超远距离红外激光夜视系统的原理与应用

目前市场广泛使用的红外光源有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距离、功耗、效率等方面都存在一定局限性，而不适用于1km以上的超远距离夜视监控。因此，这种系统必须采用近红外大功率半导体激光光源照明，我们选用国产半导体激光二极管LD，其波长为808nm，功率根据所需距离有1W-10W等。

摄像机的选择

众所周知，固体摄像机有CMOS与CCD两种。同CCD一样，CMOS图像传感芯片对红外非可见光波也有反应，但它在890-980nm范围内其灵敏度比CCD图像传感芯片的灵敏度要高出许多，并随波长增加而衰减的梯度也慢一些。随着CMOS图像芯片的飞速发展，其噪音讯号进一步压低，星光级的CMOS摄像机也将面市。而低功耗、高集成、小体积只有CMOS图像传感器才能办到，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更加小型化产品，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，黑夜将如同白昼。显然，这将改变我们整个社会生活的面貌。

由于我们使用国产半导体激光二极管LD的波长为808nm，因此选择CCD摄像机。但值得注意的是，1/4CCD不能用于15m以上红外夜视的有效距离，因为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，超远距离的夜视摄像机多选1/2的CCD。

一般，夜视摄像机要求不加红外灯时CCD的最低照度不超过0.02LUX，而有些摄像机制造商或销售商虚报最低照度，使夜视有效距离大大降低，因此需要具体测试。月光级和星光级等增感度摄像机可在很暗的条件下工作，但有些反光系数小的地方还是达不到要求，如沙漠，绿地，林区等。在这种情况下，就需要采用由高性能成像增强器和CCIR制式的黑白CCD通过纤维面板和光锥直接耦合而成的微光夜视摄像机。

镜头的选择

摄像机镜头是红外夜视监控系统的关键设备，它的质量（指标）优劣直接影响到整套系统的成像效果，因此，镜头选择是否恰当既关系到系统质量，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效聚焦到CCD靶面上，此时红外夜视效果就会大打折扣，因而最好选用红外镜头。

选择镜头时一般应注意以下几点：

镜头的成像尺寸应与摄像机CCD靶面尺寸一致，即选1/2或以上尺寸的镜头。根据摄像机被监控目标的距离，选择镜头的焦距(其计算公式可参见本人编著的《电视监控技术》第一章第三节)，镜头焦距确定后，则由摄像机靶面决定视野。