远距离激光夜视摄像机系统的原理与应用
发布日期：2023-06-30 14:29 浏览次数：
最基本的超远间隔红外激光夜视体系，由大功率半导体激光器LD、驱动控制器、光学扩束准直镜头、摄像机及其长焦距镜头、传输体系及监督器等组成。大功率半导体激光器LD，经过大电流驱动与控制，发射出人们肉眼看不到的红外光线去照亮被拍照的方针物体。但由于激光的光束细、亮度高，因而必须要依据所监督的远间隔方针的间隔和规模，经过光学扩束准直镜头将红外光束扩束照亮到所监督规模的方针场景。红外线经物体反射后进入摄像机的长焦距镜头到光敏面上成像。这时咱们所看到的是由红外线反射所成的印象，而不是可见光反射所成的印象，即此刻由超低照度摄像机可拍照到黑暗环境下肉眼看不到的印象。这种印象，再经过传输体系送到监控中心去记载与显示。
红外光传输应注意的几个技能问题及处理措施
由于是1km以上的超远间隔红外光波传输，就有几个应注意的技能问题。
1、在空气中传输的质量受气候的影响较大。
2、在任何大气传输链路中，都有几个需求考虑的要素（即引起传输信号衰减的原因）。
大气中分子的吸收
LED和LD发光的大气传输体系的信号丢失，主要是由其传输介质——大气的吸收引起的。由于光束从气体中穿过时，总会发生必定程度的分子吸收。而且，空气对某些波长的光吸收得特别厉害，这些波长底子无法用于信号传输。由大气吸收引起的衰减尚可承受的波段称为大气透射窗（atmosphericwindows）。这种大气透射窗波段的数据在各类文献中都能够查到，因而一切的LED和LD的体系都必须在这个大气透射窗内的波长上作业。
空气中的微粒吸收
空气中的微粒，如尘埃和烟雾，是另外一个引起光信号吸收的要素。明显大气中总是或多或少地含有一些这样的微粒，尤其在水体邻近，这类颗粒的含量有时非常高。在这些当地，一般总是尽量将光设备安装得离地面高一些，以改善光传输的作用。
雾气的吸收与散射
雾气也是引起严峻红外吸收的要素，并且雾气还会使光发生前、后向散射。因而，在多雾的区域，必须依据当地的气候来挑选光收发设备的作业时段，由于起雾的时候体系将无法正常作业。
大气紊乱性的影响
大气具有必定程度的紊乱性，它除了会造成信号损耗外，还会给信号掺入噪声。如风会引起大气乱流，而大气乱流又会导致信号路径上空气的折射率发生变化。这种现象与阳光曝晒下的地区发生热浪、引起空中楼阁的现象相似。这种影响最终是将红外光束折射到无法确认的其它方向，从而使摄像机拍不到所需监控的方针。
由此可知，由于红外光波传输技能是在空气介质中传输，因而其传输质量受气候的影响较大。一般，晴天对传输质量的影响最小，而雨、雪和雾天对传输质量的影响较大。经测验，红外光波传输受气候影响的衰减经验值为：晴天5~15dB/Km；雨天20~50dB/Km；雪天50~150dB/Km；雾天50~300dB/Km。目前处理这个问题，一般选用更高功率的LD管、更先进的光学器件和多光束。
实际上，对超远间隔红外激光夜视体系来说，主要受上述空气中的微粒、雾气等吸收和散射的影响，同步脉冲间隔选通技能能较好地处理这一问题。
同步脉冲间隔选通技能
间隔选通(Range-Gate)技能，实际上主要有二个要害：一是要有脉冲激光束照射技能，即所发射的激光是可控制的脉冲式的；二是要有能高速开通和封闭的强化CCD，且其开关速度达几百ns，而且还要与激光束脉冲坚持严格同步。这样，就可使调查人员选定特定的调查间隔，从而可轻易地消除其他间隔内水珠、雾、雪、沙尘等发生的强散射光与反射光的干扰。由于CCD大部分时间是封闭的，不接收这些干扰光，所以就不会在CCD上显像。
激光的安全影响了运用
为处理气候对光波传输质量的影响，往往加大激光二极管的功率。但超越必定功率电平的激光对人眼可能会发生影响，因而人体可能被激光体系开释的能量伤害。所以，为添加夜视间隔，激光功率不能无限制地加大。
超远间隔的红外激光夜视体系的几个主要部件的挑选
人的眼睛能看到的可见光波长从长到短为0.78μm、0.38μm，其颜色摆放依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。比紫光波长更短的光叫紫外线，比红光波长更长的光叫红外线。利用红外光源，能发出人们肉眼看不到的红外光线去照亮被拍照的物体，红外线经物体反射后进入镜头到CCD上成像，这时即可拍照到黑暗环境下肉眼看不到的印象。
目前市场广泛运用的红外光源有LED红外灯、微阵列LED红外灯、卤素滤光型红外灯等。但这几种红外灯在照射间隔、功耗、效率等方面都存在必定局限性，而不适用于1km以上的超远间隔夜视监控。因而，这种体系必须选用近红外大功率半导体激光光源照明，咱们选用国产半导体激光二极管LD，其波长为808nm，功率依据所需间隔有1W-10W等。
摄像机的挑选
众所周知，固体摄像机有CMOS与CCD两种。同CCD一样，CMOS图画传感芯片对红外非可见光波也有反响，但它在890-980nm规模内其灵敏度比CCD图画传感芯片的灵敏度要高出许多，并随波长添加而衰减的梯度也慢一些。跟着CMOS图画芯片的飞速发展，其噪音信号进一步压低，星光级的CMOS摄像机也将面市。而低功耗、高集成、小体积只要CMOS图画传感器才能办到，因而可作成衬衫钮扣、西装钮扣般大小的CMOS摄像机。加上相应的红外光源愈加小型化产品，以及高效能电池的推出，这样第三只眼睛将会无处不在。带上一副夜视眼镜和一顶配有红外光源和CMOS超微型摄像机的帽子，黑夜将好像白天。明显，这将改动咱们整个社会生活的面貌。
由于咱们运用国产半导体激光二极管LD的波长为808nm，因而挑选CCD摄像机。但值得注意的是，1/4"CCD不能用于15m以上红外夜视的有用间隔，由于1/4"CCD的光通量只要1/3"CCD的50%。而CCD尺度大，承受的光通量大；CCD尺度小，承受的光通量就少。所以，超远间隔的夜视摄像机多选1/2"的CCD。
一般，夜视摄像机要求不加红外灯时CCD的最低照度不超越0.02LUX，而有些摄像机制造商或销售商虚报最低照度，使夜视有用间隔大大下降，因而需求具体测验。月光级和星光级等增感度摄像机可在很暗的条件下作业，但有些反光系数小的当地仍是达不到要求，如沙漠，绿洲，林区等。在这种情况下，就需求选用由高功能成像增强器和CCIR制式的是非CCD经过纤维面板和光锥直接耦合而成的微光夜视摄像机。
镜头的挑选
摄像机镜头是红外夜视监控体系的要害设备，它的质量（目标）好坏直接影响到整套体系的成像作用，因而，镜头挑选是否恰当既关系到体系质量，又关系到工程造价。普通的光学镜头，物体反射回镜头的红外光不能有用聚集到CCD靶面上，此刻红外夜视作用就会大打折扣，因而最好选用红外镜头。
挑选镜头时一般应注意以下几点：
镜头的成像尺度应与摄像机CCD靶面尺度一致，即选1/2或以上尺度的镜头。依据摄像机被监控方针的间隔，挑选镜头的焦距(其计算公式可参见本人编著的《电视监控技能》第一章第三节)，镜头焦距确认后，则由摄像机靶面决议视野。
镜头的分辨率与透光率要到达要求。适宜的光圈或通光量此外，除摄像机镜头外，还要依据调查场景的大小与间隔挑选适宜的激光扩束准直镜头，使激光束能照亮所需监控的场景，以便监控场景的反射光能被CCD摄像机所接收。
传输体系的挑选
一般监控视频图画的传输通常选用下述四种办法：
1、网络传输。
2、无线传输。
3、同轴电缆传输。
4、双绞线传输这四种办法各自的好坏，业界工程技能人员均已熟知，就不加介绍了。一般监控中心间隔近，多选用同轴电缆传输，至于其他的传输方法，则看其时当地的条件了。
监督器的挑选
监器的挑选规范有两条：
是非与彩色要与摄像机般配
所选用的监督器的清晰度要高于(最好高一档)所选用的摄像机的清晰度目标需求注意的是，不要以为摄像机的清晰度目标为400线，则选用清晰度为400线的监督器就够了。假如这样配置的话，那所显示的图画清晰度就会只要300线左右。由于所谓400线的清晰度是指在用摄像机摄取规范测验卡时，在测验卡上400线时的视频信号输出起伏为在100线时视频信号起伏的40%左右，而监督器的清晰度也是如此界说的。因而，将它们般配时就会使得在400线时的视频信号输出起伏只要16%，而40%的位置就会下降移至300线左右了。所以，要想充沛显示摄像机的清晰度功能，就应当选用高一档清晰度的监督器。虽然价格要贵一些，但能充沛显示出体系的优势和目标特征。
防护罩的挑选
防护罩对红外灯的作用也有影响，红外光在传输过程中，经过不同介质，其透射率和反射率也不同。不同的视窗玻璃，特别是主动除霜镀膜玻璃，对红外光的衰减也不同。因超远间隔夜视体系的运用场合都比较特别，所以对防护罩的产品质量及防护要求都比较高。因而，在挑选防护罩时，都应综合进行考虑。
超远间隔的红外激光夜视体系的使用
超远间隔红外激光夜视体系可广泛使用在：边防夜视监控、海防夜视监控、海事远间隔监督(如港口黑夜监控近海轮船等)、防汛远间隔监督、森林防火监控、城市环境检测远程监督、油田夜间监督、海堤长间隔监督、公安夜间监督、监狱围墙的夜间监督、铁路火车机场全天候监督等需求远间隔夜视监控的场所。
现以深圳山田光学有限公司所研发的超远间隔军用激光红外夜视体系在边防、海防、军事设施和车载夜视侦察、指挥体系的使用为例，阐明其使用的广泛与重要性。
咱们出产 激光夜视仪、激光夜视摄像机、红外热成像摄像机、远间隔监控摄像机、森林防火摄像机、防海防监控、双光谱摄像机、三光谱摄像机、长焦电动变倍监控镜头。
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