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标题: 超远距离红外激光夜视系统的原理与应用 [打印本页]

作者: 520503 时间: 2014-3-22 11:29 标题: 超远距离红外激光夜视系统的原理与应用

关键字：红外激光夜视系统 CCD摄像机
　　最基本的超远距离红外激光夜视系统，由大功率半导体激光器LD、驱动控制器、光学扩束准直镜头、摄像机及其长焦距镜头、传输系统及监视器等组成。大功率半导体激光器LD，通过大电流驱动与控制，发射出人们肉眼看不到的红外光线去照亮被拍摄的目标物体。但由于激光的光束细、亮度高，因此必须要根据所监视的远距离目标的距离和范围，通过光学扩束准直镜头将红外光束扩束照亮到所监视范围的目标场景。红外线经物体反射后进入摄像机的长焦距镜头到光敏面上成像。这时我们所看到的是由红外线反射所成的影像，而不是可见光反射所成的影像，即此时由超低照度摄像机可拍摄到黑暗环境下肉眼看不到的影像。这种影像，再通过传输系统送到监控中心去记录与显示。

　　红外光传输应注意的几个技术问题及解决措施

　　由于是1km以上的超远距离红外光波传输，就有几个应注意的技术问题。

　　1、在空气中传输的质量受天气的影响较大。

　　2、在任何大气传输链路中，都有几个需要考虑的因素（即引起传输信号衰减的原因）。

　　大气中分子的吸收

　　LED和LD发光的大气传输系统的信号损失，主要是由其传输介质——大气的吸收引起的。因为光束从气体中穿过时，总会发生一定程度的分子吸收。而且，空气对某些波长的光吸收得特别厉害，这些波长根本无法用于信号传输。由大气吸收引起的衰减尚可接受的波段称为大气透射窗（atmosphericwindows）。这种大气透射窗波段的数据在各类文献中都可以查到，因此所有的LED和LD的系统都必须在这个大气透射窗内的波长上工作。

　　空气中的微粒吸收

　　空气中的微粒，如灰尘和烟雾，是另外一个引起光信号吸收的因素。显然大气中总是或多或少地含有一些这样的微粒，尤其在水体附近，这类颗粒的含量有时非常高。在这些地方，一般总是尽量将光设备安装得离地面高一些，以改善光传输的效果。

　　雾气的吸收与散射

　　雾气也是引起严重红外吸收的因素，并且雾气还会使光发生前、后向散射。因此，在多雾的区域，必须根据当地的气候来选择光收发设备的工作时段，因为起雾的时候系统将无法正常工作。

　　大气紊乱性的影响

　　大气具有一定程度的紊乱性，它除了会造成信号损耗外，还会给信号掺入噪声。如风会引起大气乱流，而大气乱流又会导致信号路径上空气的折射率发生变化。这种现象与阳光曝晒下的地区产生热浪、引起海市蜃楼的现象类似。这种影响最终是将红外光束折射到无法确定的其它方向，从而使摄像机拍不到所需监控的目标。

　　由此可知，由于红外光波传输技术是在空气介质中传输，因此其传输质量受天气的影响较大。一般，晴天对传输质量的影响最小，而雨、雪和雾天对传输质量的影响较大。经测试，红外光波传输受天气影响的衰减经验值为：晴天5~15dB/Km；雨天20~50dB/Km；雪天50~150dB/Km；雾天50~300dB/Km。目前解决这个问题，一般采用更高功率的LD管、更先进的光学器件和多光束。
实际上，对超远距离红外激光夜视系统来说，主要受上述空气中的微粒、雾气等吸收和散射的影响，同步脉冲距离选通技术能较好地解决这一问题。

　　同步脉冲距离选通技术

　　距离选通(Range-Gate)技术，实际上主要有二个关键：一是要有脉冲激光束照射技术，即所发射的激光是可控制的脉冲式的；二是要有能高速开通和关闭的强化CCD，且其开关速度达几百ns，而且还要与激光束脉冲保持严格同步。这样，就可使观察人员选定特定的观察距离，从而可轻易地消除其他距离内水珠、雾、雪、沙尘等产生的强散射光与反射光的干扰。因为CCD大部分时间是关闭的，不接收这些干扰光，所以就不会在CCD上显像。

　　激光的安全影响了使用

　　为解决天气对光波传输质量的影响，往往加大激光二极管的功率。但超过一定功率电平的激光对人眼可能会产生影响，因此人体可能被激光系统释放的能量伤害。所以，为增加夜视距离，激光功率不能无限制地加大。

　　超远距离的红外激光夜视系统的几个主要部件的选择

　　人的眼睛能看到的可见光波长从长到短为0.78μm、0.38μm，其颜色排列依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。比紫光波长更短的光叫紫外线，比红光波长更长的光叫红外线。利用红外光源，能发出人们肉眼看不到的红外光线去照亮被拍摄的物体，红外线经物体反射后进入镜头到CCD上成像，这时即可拍摄到黑暗环境下肉眼看不到的影像。

　　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。

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