遠距離夜視監控：激光夜視技術應用及其選型

　　激光夜視技術在中國出現已有將近十年的時間，它屬于主動紅外夜視技術的一種，其原理是將激光點光源通過光學擴散，達到夜間照明的目的，其波長多在808、940、980nm，屬于近紅外光。系統采用高通光量的夜視鏡頭接收目標反射光成像，再用低照度的CCD攝像機采集圖像并輸出。照明系統、成像鏡頭、攝像機三者作為系統的核心部件，互相配合，任何一個環節出現瓶頸都會導致整套系統達不到理想的效果。十年來，激光夜視廠家如雨后春筍般出現，各家參數、價格也參差不齊，給客戶的選擇造成了極大的困難，對行業本身也有較大沖擊，激光夜視技術雖大有取代紅外LED燈的趨勢，但混亂的技術及市場狀態也導致客戶不敢貿然下決定使用，本文將從影響夜視距離及效果的各方面因素入手，幫助客戶更好的理解激光夜視技術。

　　絕大多數客戶打電話都會問到一個問題“你們的夜視產品能達到1000米嗎？大概什么價格？”不同的廠家可能給出的回答大相徑庭，夸張點說，甚至會有五到十倍的差價，這一定會讓客戶犯嘀咕，同樣的技術，怎么差距會如此之大？價格低的是不是技術不成熟，價格高的是不是“半年不開張，開張吃半年”宰人，事實上，每一個生產型企業都不會拿自己的信譽開玩笑，出現這種情況的根本原因在于，各家對夜視距離的理解和觀念存在差別。

　　先看一個較為復雜的計算公式：

　　上式中，R代表需要達到的夜視距離，θ代表激光擴散角度，f代表所選鏡頭焦距，D代表鏡頭的有效通光孔徑，f/D就是我們熟知的鏡頭的F值，Ed代表所選攝像機的靈敏度閥值，其余ε、ρ、τ、μ等分別代表照明系統透過率、目標漫反射系數、成像系統透過率、大氣衰減系數等很難由人為左右的參數。P為圖像清晰成像所需要的光強度，可折算為夜視照明情況下需要的激光功率。

　　上式為理論計算數據，不可控參數取平均值，選用400mm，F3.6鏡頭，攝像機最低照度0.001LUX，看1000米，激光照明角度0.5度（照明直徑8米），理論計算得激光實際上只需要不到1.5W，也就是說，1.5W激光，完全可以照到1000米，并且成像，但只能呈現出類似“手電筒”的效果，如下圖：

　　同樣一條路，下圖在成本大體相當的情況下更換了配置，相信客戶會更認可如下圖看到的效果，效果差距如此明顯。

　　不難想象，如果客戶需要看更大的范圍呢？前一種配置一定會更模糊，更暗，而后一種配置還可以在很大范圍內保持清晰的效果，如下圖：

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　　由圖可見，在1000米甚至更遠的距離上，清晰成像不成問題。其范圍，效果都不會和熱成像有很大差距，關鍵看各核心部件的配置及配合情況。我們認為，真正性價比高的產品，不應該理解成在極限狀態下，用最低的成本，達到客戶要看到的距離，而是合理配置系統的各個部件，使其完美的發揮自身所有優勢，在達到客戶要求的基礎上，真正為客戶需求考慮，發揮產品應有的功能。能看1000米的設備，在200米距離上，不但不能識別，反倒什么也沒法看，這樣的產品能算真正看到1000米嗎？

　　從公式上，我們應該深刻理解到的是，激光的選擇，跟夜視距離的平方成正比，跟所選鏡頭F值的平方成正比，跟攝像機的靈敏度閥值成正比。而激光的擴散角，并不是我們想怎么做就怎么做，它要完全根據所選鏡頭的視場角來設計，設計小了，會出現“手電筒”，設計大了，會出現大量光成平方狀的浪費，導致成本很高，但效果很不理想，除了三大影響效果的配件，實際使用上的操作也會大幅度的影響夜視效果，這就不得不提到系統的配合性問題，激光是否能夠跟鏡頭聯動，重點部位是否需要設定預置位，激光是否能夠同步預制位等等一系列技術問題都需要考慮，對于整套系統來說，云臺解碼器也有必要和攝像頭一起討論。在此，結合我們將近十年的激光夜視開發經驗，談一談如何真正做到“最具性價比”的配置，產品永遠沒有完美的時候，我們能做到的，也僅僅是逐步的去發現更合理的配置方案。　　問題一：客戶要看夜視1000米距離，需要用多大的鏡頭？

　　目前行業里，比較被動的是根本沒有一個國家或行業的強制標準，這就造成了有的廠家用500mm鏡頭，報監控距離1000米，有的廠家用150mm鏡頭，同樣報監控1000米，價格相差5倍以上也就在情理之中了。下表列舉了1000米以內的可能選用的所有焦距鏡頭的列表：

　　如上表，監控距離同在1000米以內，鏡頭焦距從25mm到1320mm全覆蓋，表格中的數據為1/2CCD在各個不同距離的視場高度，（高度和寬度永遠為3：4），人的高度估測為1.7米。雖然沒有強制標準，但公安部有一個指導性文件，文件中建議人占屏幕四分之一比例可認定為“可識別”，人占屏幕十分之一比例可認定為“可發現”，而且這個文件沒有涉及到夜間環境，從道理上說，夜間效果肯定會比白天更差，做到極致，也才能達到這個標準。

　　按照這個標準，我們可以隨時舉例探討客戶需求，比如說一個客戶談到了，“我想要200米識別人，500米左右發現人的設備”，200米識別人，需要在200米距離上看到6.8米的視場高度，人占四分之一，從表上可以看到，需要配置140mm左右鏡頭，500米發現，也就是在500米左右，視場高度17米，人占屏幕比例十分之一，對照表格，會發現用150mm鏡頭最為合適。兩者綜合考慮，推薦150mm左右鏡頭性價比最高，推薦小了，達不到客戶要求，推薦大了，造成成本的浪費。再打個比方，客戶要求看800米，價格盡量低，這時候我們只能考慮可發現距離了，800米處，視場高17米，選擇240mm左右鏡頭最為合理。如果說選擇了150mm鏡頭，800米處視場高25.6米，人占屏幕比例在1/15左右，假設客戶用14寸筆記本看，人的高度只在1.3cm左右，如果放到4屏顯示，人只占6.5mm高度，確實可以發現是個人，不過很難說是個能夠接受的效果。

　　行業內的人都很了解，在品牌電動鏡頭里，焦距增大，價格可以說是急劇增長，從幾百到幾十萬的都有，這一塊稍微縮一些水，距離虛報一些，成本差距可能就是一倍甚至更多，如果客戶很了解其中隱情，那么，一方面可以真正達到自己想要的監控效果，再者可以真正引導這個市場，避免同樣的監控距離，差價出現差幾倍的現象。

　　問題二：“兩個產品從圖像上看放大比率都差不多，怎么價格差距還是那么大？”

　　前面提到的公式可以看出，系統搭配中，激光的選擇跟成像鏡頭的F（f/D）值平方成正比，也就是說，鏡頭的F值越小，需要的激光功率成平方關系遞減，F1.0的鏡頭，配合4W激光，和F2.0的鏡頭，配合16W激光效果基本上可以說是等同的，這就存在一個矛盾，究竟用F值低的大功率激光，還是F值高的小功率激光？哪種配置更好？哪種價格更好？

　　上面兩圖焦距完全一樣，相信大家都能體會到它們的差距。事實上，這個問題不要說客戶，就是激光夜視廠家都很難把握，最深切的體會是，拿幾家同樣焦距鏡頭同時測試，F1.8的“高端”鏡頭，怎么測效果都比不了F2.3的“低端鏡頭”，換句話說，不得不懷疑有虛標參數的可能，還有很多鏡頭，變焦過程中，圖像明顯由亮變暗，甚至有的會忽亮忽暗，在這里順便也可以提一下光軸跑偏的問題，有些廠家鏡頭，變焦過程中，不光明顯由量變暗，而且長焦在視頻中間的物體，到了廣角甚至會偏出屏幕，一段時間后，還可能出現不能變焦，不能聚焦等故障。這些情況不是參數上所能反映出來的東西，也不是所有客戶都清楚的，也許客戶只是看到不同廠家價格上的差距，但真正如果了解技術細節，相信會幫助客戶選擇到真正具備“性價比”的好產品，我們所能建議的，就只有盡量選擇如富士能、賓得、佳能等大品牌的鏡頭，畢竟品質和參數都有保證。這個原則定下來，選用多大激光也就迎刃而解了。　　問題三：“都是同一家大品牌的鏡頭，怎么有1英寸？2/3英寸？1/2英寸？1/3英寸等等這么多不同的款式？價格上也是越大越貴？如何選擇？”

　　這個問題實際上不是鏡頭的問題，更多的是攝像機的問題，所以說越大越貴，其實也不會貴很多，大體都在同一數量級，主要就是講究一點，鏡頭要和攝像機相匹配。

影響激光功率的一個因素是攝像機的靈敏度閥值，也就是平時我們老說的“你們用多少LUX的攝像機？”攝像機的這個參數從實際上來說，已經是有統一的標準，在現有技術下，CCD攝像機無外乎按檔次分為“星光級0.0001LUX”、月光級“0.01LUX”以及白天用的“0.1LUX”幾個檔次，公式可以看出來，激光功率跟攝像機最低照度閥值成正比，也就是說，攝像機照度差一個數量級，激光功率要求可能就是差十倍，而攝像機目前是成熟技術，月光級和星光級的攝像機差價遠不像10倍激光的差價那么大，因此，從性價比來說，我們完全有理由推薦頂級的CCD攝像機，在三大核心部件里，它的成本是最低的，但也是最可能出現瓶頸的地方，攝像機差了，其