超遠距離紅外激光夜視系統(tǒng)的原理與應(yīng)用

目前市場廣泛使用的紅外光源有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距離、功耗、效率等方面都存在一定局限性，而不適用于1km以上的超遠距離夜視監(jiān)控。因此，這種系統(tǒng)必須采用近紅外大功率半導(dǎo)體激光光源照明，我們選用國產(chǎn)半導(dǎo)體激光二極管LD，其波長為808nm，功率根據(jù)所需距離有1W-10W等。

攝像機的選擇

眾所周知，固體攝像機有CMOS與CCD兩種。同CCD一樣，CMOS圖像傳感芯片對紅外非可見光波也有反應(yīng)，但它在890-980nm范圍內(nèi)其靈敏度比CCD圖像傳感芯片的靈敏度要高出許多，并隨波長增加而衰減的梯度也慢一些。隨著CMOS圖像芯片的飛速發(fā)展，其噪音訊號進一步壓低，星光級的CMOS攝像機也將面市。而低功耗、高集成、小體積只有CMOS圖像傳感器才能辦到，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(yīng)的紅外光源更加小型化產(chǎn)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，黑夜將如同白晝。顯然，這將改變我們整個社會生活的面貌。

由于我們使用國產(chǎn)半導(dǎo)體激光二極管LD的波長為808nm，因此選擇CCD攝像機。但值得注意的是，1/4CCD不能用于15m以上紅外夜視的有效距離，因為1/4CCD的光通量只有1/3CCD的50%。而CCD尺寸大，接受的光通量大；CCD尺寸小，接受的光通量就少。所以，超遠距離的夜視攝像機多選1/2的CCD。

一般，夜視攝像機要求不加紅外燈時CCD的最低照度不超過0.02LUX，而有些攝像機制造商或銷售商虛報最低照度，使夜視有效距離大大降低，因此需要具體測試。月光級和星光級等增感度攝像機可在很暗的條件下工作，但有些反光系數(shù)小的地方還是達不到要求，如沙漠，綠地，林區(qū)等。在這種情況下，就需要采用由高性能成像增強器和CCIR制式的黑白CCD通過纖維面板和光錐直接耦合而成的微光夜視攝像機。

鏡頭的選擇

攝像機鏡頭是紅外夜視監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，它的質(zhì)量（指標）優(yōu)劣直接影響到整套系統(tǒng)的成像效果，因此，鏡頭選擇是否恰當既關(guān)系到系統(tǒng)質(zhì)量，又關(guān)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效聚焦到CCD靶面上，此時紅外夜視效果就會大打折扣，因而最好選用紅外鏡頭。

選擇鏡頭時一般應(yīng)注意以下幾點：

鏡頭的成像尺寸應(yīng)與攝像機CCD靶面尺寸一致，即選1/2或以上尺寸的鏡頭。根據(jù)攝像機被監(jiān)控目標的距離，選擇鏡頭的焦距(其計算公式可參見本人編著的《電視監(jiān)控技術(shù)》第一章第三節(jié))，鏡頭焦距確定后，則由攝像機靶面決定視野。