激光夜视技术应用及其选型

激光夜视技术在中国出现已有将近十年的时间,它属于主动红外夜视技术的一种,其原理是将激光点光源通过光学扩散,达到夜间照明的目的,其波长多在808、940、980nm,属于近红外光。系统采用高通光量的夜视镜头接收目标反射光成像,再用低照度的CCD摄像机采集图像并输出。照明系统、成像镜头、摄像机三者作为系统的核心部件,互相配合,任何一个环节出现瓶颈都会导致整套系统达不到理想的效果。十年来,激光夜视厂家如雨后春笋般出现,各家参数、价格也参差不齐,给客户的选择造成了极大的困难,对行业本身也有较大冲击,激光夜视技术虽大有取代红外LED灯的趋势,但混乱的技术及市场状态也导致客户不敢贸然下决定使用,本文将从影响夜视距离及效果的各方面因素入手,帮助客户更好的理解激光夜视技术。

绝大多数客户打电话都会问到一个问题“你们的夜视产品能达到1000米吗?大概什么价格?”不同的厂家可能给出的回答大相径庭,夸张点说,甚至会有五到十倍的差价,这一定会让客户犯嘀咕,同样的技术,怎么差距会如此之大?价格低的是不是技术不成熟,价格高的是不是“半年不开张,开张吃半年”宰人,事实上,每一个生产型企业都不会拿自己的信誉开玩笑,出现这种情况的根本原因在于,各家对夜视距离的理解和观念存在差别。

先看一个较为复杂的计算公式:

激光夜视技术应用及其选型

上式中,R代表需要达到的夜视距离,θ代表激光扩散角度,f代表所选镜头焦距,D代表镜头的有效通光孔径,f/D就是我们熟知的镜头的F值,Ed代表所选摄像机的灵敏度阀值,其余ε、ρ、τ、μ等分别代表照明系统透过率、目标漫反射系数、成像系统透过率、大气衰减系数等很难由人为左右的参数。P为图像清晰成像所需要的光强度,可折算为夜视照明情况下需要的激光功率。

上式为理论计算数据,不可控参数取平均值,选用400mm,F3.6镜头,摄像机最低照度0.001LUX,看1000米,激光照明角度0.5度(照明直径8米),理论计算得激光实际上只需要不到1.5W,也就是说,1.5W激光,完全可以照到1000米,并且成像,但只能呈现出类似“手电筒”的效果,如下图:

 

激光夜视技术应用及其选型

同样一条路,下图在成本大体相当的情况下更换了配置,相信客户会更认可如下图看到的效果,效果差距如此明显。

不难想象,如果客户需要看更大的范围呢?前一种配置一定会更模糊,更暗,而后一种配置还可以在很大范围内保持清晰的效果,如下图:

激光夜视技术应用及其选型

由图可见,在1000米甚至更远的距离上,清晰成像不成问题。其范围,效果都不会和热成像有很大差距,关键看各核心部件的配置及配合情况。我们认为,真正性价比高的产品,不应该理解成在极限状态下,用最低的成本,达到客户要看到的距离,而是合理配置系统的各个部件,使其完美的发挥自身所有优势,在达到客户要求的基础上,真正为客户需求考虑,发挥产品应有的功能。能看1000米的设备,在200米距离上,不但不能识别,反倒什么也没法看,这样的产品能算真正看到1000米吗?

从公式上,我们应该深刻理解到的是,激光的选择,跟夜视距离的平方成正比,跟所选镜头F值的平方成正比,跟摄像机的灵敏度阀值成正比。而激光的扩散角,并不是我们想怎么做就怎么做,它要完全根据所选镜头的视场角来设计,设计小了,会出现“手电筒”,设计大了,会出现大量光成平方状的浪费,导致成本很高,但效果很不理想,除了三大影响效果的配件,实际使用上的操作也会大幅度的影响夜视效果,这就不得不提到系统的配合性问题,激光是否能够跟镜头联动,重点部位是否需要设定预置位,激光是否能够同步预制位等等一系列技术问题都需要考虑,对于整套系统来说,云台解码器也有必要和摄像头一起讨论。在此,结合我们将近十年的激光夜视开发经验,谈一谈如何真正做到“最具性价比”的配置,产品永远没有完美的时候,我们能做到的,也仅仅是逐步的去发现更合理的配置方案。

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