弱电信息化基础：安防视频监控中的自然光源.docx

弱电信息化基础：安防视频监控中的自然光源视频监控系统中使用的光源有自然光源和人造光源两类。 由自然过程产生辐射的辐射源为自然光源，由于它是客观存 在的，人们只能对其研究和利用，不能改变其发光特性。自 然光源包括太阳、月亮（反射的日光）和星星，它们发出的 光包括所有的可见光波段，而且还包含有不可见光，因此属 于宽频带的光源。人造光源可以是宽频带的，也可以是窄频 带（只发出某种频率范围）的。黑白摄像机在宽频和窄频光 源下都可以正常工作，而彩色摄像机要考虑颜色再现，只能 在宽频光源下工作。日光太阳是最重要的自然光源，人的视觉观察活动主要是在太 阳照明下进行的，我们在地球上研究、利用太阳的辐射。地 球自转引起太阳的时相变化，地球绕太阳沿椭圆形轨道的公 转引起地球和太阳之间距离的周年变化，地球大气状态的变 化，以及观察者地理位置的不同，都将引起接收的太阳辐射 量的不同。在地球上看到的太阳是一个发光圆盘，在地球和太阳的距 离为平均距离时，其角直径为32,对应的立体角约为7x10W。 这时，太阳在大气层外和辐射方向垂直的外表上形成的辐照 度值£e=1390W/nR在天空较晴朗、太阳位于天顶的情况下, 太阳在海平面形成的光照度约为Ev= 1.24x1051mzm2。由于地 球和太阳间距离的变化引起的太阳形成的辐照度和光照度 的变化不超过±3.5%。白天，地球外表照度的约1/5是天空这个自然光源形成的, 天空光中的绝大局部，是地球大气对太阳光散射形成的，大 气辐射只占极少局部。太阳的光谱中含有频率连续不同颜色的光（近红外、红、 橙、黄、绿、蓝、靛、紫、紫外等），黑白摄像机和彩色摄 像机对其都很敏感，CCD摄像机对可见光和近红外光都很敏 感。在上午的前几个小时和黄昏的最后几个小时，日光光谱 中的橙红色所占比例较大，所以被摄场景也会略呈橙色；在 中午，日光非常明亮，被摄场景反射的光线中，蓝光和绿光 所占比例大量增加，因此彩色摄像机内必须有一种自动白平 衡的控制调节机构，以调整一天当中色彩组成的变化，从而 使摄像机生成的图像能够较为逼真地反映被摄物的真实颜 色。此外，由于摄像机在室外较大的照度变化范围内工作， 还必须有一种自动光线控制机构（即自动光圈），以对照度 的变化进行补偿。月光和星光太阳落山后，如果没有人工照明，监控场景中就只有 天空的月光、星光等自然光。实际夜间的天空光由黄道 光（约占15%）、银河光（约占5%）、夜空光（约占 40%）,上述各光源的散射光（约占10%）、直射和散 射星光（约占30%）以及银河外辐射源辐射（小于1%） 等构成。由于夜间月光是太阳的反射光，所以它含有日 光中的大多数色光。但月光在地面上形成的照度较低， 从而使得彩色摄像机和人的眼睛无法进行很好的色彩还 原。表1列出了白天和夜间各种条件下自然光源在地面上形 成的照度的近似值。表1自然光源在地球外表形成的光照度自然条件 照度值lm/m 自然条件照度2）直射日光1x1031.3x103深黄昏完全白天光 1x1032x104满月白天，阴103弦月很暗的白天102星光黄昏(黎明)10阴天，星光表2列出了各种条件下接近地平线天空亮度 的近似值。自然条件光亮度值(cd/m2)自然条件104103102101晴朗的白天白天.阴白天，阴得很重日落时，阴天日落后0.25h,晴天日落后0.5h,晴天相当明亮的月光无月，晴朗夜空无月，阴天夜空