遠距離激光夜視攝像機系統的原理與應用
發布日期：2023-06-30 14:29 瀏覽次數：
最基本的超遠間隔紅外激光夜視體系，由大功率半導體激光器LD、驅動控制器、光學擴束準直鏡頭、攝像機及其長焦距鏡頭、傳輸體系及監督器等組成。大功率半導體激光器LD，經過大電流驅動與控制，發射出人們肉眼看不到的紅外光線去照亮被拍照的方針物體。但由于激光的光束細、亮度高，因而必須要依據所監督的遠間隔方針的間隔和規模，經過光學擴束準直鏡頭將紅外光束擴束照亮到所監督規模的方針場景。紅外線經物體反射后進入攝像機的長焦距鏡頭到光敏面上成像。這時咱們所看到的是由紅外線反射所成的印象，而不是可見光反射所成的印象，即此刻由超低照度攝像機可拍照到黑暗環境下肉眼看不到的印象。這種印象，再經過傳輸體系送到監控中心去記載與顯示。
紅外光傳輸應注意的幾個技能問題及處理措施
由于是1km以上的超遠間隔紅外光波傳輸，就有幾個應注意的技能問題。
1、在空氣中傳輸的質量受氣候的影響較大。
2、在任何大氣傳輸鏈路中，都有幾個需求考慮的要素（即引起傳輸信號衰減的原因）。
大氣中分子的吸收
LED和LD發光的大氣傳輸體系的信號丟失，主要是由其傳輸介質——大氣的吸收引起的。由于光束從氣體中穿過時，總會發生必定程度的分子吸收。而且，空氣對某些波長的光吸收得特別厲害，這些波長底子無法用于信號傳輸。由大氣吸收引起的衰減尚可承受的波段稱為大氣透射窗（atmosphericwindows）。這種大氣透射窗波段的數據在各類文獻中都能夠查到，因而一切的LED和LD的體系都必須在這個大氣透射窗內的波長上作業。
空氣中的微粒吸收
空氣中的微粒，如塵埃和煙霧，是另外一個引起光信號吸收的要素。明顯大氣中總是或多或少地含有一些這樣的微粒，尤其在水體鄰近，這類顆粒的含量有時非常高。在這些當地，一般總是盡量將光設備安裝得離地面高一些，以改善光傳輸的作用。
霧氣的吸收與散射
霧氣也是引起嚴峻紅外吸收的要素，并且霧氣還會使光發生前、后向散射。因而，在多霧的區域，必須依據當地的氣候來挑選光收發設備的作業時段，由于起霧的時候體系將無法正常作業。
大氣紊亂性的影響
大氣具有必定程度的紊亂性，它除了會造成信號損耗外，還會給信號摻入噪聲。如風會引起大氣亂流，而大氣亂流又會導致信號路徑上空氣的折射率發生變化。這種現象與陽光曝曬下的地區發生熱浪、引起空中樓閣的現象相似。這種影響最終是將紅外光束折射到無法確認的其它方向，從而使攝像機拍不到所需監控的方針。
由此可知，由于紅外光波傳輸技能是在空氣介質中傳輸，因而其傳輸質量受氣候的影響較大。一般，晴天對傳輸質量的影響最小，而雨、雪和霧天對傳輸質量的影響較大。經測驗，紅外光波傳輸受氣候影響的衰減經驗值為：晴天5~15dB/Km；雨天20~50dB/Km；雪天50~150dB/Km；霧天50~300dB/Km。目前處理這個問題，一般選用更高功率的LD管、更先進的光學器件和多光束。
實際上，對超遠間隔紅外激光夜視體系來說，主要受上述空氣中的微粒、霧氣等吸收和散射的影響，同步脈沖間隔選通技能能較好地處理這一問題。
同步脈沖間隔選通技能
間隔選通(Range-Gate)技能，實際上主要有二個要害：一是要有脈沖激光束照射技能，即所發射的激光是可控制的脈沖式的；二是要有能高速開通和封閉的強化CCD，且其開關速度達幾百ns，而且還要與激光束脈沖堅持嚴格同步。這樣，就可使調查人員選定特定的調查間隔，從而可輕易地消除其他間隔內水珠、霧、雪、沙塵等發生的強散射光與反射光的干擾。由于CCD大部分時間是封閉的，不接收這些干擾光，所以就不會在CCD上顯像。
激光的安全影響了運用
為處理氣候對光波傳輸質量的影響，往往加大激光二極管的功率。但超越必定功率電平的激光對人眼可能會發生影響，因而人體可能被激光體系開釋的能量傷害。所以，為添加夜視間隔，激光功率不能無限制地加大。
超遠間隔的紅外激光夜視體系的幾個主要部件的挑選
人的眼睛能看到的可見光波長從長到短為0.78μm、0.38μm，其顏色擺放依次為紅、橙、黃、綠、青、藍、紫。比紫光波長更短的光叫紫外線，比紅光波長更長的光叫紅外線。利用紅外光源，能發出人們肉眼看不到的紅外光線去照亮被拍照的物體，紅外線經物體反射后進入鏡頭到CCD上成像，這時即可拍照到黑暗環境下肉眼看不到的印象。
目前市場廣泛運用的紅外光源有LED紅外燈、微陣列LED紅外燈、鹵素濾光型紅外燈等。但這幾種紅外燈在照射間隔、功耗、效率等方面都存在必定局限性，而不適用于1km以上的超遠間隔夜視監控。因而，這種體系必須選用近紅外大功率半導體激光光源照明，咱們選用國產半導體激光二極管LD，其波長為808nm，功率依據所需間隔有1W-10W等。
攝像機的挑選
眾所周知，固體攝像機有CMOS與CCD兩種。同CCD一樣，CMOS圖畫傳感芯片對紅外非可見光波也有反響，但它在890-980nm規模內其靈敏度比CCD圖畫傳感芯片的靈敏度要高出許多，并隨波長添加而衰減的梯度也慢一些。跟著CMOS圖畫芯片的飛速發展，其噪音信號進一步壓低，星光級的CMOS攝像機也將面市。而低功耗、高集成、小體積只要CMOS圖畫傳感器才能辦到，因而可作成襯衫鈕扣、西裝鈕扣般大小的CMOS攝像機。加上相應的紅外光源愈加小型化產品，以及高效能電池的推出，這樣第三只眼睛將會無處不在。帶上一副夜視眼鏡和一頂配有紅外光源和CMOS超微型攝像機的帽子，黑夜將好像白天。明顯，這將改動咱們整個社會生活的面貌。
由于咱們運用國產半導體激光二極管LD的波長為808nm，因而挑選CCD攝像機。但值得注意的是，1/4"CCD不能用于15m以上紅外夜視的有用間隔，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，超遠間隔的夜視攝像機多選1/2"的CCD。
一般，夜視攝像機要求不加紅外燈時CCD的最低照度不超越0.02LUX，而有些攝像機制造商或銷售商虛報最低照度，使夜視有用間隔大大下降，因而需求具體測驗。月光級和星光級等增感度攝像機可在很暗的條件下作業，但有些反光系數小的當地仍是達不到要求，如沙漠，綠洲，林區等。在這種情況下，就需求選用由高功能成像增強器和CCIR制式的是非CCD經過纖維面板和光錐直接耦合而成的微光夜視攝像機。
鏡頭的挑選
攝像機鏡頭是紅外夜視監控體系的要害設備，它的質量（目標）好壞直接影響到整套體系的成像作用，因而，鏡頭挑選是否恰當既關系到體系質量，又關系到工程造價。普通的光學鏡頭，物體反射回鏡頭的紅外光不能有用聚集到CCD靶面上，此刻紅外夜視作用就會大打折扣，因而最好選用紅外鏡頭。
挑選鏡頭時一般應注意以下幾點：
鏡頭的成像尺度應與攝像機CCD靶面尺度一致，即選1/2或以上尺度的鏡頭。依據攝像機被監控方針的間隔，挑選鏡頭的焦距(其計算公式可參見本人編著的《電視監控技能》第一章第三節)，鏡頭焦距確認后，則由攝像機靶面決議視野。
鏡頭的分辨率與透光率要到達要求。適宜的光圈或通光量此外，除攝像機鏡頭外，還要依據調查場景的大小與間隔挑選適宜的激光擴束準直鏡頭，使激光束能照亮所需監控的場景，以便監控場景的反射光能被CCD攝像機所接收。
傳輸體系的挑選
一般監控視頻圖畫的傳輸通常選用下述四種辦法：
1、網絡傳輸。
2、無線傳輸。
3、同軸電纜傳輸。
4、雙絞線傳輸這四種辦法各自的好壞，業界工程技能人員均已熟知，就不加介紹了。一般監控中心間隔近，多選用同軸電纜傳輸，至于其他的傳輸方法，則看其時當地的條件了。
監督器的挑選
監器的挑選規范有兩條：
是非與彩色要與攝像機般配
所選用的監督器的清晰度要高于(最好高一檔)所選用的攝像機的清晰度目標需求注意的是，不要以為攝像機的清晰度目標為400線，則選用清晰度為400線的監督器就夠了。假如這樣配置的話，那所顯示的圖畫清晰度就會只要300線左右。由于所謂400線的清晰度是指在用攝像機攝取規范測驗卡時，在測驗卡上400線時的視頻信號輸出起伏為在100線時視頻信號起伏的40%左右，而監督器的清晰度也是如此界說的。因而，將它們般配時就會使得在400線時的視頻信號輸出起伏只要16%，而40%的位置就會下降移至300線左右了。所以，要想充沛顯示攝像機的清晰度功能，就應當選用高一檔清晰度的監督器。雖然價格要貴一些，但能充沛顯示出體系的優勢和目標特征。
防護罩的挑選
防護罩對紅外燈的作用也有影響，紅外光在傳輸過程中，經過不同介質，其透射率和反射率也不同。不同的視窗玻璃，特別是主動除霜鍍膜玻璃，對紅外光的衰減也不同。因超遠間隔夜視體系的運用場合都比較特別，所以對防護罩的產品質量及防護要求都比較高。因而，在挑選防護罩時，都應綜合進行考慮。
超遠間隔的紅外激光夜視體系的使用
超遠間隔紅外激光夜視體系可廣泛使用在：邊防夜視監控、海防夜視監控、海事遠間隔監督(如港口黑夜監控近海輪船等)、防汛遠間隔監督、森林防火監控、城市環境檢測遠程監督、油田夜間監督、海堤長間隔監督、公安夜間監督、監獄圍墻的夜間監督、鐵路火車機場全天候監督等需求遠間隔夜視監控的場所。
現以深圳山田光學有限公司所研發的超遠間隔軍用激光紅外夜視體系在邊防、海防、軍事設施和車載夜視偵察、指揮體系的使用為例，闡明其使用的廣泛與重要性。
咱們出產 激光夜視儀、激光夜視攝像機、紅外熱成像攝像機、遠間隔監控攝像機、森林防火攝像機、防海防監控、雙光譜攝像機、三光譜攝像機、長焦電動變倍監控鏡頭。
標簽：
