激光紅外夜視

自2000年以來，數字化監控市場得到了飛速的發展，國內誕生了一批新興的數字化監控產品生產企業，其中以數字化安防產品為代表的夜視技術應市場需求發展尤其迅速。

低照度CCD攝像機達不到夜視要求，使得監控系統一到晚上便馬上“失明”，激光紅外夜視系統的出現有效彌補了這一漏洞，成為夜間監視的佼佼者。

夜視技術已成為當前監控技術的一個重要組成部分。多年來，在直視監控技術的基礎上，夜視技術已得到迅速發展，而且已滲透到工業、農業、國防、公安、石油以及國民經濟和生活的各個部門和領域。夜視技術在公安業務中的應用，已愈來愈引起人們的高度重視。在重要場所的監控、首腦人物的警衞、重要文物的保護、安全檢查、交通管制、刑事偵察、消防工作、傳送情報等業務工作中，都將其作為重要手段。

當然，還有些地方如深海、森林深處、無燈光的倉庫、船艙、暗室等照度更低。對於一些不允許用燈光照明的特殊場所就得用夜視系統監控。其次，在地點上的隨機性更是顯而易見的。偷渡、走私在海上、海岸或邊陲，盜竊電器物資在荒野，偷伐樹木在林區。為防止不法分子的為非作歹，就必須進行監視。而這些地點由於地域廣闊，不能安裝照明設備，也只好利用夜視儀來幫忙了。 再次，在場合上有的是公開場合，也有的是秘密場合。為了能隱蔽監視，就不允許用照明設備。比如邊防出入境、走私、偷渡、販毒或其他重要機密部門的警衞暗哨，夜視系統是很好的幫手。

紅外激光遠距離夜視系統國外部分發達國家的技術較為成熟，可是由於設備外形笨重、價格昂貴（1千米遠距離的設備在10萬美金左右）等諸多因素的存在，加上我國的基本國情使得依靠進口來普及此類技術的可能性極小；安星公司聯合業內高級專家研製的紅外激光遠距離夜視系統，有效的擺脱了成本和外形設計的技術難關，使紅外激光夜視系統很快在邊防、油田、公安、海防、水庫大壩等領域得到推廣和應用。

激光夜視儀其夜間監控距離可達到5000米。

用在公安部門海陸兩地緝毒、緝私、警偵、追捕等方面，可以有效的在黑暗中監控不法分子的行蹤，極大的降低辦案追捕人員的人身安全威脅。

由於石油、工礦行業的工作現場和環境的特殊性，夜視系統的應用可以有效地解決空曠地的由於黑夜無法看清楚遠距離的設備免遭不法分子破壞，有效地提高人員的使用量，增加了安全性。為石油、工礦行業的安全防範和保衞工作實現了黑暗中遠距離監控的技術需求。外發生時指揮監控能及時瞭解黑暗裏的人員及設備狀況，據此做出有效的應急反應，可以有效比如：油井夜間監控，輸油管道的防盜油，井下的防水系統、天然氣系統的監視，以及在意的將損失控制為最小。

夜視儀在文物、金庫及重要倉儲、基地的應用

激光夜視系統採用激光照明系統、可變焦鏡頭、超低照度寬廣紅外攝像機、全方位雲台等設備，使用科學、先進的手段集合而成。主要特點是：

彩色轉黑白： 採用設計，，配合激光紅外照明系統，實現白天彩色晚上黑白的全天候實時監控。

激光光斑可調： 採用特殊激光電動鏡頭，可實時對激光光斑的照度角度和光強進行調整，實現了無盲區夜視。

監視距離遠 ： 可達1500-2000米。

照度低： 可在沒有包括星光的任何照明的黑暗環境下使用。

變焦範圍大 焦距從10-500mm連續可變。

光軸穩定性好 採用了光軸微調系統，在全變焦過程中，畫面沒有跑偏

或跳動。

本系統被廣泛應用在：邊防、海防、海事、防汛、森林防火、城市環境檢測、油田、海堤、公安、鐵路火車機車等需要遠距離夜視監控的場所。

紅外夜視系統的選擇最重要的問題是成套性，即紅外燈與攝像機、鏡頭、防護罩、供電電源、恆温系統的成套性。在設計方案時對所有器材綜合考慮設計，把它作為一個紅外低照度夜視監控系統工程來考慮設計。在考慮成套性時，特別要注意以下幾個問題。

紅外夜視，就是在夜視狀態下，攝像機的紅外作用部件會發出人們肉眼看不到的紅外光線去照亮被拍攝的物體，沒有紅外濾光鏡，不再阻擋紅外線進入CCD，紅外線經物體反射後進入鏡頭進行成像，這時我們所看到的是由紅外線反射所成的影像，而不是可見光反射所成的影像，即此時可拍攝到黑暗環境下肉眼看不到的影像。因為普通彩色攝像機用CCD只能感應可見光,這就造成夜間所拍攝影像很不清晰或看不到圖像。為了解決這個問題,許多生產紅外夜視攝像機的公司採用“紅外LED+感紅外彩色CCD”的技術， 紅外LED發光管品質一般，壽命只有2000-3000小時，攝像機只能使用不到一年就可能會產生故障，或因為單個紅外LED發光管功率較小，導致夜視攝像機照射距離較短。紅外燈的選擇直接關係到整套系統夜間的效果，市場廣泛使用的有LED紅外燈、微陣列LED紅外燈、鹵素濾光型紅外燈等。因以上幾種紅外燈在照射距離、功耗、效率等方面都存在一定侷限性，從而不適用於遠距離遼望監控。本系統採用國際成熟激光技術作為CCD照明輔助光源。

激光器的種類很多，但其製造原理基本相同。大多由激勵系統、激光物質和光學諧振腔三部分組成。激勵系統就是產生光能、電能或化學能的裝置。使用的激勵手段，主要有光照、通電或化學反應等。激光物質是能夠產生激光的物質，如紅寶石、鈹玻璃、氖氣、半導體、有機染料等。光學諧振控的作用，是用來加強輸出激光的亮度，調節和選定激光的波長和方向等。

可以有兩種方法對激光器進行分類。一種是從激活媒質的物質狀態面分類。這樣可分為氣體、液體、固體和半導體激光器。各類激光器各有特色。氣體激光器的單色性強，如氦—氖激光器的單色性比普通光源要高1億倍，而且氣體激光器工作物質種類繁多，因此可產生許多不同頻率的激光。但是，由於氣體密度低，激光輸出功率相應較小；固體激光器則正好相反，能量高，輸出功率大，但工作物質種類較少，而且單色性差；液體激光器的最大特點是激光的波長可以在一定範圍內連續變換。這種激光器特別適合於對激光波長有着嚴格要求的場合；半導體激光器的特點則是體積小，重量輕，安裝和使用比較方便，並且自身的熱量也不是很大。

另一種分類方式是按激活媒質的粒子結構來分類，可以分為原子、離子、分子和自由電子激光器。氦——氖激光器產生的激光是由氖原子發射的，紅寶石激光器產生的激光則是由鉻離子發射的。另外還有二氧化碳分子激光器，它的頻率可以連續變化。而且可以覆蓋很寬的頻率範圍。

經過我們多年實驗與研究發現：半導體激光器最適合應用以攝像機成像。半導體激光器即為激光二極管，記作LD。它是前蘇聯科學家H.Γ.巴索夫於1960年發明的。半導體激光器的結構通常由P層、N層和形成雙異質結的有源層構成。

半導體激光器的優點：尺寸小，耦合效率高，響應速度快，波長和尺寸與光纖或激光透鏡尺寸適配，可直接調製。

鏡頭是夜間監視的又一個最主要的組成部分，好比人的眼睛。人眼之所以能看到宇宙萬物，是由於憑眼球水晶體能在視網膜上結成影像的緣故；攝像機所以能攝影成像，也主要是靠鏡頭將被攝體結成影像投在攝像管或固體攝像器件的成像面上。因此説，鏡頭就是攝像機的眼睛。電視畫面的清晰程度和影像層次是否豐富等表現能力，受光學鏡頭的內在質量所制約。當今市場上常見的各種攝像機的鏡頭都是加膜鏡頭。加膜就是在鏡頭表面塗上一層帶色彩的薄膜，用以消減鏡片與鏡片之間所產生的色散現象，還能減少逆光拍攝時所產生的眩光，保護光線順利通過鏡頭，提高鏡頭透光的能力，使攝像機的畫面更清晰。因為普通鏡頭所渡的膜主要是濾紅外光，而我們夜視產品所需的鏡頭正是需要在紅外光部份有更高的透過率，並且要排除白天所有雜散光。如此便產生了一個矛盾，因為激光夜視攝像產品客户在白天也要求有很高的成像效果，並且又得保障晚上激光紅外光的高透過率。安星AIthink公司針對此問題研發出了系列日夜兩用攝像機來配合安星夜視專用鏡頭。因為可見光和紅外光的聚集面的不同，導致生成的圖像模糊；系統採用的多層鍍膜紅外校正鏡頭，可以更有效的抑制逆光時產生的重影及亂反射產生的耀斑，校正了可見光和紅外光之間的偏差，使白天和晚上圖像一樣清晰。

實現白天彩色晚上黑白的全天候實時監控，並且該系統鏡頭採用寬光譜鍍膜，光譜範圍從400∽850nm，而且是雙峯值鍍膜，除保證鏡頭在可見光範圍的高透過率外，在紅外部分也有高透過率。在使用紅外照明時，啓動長波通短波截至濾光片，大大提高圖像的清晰度。

焦距是焦點距離的簡稱。例如，把放大鏡的一面對着太陽，另一面對着紙片，上下移動到一定的距離時，紙片上就會聚成一個很亮的光點，而且一會兒就能把紙片燒焦成小孔，故稱之為“焦點”。從透鏡中心到紙片的距離，就是透鏡的焦點距離。對攝像機來説，焦距相當於從鏡頭“中心”到攝像管或固體攝像器件成像面的距離。焦距是標誌着光學鏡頭性能的重要數據之一，因為鏡頭拍攝影像的大小是受焦距控制的。如，在對同一距離的同一目標監視時，鏡頭的焦距越長，鏡頭的水平視角越窄，拍攝到景物的範圍也就越小；鏡頭的焦距越短，鏡頭的水平視角越寬，拍攝到的景物範圍也就越大。市場上小焦距值的鏡頭比較多，技術也相對比較成熟。但在遠距離監控項目中使用的鏡頭卻是掘指可數，一方面長焦距鏡頭所要求的技術難度較大，並且成本較高。另外長焦距鏡頭的使用領域也較窄，並且數量很少。所以國外的很多大的廠商都不願做這方面的投資，而國內的廠商又因為技術難度太大，基本生產不了，或是生產出來的鏡頭質量都不是很理想。如：光軸跑偏或跳動、光學分辨率較低、視場角窄、通光口徑小、還有就是驅動的電機及整體質量的把控上相比較都不是很成熟。在選擇鏡頭時我們都應該按上述的充分了解和綜合比較。

視場角是指攝像機鏡頭能涵蓋多大範圍的景物，通常以角度來表示，這個角度就叫鏡頭的視角。被監視的對象透過鏡頭在焦點平面上結成可見影像所包括的面積，是鏡頭的視場。但是在客户不瞭解視場角的情況下選擇鏡頭有可能就會用不了，裝上攝像後成像困難或是鏡頭在最短焦時所出來的圖像有黑邊。所以，在選擇攝像機的鏡頭時，鏡頭成像尺寸必須與攝像機像面的最佳尺寸一致。視場解的規格與攝像機的成像距離又有很大的關係。並且1/3像面的鏡頭在生產上有一定的技術難度。所以市場上基本以1/2的居多。同等焦距值時1/3像面的鏡頭較1/2的監視距離要遠得多。但成像分辨率區別並不大。安星AIthink公司所生產的系統鏡頭在確保了白天和晚上都能使用1/2英寸的低照度寬廣紅外夜視攝像機。

製造鏡頭離不開光學玻璃，光學玻璃本身有些性能參數，這些參數的不同確定方法對最終的鏡頭（或其它光學儀器的）性能也會有一定影響的。前國際確定光學玻璃參數的“取值”標準基本是一樣的。鏡頭的分辨率越高攝像機的成像效果也就越好，光透過量也就越大。描述鏡頭成像質量的內在指標是鏡頭的光學傳遞函數與畸變，但對用户而言，需要了解的僅僅是鏡頭的空間分辨率，以每毫米能夠分辨的黑白條紋數為計量單位，計算公式為：鏡頭分辨率N=180/畫幅格式的高度。由於攝像機CCD靶面大小已經標準化，如1/2英寸攝像機，其靶面為6.4mm*4.8mm，1/3英寸攝像機為4.8mm*3.6mm。因此對1/2英寸格式的CCD靶面，鏡頭的最低分辨率應為38對線/mm，對1/3英寸格式攝像機，鏡頭的分辨率應大於50對線，攝像機的靶面越小，對鏡頭的分辨率越高。

鏡頭有手動光圈（manual iris）和自動光圈（auto iris）之分，配合攝像機使用，手動光圈鏡頭適合於亮度不變的應用場合，自動光圈鏡頭因亮度變更時其光圈亦作自動調整，故適用亮度變化的場合。自動光圈鏡頭有兩類：一類是將一個視頻信號及電源從攝像機輸送到透鏡來控制鏡頭上的光圈，稱為視頻輸入型，另一類則利用攝像機上的直流電壓來直接控制光圈，稱為DC輸入型。自動光圈鏡頭上的ALC（自動鏡頭控制）調整用於設定測光系統，可以整個畫面的平均亮度，也可以畫面中最亮部分（峯值）來設定基準信號強度，供給自動光圈調整使用。一般而言，ALC已在出廠時經過設定，可不作調整，但是對於拍攝景物中包含有一個亮度極高的目標時，明亮目標物之影像可能會造成“白電平削波”現象，而使得全部屏幕變成白色，此時可以調節ALC來變換畫面。另外，自動光圈鏡頭裝有光圈環，轉動光圈環時，通過鏡頭的光通量會發生變化，光通量即光圈，一般用F表示，其取值為鏡頭焦距與鏡頭通光口徑之比，即：F=f（焦距）/D（鏡頭實際有效口徑），F值越小，則光圈越大。採用自動光圈鏡頭，對於下列應用情況是理想的選擇，在諸如太陽光直射等非常亮的情況下，用自動光圈鏡頭可有較寬的動態範圍。要求在整個視野有良好的聚焦時，用自動光圈鏡頭有比固定光圈鏡頭更大的景深。 要求在亮光上因光信號導致的模糊最小時，應使用自動光圈鏡頭。

攝像機鏡頭是紅外夜視監控系統的關鍵設備，它的質量（指標）優劣直接影響到整套系統的成像效果，因此，鏡頭選擇是否恰當即關係到系統質量，又關係到工程造價。普通的光學鏡頭，紅外對應鏡頭對紅外光成像，夜間監控時LED燈作用物體反射回鏡頭的紅外光不能有效聚焦到CCD靶面上，紅外夜視效果就會大打折扣。

選擇鏡頭時應注意以下幾點：

1：鏡頭的成像尺寸 應與攝像機CCD靶面尺寸一致；

2：鏡頭的分辨率

3：鏡頭焦距與視野角度（根據攝像機被監控目標的距離選擇鏡頭的焦距，鏡頭焦距F確定後則由攝像機靶面決定視野）

4：光圈或通光口徑比。

DSP這個名詞在CCTV工業中越來越被廣泛使用。DSP（Digital Signal Processing）是數字信號處理的縮寫。DSP芯片提高了攝像機的視頻處理及操作性能 。DSP技術不僅使攝像機在性能上獲得優勢，同時也使生產商節省了零件及裝配時間，從而降低了成本。DSP攝像機可分為兩類：

1、智能型DSP攝像機：此類攝像機提高圖像效果的同時具有智能特色。典型的智能攝像機 具有以下幾種特點：可編程的背景光補償、視頻動態檢測、通過串行數據接口可進行遙控、 內置字符發生器、屏幕菜單。

2、普通型DSP攝像機：這類低水平的DSP攝像機不具備與DSP技術相關的任何智能特色，僅僅是出於降低成本的考慮。在選擇 DSP 攝像機時，建議您仔細閲讀其性能參數。

C與CS接口的區別在於鏡頭與攝像機接觸面至鏡頭焦平面（攝像機 CCD光電感應器應處的位置）的距離不同，C型接口此距離為17.5mm., CS型接口此距離為12.5mm.。 C型鏡頭與C型攝像機，CS型鏡頭與CS型攝像機可以配合使用。C型鏡頭與CS型攝像機之間增加一個 5mm的C/CS轉接環可以配合使用。CS型鏡頭與C型攝像機無法配合使用。為了降低成本，一些公司採用水平解析度只有420線的軟件增強型的DSP數字圖像處理芯片，這種芯片白天圖像效果接近480線的DSP數字圖像處理芯片，夜間配合紅外燈監控效果會產生比較多的噪點，直接影響圖像黑白清晰度。1/4 CCD 不能用於15米以上有效距離的紅外夜視攝像機，因為1/4 CCD光通量只有1/3 CCD 的50%，CCD尺寸大,接受的光通量大,CCD尺寸小,接受的光通量少，1/4 CCD不能有效捕捉紅外光。 夜視攝像機要求不加紅外燈時CCD的最低照度≤0.02LUX，而有些攝像機制造商或銷售商虛報最低照度，夜視有效距離大大降低。攝像機/CCD的選擇在此要提的幾點是水平分辨率及最小照度（也稱靈敏度）照度的單位是勒克斯（LUX），數值越小，表示需要的光線越少，攝像頭也越靈敏。月光級和星光級等增感度攝像機可工作在很暗的條件下，但有些反光係數小地方還是達不到要求，如沙漠，綠地，林區等。

微光夜視攝像機（ICCD）是由高性能像增強器和CCIR制式的黑白CCD通過纖維面板和光錐直接藕合而成。與間接（光學透鏡組）耦合相比，它具有光信息量衰減小，幾何畸變小、體積小等特點。主要運用於遠距離微光電視系統、夜間監控觀察系統、、X光成像系統等系統中，在軍隊、武警、公安、安全、邊防、海關、油田、航海、環境檢測等領域有廣泛的應用。

防護罩對紅外燈的效果也有影響，紅外光在傳輸過程中，通過不同介質，透射率和反射率也不同。不同的視窗玻璃，，特別是自動除霜鍍膜玻璃，對紅外光的衰減也不同。因遠距離夜視系統的運用場合都比較特殊，所以對護罩的產品質量及防護要求都比較高。在選擇的護罩時安星都應綜合考慮。

生產工藝粗糙和技術缺陷，如激光燈不能和鏡頭以及其它部件有效配合，夜間監控圖像產生光暈或光斑；激光燈電路部分設計不合理，沒有恆流，延時啓動和保護電路，安裝後短時間造成激光器燒燬或工作時功率隨氣温變化，國內一些相對專業的激光夜視設備生產廠家就出現過這樣的問題。另外就是設計的合理性及實用美觀性，不能因為成本而影響了質量

廠商經驗在整套系統中應為最重要的一部份，因夜視系統非普通民用監控，如沒有一定的經驗做為基礎即使有再好的產品都達不到客户理想的效果，有經驗的廠商在產品設計時能夠考慮整套系統的實際運用及即時處理現場的一些特殊問題。反之，沒有經驗的廠商會因成本而選購一些質量較差配件，如此將會影響到系統的實際運用及使用壽命，會給客户帶來很大的麻煩。