《儀表技術》，2007年8期.
[2] 戴捷，紅外激光球形攝像機的關鍵技術研究，機械電子工程，浙江大學 2011 學位年度.
紅外熱成像技術及其在智能視頻監控中的應用【3】
摘 要：紅外熱成像技術是根據自然界一切溫度高于絕對零度(-273 ℃)物體能夠每時每刻反射載有物體特征信息的紅外線的特性而研發的一種被動紅外夜視成像技術，被廣泛運用于智能視頻監測領域。
我國變電站的紅外線測溫工作基本上采用傳統的紅外測溫儀配合巡檢人進行，這種傳統變電站監控方式方式效率低、工作量大，不符合當前變電站的發展要求。
隨著社會經濟發展和科學技術進步，變電站逐漸發展為無人值守的智能化集成化監控，文章以云南電網公司文山供電局開發智能紅外熱成像無人監控系統為例，闡述紅外熱成像智能視頻監控系統開發的技術要點。
關鍵詞：紅外熱成像技術;智能視頻監控;變電站
電力系統作為國民經濟運行中至關重要的組成部分，其性能的好壞決定了市場經濟發展以及人們生產生活的順利進行。
隨著改革開放的不斷深入，我國的市場經濟發展迅速，因此對電力系統的安全可靠性要求越來越嚴格。
而變電站電力設備監控在確保電力系統運行安全方面具有重要作用。
現階段電力設備監控基本上采用人員定期巡檢的方式，缺乏智能化監控手段，在預防電力設備故障方面不夠嚴謹。
目前文山供電局變電站普遍采用了熱紅外成像智能視頻監控管理技術，本文將探討該智能視頻監控系統的具體開發與運行。
1 智能紅外熱像無人監控系統開發背景與可行性研究
1.1 系統開發背景及意義
20世紀90年代末，美國大部分變電站廣泛運用了智能紅外線熱成像視頻監控技術，該技術根據自然界一切溫度高于絕對零度(-273 ℃)物體能夠每時每刻反射載有物體特征信息的紅外線的特性，從而設計出一種能夠判別被側目標溫度高低和熱分布場的技術，而利用光電紅外探測器將物體的發熱部位發射出的熱輻射功率信號轉換成電信號后，再通過成像裝置將物體表面的空間溫度分布精確的模擬出來，最終形成影像。
我國對于熱紅外城鄉技術研究和運用起步較晚，主要以制冷式紅外成像設備為主，但是由于該設備使用環境和自身條件的限制，制冷式紅外成像技術應用面較窄。
近年來，隨著社會經濟發展和科學技術進步，我國變電站逐漸發展為無人值守的智能化集成化監控。
而智能紅外熱成像無人監控系統開發與實施有利于彌補當前采用容值測量和局部放電難以全面排查缺陷設備的技術空缺，能夠減少現場事故，提高電網運行的安全性。
1.2 系統開發可行性與必要性
紅外熱成像智能視頻監控系統的可行性主要表現在以下兩個方面：一是項目負責人均為電力系統自動化專業，擁有從事該壓試驗和一次設備技術監督和管理工作經驗，理論知識扎實，實踐經驗豐富。
二是實驗條件。
文山供電局均配置有紅外測溫儀，并積累了豐富的歷史數據，在建設紅外熱成像智能監控系統時，可以與之前人工測溫所得數據進行比較分析，從而改進設計路線和構思，優化系統構建方案，完善電氣設備溫度數據庫。
2 智能紅外熱像無人監控系統開發系統結構及創新點
2.1 系統結構
項目研究成果主要由現場單倉云臺與紅外熱像儀監控設備、變電站智能紅外熱像無人監控系統、終端電腦三部分組成。
2.2 研究創新點
具備國內首創的一線通特點，可以通過光纖通訊接口實時傳輸包含全部溫度數據的紅外視頻信號，真正做到溫度圖像的實時性;同時還可以對云臺和傳感器焦距進行遠程實時控制，真正做到了接線更少，安裝更簡便。
研究成果在輸出容量、輸出頻率以及選擇頻率自動測試的領域比同類裝置有明顯創新，由于其他同類設備沒有針對電容器測試的技術配套參數，且測試頻率不可調整，測試時間長達數小時。
本項目提出的創新技術路線，采用頻率可調整的方法，對于電容器而言一般只需要1～30 k范圍的快速測試，幾分鐘即可完成。
同時如果需要對絕緣材料的老化進行深入研究，該裝置也可選擇超低頻段，或者全覆蓋頻率的測試。
3 紅外熱成像智能視頻監控技術要點分析
3.1 在線紅外監測方式及拓撲結構
該系統的在線紅外監測方式采用三組紅外云臺監控前端設備，分別安裝與位置優越的建筑物樓頂，通過光纖進入網絡主控室，實現對設備的控制機紅外圖像采集。
3.2 紅外圖像實時分析與處理
系統通過廣電紅外探測器將物體發熱部位的輻射功率信號轉換成電信號后，成像裝置便能夠一一對應地模擬被測物體表面溫度的空間分布，最后經過LX60TM系統軟件平臺進行處理后，采用測控與分析一體化模式，即同時承擔硬件控制，形成熱圖像視頻信號，傳送至顯示屏幕上，經過數據讀取分析與可視化處理后，得出與物體表面熱分布相對應的熱成像圖。
紅外熱像儀可控制熱像儀的聚焦、放大縮小、色板、溫度范圍、目標參數等設置。
分析功能實時監測設備的溫度變化：點、線、區域測溫設置，自動追蹤某一區域內的溫度最高點，設定等溫線顯示高溫區域;定時、定位自動對紅外熱圖像存儲、分析，發現異常情況，自動報警，分析故障設備溫度變化的歷史曲線。
3.3 監控系統接入內網安全性
本次研究的智能紅外線視頻監控系統應用了網絡層監控技術、應用層監控技術、外設監控技術以及系統監控技術。
網絡層監控技術規范了系統IP地址訪問權限和端口訪問權限，對異常故障有實時報警功能。
報警條件有高于、低于、區間之內、區間之外4種方式供選擇，可通過電網公司短信平臺對故障設備進行短信報警。
3.4 云臺控制技術
云臺控制技術支持遠程聚焦、變倍、光圈調整，能夠對八個方向進行智能控制。
同時云臺控制裝置能夠設置80個以上的預置位，并且對預置位有添加、修改、刪除、清空等操作功能。
每一組云臺對多個點位也就是預置位進行循環監控，并根據每一個預置位的巡航設置信息與報警設置信息進行數據實時處理。
3.5 圖像智能識別技術
該系統中利用計算機對顯示圖像具有分析和解析的功能，將物體中以熱輻射為信號的圖像進行智能分析和處理，抓住物體圖像的特點，支持溫標、等溫線紅外圖像分析功能等溫線即在某個設定的溫度范圍內的所有溫度點都以同一種顏色進行顯示，從而突出被關注的區域。
4 系統試運行與驗收測試
通過本項目的實施，改變了我局沒有智能紅外熱像無人監控的局面，2012年11月我們在220 kV文山變電站進行了測試，測試前由南京藍芯電力技術有限公司技術人員進行了試驗培訓，紅外熱成像雙視在線監控預警系統硬件(監控主機、交換機、光纖轉換器、云臺、攝像頭、溫濕度傳感器、交流電壓變送器等)、軟件設備功能(自動巡檢控制功能、報警功能、設備溫濕度顯示準確率、溫度報警顯示正確率等)試運行檢查結果正常，整個系統運行、使用情況良好。
5 結 語
變電站紅外熱成像智能視頻監控技術實現了變電站內關鍵設備溫度在線實時監測，提前發現安全隱患，為電力系統安全正常運行提供科學參考數據。
此外該技術攻克了變電站電氣設備運行維護難度大的難題，節省了大量的成本投入，其經濟效益顯著。
變電站采用紅外熱成像實現在線智能視頻監控，有效提高了用電管理水平，降低服務成本，提高了供電質量，幫助電力企業樹立安全可靠、值得信賴的企業形象。
參考文獻：
[1] 鄭裕林.紅外視頻監控技術在城市監控報警聯網系統的應用[J].警察技術，2010，(7).
[2] 呂立波.紅外熱成像技術及其在安防領域中的應用[J].中國公共安全(綜合版)，2008，(7).
[3] 雷玉堂.紅外熱成像技術及在智能視頻監控中的應用[J].權威論壇，2010，(8).
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