关于国内激光夜视照明的研究

摘要：

主动红外监控是安防监控的重要手段，目前市场上的主动红外摄像机主要有LED红外和激光红外两类。LED红外受光强度和技术水平限制，很难实现80m以上的夜视监控，也很难实现50m以上的清晰照明;近年来，国内激光红外技术飞速发展，监控距离和照明亮度都远超过LED红外灯，且性能优越。本文结合浪潮华光研究经验，对国内激光夜视的研究情况进行了总结，介绍了激光红外监控的系统组成和激光红外技术的优点及发展现状，为客户及工程商选择合适的红外监控设备提供借鉴。

1.引言

夜视监控是指摄像机在夜晚或低照度的环境下呈现较为清晰的目标画面，该技术借助于光电成像器件实现夜间对目标的监控观察 [1]。夜视技术主要分为主动红外技术、被动红外技术、微光夜视技术，其中，在民用领域应用最广泛的当属主动红外夜视技术。主动红外技术自上世纪60年代由美国贝尔实验室研发以来，技术水平经历了飞速发展，由光电转换效率仅有5%的红外灯泡，到现在发光效率高达60%以上的激光红外照明模组。现今主动红外夜视领域主要包括LED红外技术及激光红外技术。LED红外技术主要是使用850nm附近波长的LED红外灯作为监控摄像机的照明光源，发光效率最高在30%左右;激光红外技术主要是使用810nm、860nm、940nm等波长的激光器作为监控摄像机的照明光源。

LED红外技术经过多年的发展，目前统治着民用安防照明市场。但由于LED红外技术的局限性和LED发光效率的限制，不能实现80m以上的夜视监控，且50m以上成像不够清晰。这些问题都需要激光夜视技术的推广来解决。

近年来，随着国内激光红外技术研发速度的不断加快和推广力度的不断加强，运用激光红外照明技术，可以实现几十米甚至几公里的监控要求。本文总结了国内激光夜视近年来在照明距离、光源寿命、镜头搭配等领域的发展成果。

2.激光夜视监控的系统组成

激光夜视监控系统主要由激光照明模组、监控摄像机、机械线路及显示部分组成。

2.1激光照明模组

激光照明模组是激光夜视的照明部件，半导体激光具有功率高、准直性好的优势，所以激光照明距离远，可以轻松实现100米至几公里的夜视监控照明。激光照明模组使用半导体激光器，但大功率半导体激光器常采用宽条形结构，存在光束发散角大、光强分布不对称的问题[2]，所以半导体激光器需要经过光斑匀化。图1为浪潮华光激光器经过匀化技术后的激光光斑。

光斑匀化后，还需要使用光学扩束镜配合来实现激光照明。对于不同的环境要求，可以实现定焦照明和变焦照明。我公司激光器可实现30m、50m、100m等不同距离的定焦照明，也可实现从20m到200m或更远距离的变焦照明。

2.2激光夜视摄像机选择

摄像机使用的光敏元件主要有两种：CCD(Charge Coupled Device　电荷耦合元件)、CMOS(Complementary metal-Oxide Semiconductor　金属氧化物半导体元件)。两种光敏元件都有较宽的感应光谱，图2为Si基CMOS的感应光谱图， 图3为黑白CCD的感应光谱。可以看出两种光敏器件在近红外区域，光敏强度随着波长增加而降低。现今民用激光照明光源波长一般是810nm，LED红外波长为850nm，也就是说相同光强度下，合适的摄像机对于激光波长的感应更敏感，成像更清晰。

为保证成像质量，避免红外光与可见光的相互干扰，摄像机的光敏元件前一般有滤光片，在选择激光夜视摄像机时，其中的滤光片必须能透过810nm波长附近的光。

3.激光夜视的优势及国内研究情况

3.1照明距离远

激光器件光功率高光束发散性小，有利于进行激光光束整形，可以实现比LED点阵和LED阵列更远距离的夜视照明。一般情况下， 激光夜视监控的作用距离与激光发射功率、照明角度、大气环境 、目标反射率、成像系统特性等都有直接关系: