远距离夜视监控：激光夜视技术应用及其选型

　　激光夜视技术在中国出现已有将近十年的时间，它属于主动红外夜视技术的一种，其原理是将激光点光源通过光学扩散，达到夜间照明的目的，其波长多在808、940、980nm，属于近红外光。系统采用高通光量的夜视镜头接收目标反射光成像，再用低照度的CCD摄像机采集图像并输出。照明系统、成像镜头、摄像机三者作为系统的核心部件，互相配合，任何一个环节出现瓶颈都会导致整套系统达不到理想的效果。十年来，激光夜视厂家如雨后春笋般出现，各家参数、价格也参差不齐，给客户的选择造成了极大的困难，对行业本身也有较大冲击，激光夜视技术虽大有取代红外LED灯的趋势，但混乱的技术及市场状态也导致客户不敢贸然下决定使用，本文将从影响夜视距离及效果的各方面因素入手，帮助客户更好的理解激光夜视技术。

　　绝大多数客户打电话都会问到一个问题“你们的夜视产品能达到1000米吗？大概什么价格？”不同的厂家可能给出的回答大相径庭，夸张点说，甚至会有五到十倍的差价，这一定会让客户犯嘀咕，同样的技术，怎么差距会如此之大？价格低的是不是技术不成熟，价格高的是不是“半年不开张，开张吃半年”宰人，事实上，每一个生产型企业都不会拿自己的信誉开玩笑，出现这种情况的根本原因在于，各家对夜视距离的理解和观念存在差别。

　　先看一个较为复杂的计算公式：

　　上式中，R代表需要达到的夜视距离，θ代表激光扩散角度，f代表所选镜头焦距，D代表镜头的有效通光孔径，f/D就是我们熟知的镜头的F值，Ed代表所选摄像机的灵敏度阀值，其余ε、ρ、τ、μ等分别代表照明系统透过率、目标漫反射系数、成像系统透过率、大气衰减系数等很难由人为左右的参数。P为图像清晰成像所需要的光强度，可折算为夜视照明情况下需要的激光功率。

　　上式为理论计算数据，不可控参数取平均值，选用400mm，F3.6镜头，摄像机最低照度0.001LUX，看1000米，激光照明角度0.5度（照明直径8米），理论计算得激光实际上只需要不到1.5W，也就是说，1.5W激光，完全可以照到1000米，并且成像，但只能呈现出类似“手电筒”的效果，如下图：

　　同样一条路，下图在成本大体相当的情况下更换了配置，相信客户会更认可如下图看到的效果，效果差距如此明显。

　　不难想象，如果客户需要看更大的范围呢？前一种配置一定会更模糊，更暗，而后一种配置还可以在很大范围内保持清晰的效果，如下图：

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　　由图可见，在1000米甚至更远的距离上，清晰成像不成问题。其范围，效果都不会和热成像有很大差距，关键看各核心部件的配置及配合情况。我们认为，真正性价比高的产品，不应该理解成在极限状态下，用最低的成本，达到客户要看到的距离，而是合理配置系统的各个部件，使其完美的发挥自身所有优势，在达到客户要求的基础上，真正为客户需求考虑，发挥产品应有的功能。能看1000米的设备，在200米距离上，不但不能识别，反倒什么也没法看，这样的产品能算真正看到1000米吗？

　　从公式上，我们应该深刻理解到的是，激光的选择，跟夜视距离的平方成正比，跟所选镜头F值的平方成正比，跟摄像机的灵敏度阀值成正比。而激光的扩散角，并不是我们想怎么做就怎么做，它要完全根据所选镜头的视场角来设计，设计小了，会出现“手电筒”，设计大了，会出现大量光成平方状的浪费，导致成本很高，但效果很不理想，除了三大影响效果的配件，实际使用上的操作也会大幅度的影响夜视效果，这就不得不提到系统的配合性问题，激光是否能够跟镜头联动，重点部位是否需要设定预置位，激光是否能够同步预制位等等一系列技术问题都需要考虑，对于整套系统来说，云台解码器也有必要和摄像头一起讨论。在此，结合我们将近十年的激光夜视开发经验，谈一谈如何真正做到“最具性价比”的配置，产品永远没有完美的时候，我们能做到的，也仅仅是逐步的去发现更合理的配置方案。　　问题一：客户要看夜视1000米距离，需要用多大的镜头？

　　目前行业里，比较被动的是根本没有一个国家或行业的强制标准，这就造成了有的厂家用500mm镜头，报监控距离1000米，有的厂家用150mm镜头，同样报监控1000米，价格相差5倍以上也就在情理之中了。下表列举了1000米以内的可能选用的所有焦距镜头的列表：

　　如上表，监控距离同在1000米以内，镜头焦距从25mm到1320mm全覆盖，表格中的数据为1/2CCD在各个不同距离的视场高度，（高度和宽度永远为3：4），人的高度估测为1.7米。虽然没有强制标准，但公安部有一个指导性文件，文件中建议人占屏幕四分之一比例可认定为“可识别”，人占屏幕十分之一比例可认定为“可发现”，而且这个文件没有涉及到夜间环境，从道理上说，夜间效果肯定会比白天更差，做到极致，也才能达到这个标准。

　　按照这个标准，我们可以随时举例探讨客户需求，比如说一个客户谈到了，“我想要200米识别人，500米左右发现人的设备”，200米识别人，需要在200米距离上看到6.8米的视场高度，人占四分之一，从表上可以看到，需要配置140mm左右镜头，500米发现，也就是在500米左右，视场高度17米，人占屏幕比例十分之一，对照表格，会发现用150mm镜头最为合适。两者综合考虑，推荐150mm左右镜头性价比最高，推荐小了，达不到客户要求，推荐大了，造成成本的浪费。再打个比方，客户要求看800米，价格尽量低，这时候我们只能考虑可发现距离了，800米处，视场高17米，选择240mm左右镜头最为合理。如果说选择了150mm镜头，800米处视场高25.6米，人占屏幕比例在1/15左右，假设客户用14寸笔记本看，人的高度只在1.3cm左右，如果放到4屏显示，人只占6.5mm高度，确实可以发现是个人，不过很难说是个能够接受的效果。

　　行业内的人都很了解，在品牌电动镜头里，焦距增大，价格可以说是急剧增长，从几百到几十万的都有，这一块稍微缩一些水，距离虚报一些，成本差距可能就是一倍甚至更多，如果客户很了解其中隐情，那么，一方面可以真正达到自己想要的监控效果，再者可以真正引导这个市场，避免同样的监控距离，差价出现差几倍的现象。

　　问题二：“两个产品从图像上看放大比率都差不多，怎么价格差距还是那么大？”

　　前面提到的公式可以看出，系统搭配中，激光的选择跟成像镜头的F（f/D）值平方成正比，也就是说，镜头的F值越小，需要的激光功率成平方关系递减，F1.0的镜头，配合4W激光，和F2.0的镜头，配合16W激光效果基本上可以说是等同的，这就存在一个矛盾，究竟用F值低的大功率激光，还是F值高的小功率激光？哪种配置更好？哪种价格更好？

　　上面两图焦距完全一样，相信大家都能体会到它们的差距。事实上，这个问题不要说客户，就是激光夜视厂家都很难把握，最深切的体会是，拿几家同样焦距镜头同时测试，F1.8的“高端”镜头，怎么测效果都比不了F2.3的“低端镜头”，换句话说，不得不怀疑有虚标参数的可能，还有很多镜头，变焦过程中，图像明显由亮变暗，甚至有的会忽亮忽暗，在这里顺便也可以提一下光轴跑偏的问题，有些厂家镜头，变焦过程中，不光明显由量变暗，而且长焦在视频中间的物体，到了广角甚至会偏出屏幕，一段时间后，还可能出现不能变焦，不能聚焦等故障。这些情况不是参数上所能反映出来的东西，也不是所有客户都清楚的，也许客户只是看到不同厂家价格上的差距，但真正如果了解技术细节，相信会帮助客户选择到真正具备“性价比”的好产品，我们所能建议的，就只有尽量选择如富士能、宾得、佳能等大品牌的镜头，毕竟品质和参数都有保证。这个原则定下来，选用多大激光也就迎刃而解了。　　问题三：“都是同一家大品牌的镜头，怎么有1英寸？2/3英寸？1/2英寸？1/3英寸等等这么多不同的款式？价格上也是越大越贵？如何选择？”

　　这个问题实际上不是镜头的问题，更多的是摄像机的问题，所以说越大越贵，其实也不会贵很多，大体都在同一数量级，主要就是讲究一点，镜头要和摄像机相匹配。

影响激光功率的一个因素是摄像机的灵敏度阀值，也就是平时我们老说的“你们用多少LUX的摄像机？”摄像机的这个参数从实际上来说，已经是有统一的标准，在现有技术下，CCD摄像机无外乎按档次分为“星光级0.0001LUX”、月光级“0.01LUX”以及白天用的“0.1LUX”几个档次，公式可以看出来，激光功率跟摄像机最低照度阀值成正比，也就是说，摄像机照度差一个数量级，激光功率要求可能就是差十倍，而摄像机目前是成熟技术，月光级和星光级的摄像机差价远不像10倍激光的差价那么大，因此，从性价比来说，我们完全有理由推荐顶级的CCD摄像机，在三大核心部件里，它的成本是最低的，但也是最可能出现瓶颈的地方，摄像机差了，其