红外激光夜视照明技术

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红外激光补光灯的市场应用及技术特点分析

时间:2019-08-21   访问量:291

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2019年红外激光补光灯的市场应用及技术特点分析


      安防监控行业的激光夜视照明市场经过最近几年时间从无标准、无规范、无市场监管的无序竞争,已逐步发展成为规范化、专业化、差异化的专业市场竞争。红外激光夜视补光技术的需求发展也从当初只要求看得见,到后续的看得清、看得远,再到现在的安全性和可靠性。激光夜视照明产品也由光源单一、工艺粗糙、散斑明显、非智能的红外激光补光灯发展出点光源、面光源、光纤耦合光源、脉冲式、连续式、扫描式、一体式、分体式、定焦、变焦、安全型、中远距、远距和超远距等等多元化的、专业性强的、能满足各种细分市场需求的激光夜视照明产品及技术。


      时至2019年,红外激光补光灯已广泛应用在安防夜视监控的枪机、球机、云台和无人机、夜视仪、军工特装装备等产品上,应用市场已习惯了按有效补光距离需求为主线,将其划分成近距、中远距、远距和超远距4大类别。而且,每一类市场应用的红外激光技术特点与需求特点都大有不同,下面我们就逐类进行分析比较。


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      中远距红外激光补光灯是最早的、市场应用最为广泛的一类,有效距离为1000米以内,目前已逐渐被统一划分为300米、500米、800米三种型号,与安防监控球机、视频监控小云台、夜视仪等视频监控设备搭配使用。它要求体积小,通用尺寸为55x60x100mm(W x H x L),与监控摄像机机芯大小相仿,以便于节省监控设备的内部空间;重量轻,一般只有300g左右,从而减少监控设备的负载并提高运行时的机动性能。


      由于中远距红外激光补光灯主要应用在大型厂区、油田油库、安全部门、平安城市、机场港口、边防海关等人流量相对较多、距离人员较近的公共场所,为降低红外激光对人眼造成意外伤害的风险,特别是在日本、欧美等较发达的国家,行业准入标准对激光安全等级要求较高。早几年出现的点光源(EEL)红外激光补光灯,因其物理特性而无法达到3B类激光安全要求,即不允许在开放式环境上应用,近2、3年来已逐渐被淘汰出中远距视频监控市场。取而代之的,则是较为安全的面光源VCSEL红外激光补光灯,现已成为主流的激光夜视照明产品。虽然,由VCSEL面光源替代点光源已成中远距红外激光补光灯市场应用的不可逆转局势,但值得注意的是,并不是使用了面光源VCSEL激光器生产的红外激光补光灯就一定安全,市场上越来越多厂家跟风宣称的VCSEL红外激光灯,其实测结果却只能达到4类激光安全级别,它的最高能量密度甚至高于点光源红外激光补光灯的。因此,必须要看是否通过美国食品和药物管理局(FDA)、国际电工委员会(IEC)认证标准的3B类激光安全级别的检测报告,或者对其光能量进行实测,只有所测得的结果达到3B类激光安全级别标准的VCSEL红外激光补光灯才是真正的安全型红外激光补光灯。


      安防夜视监控市场对有效补光距离越来越远的需求,推动了红外激光照明技术的不断发展,有效补光达千米以上的远距红外激光补光灯也就应势面市。它的有效距离范围被划分在1000米以上、2000米以下,目前实际上常见的规格型号只有1000米的红外激光灯,是由于受到安防监控摄像设备体积和不同类型的激光器特点、激光夜视照明技术发展的制约而造成的。


      目前,千米级远距红外激光补光灯主要有点光源激光器、面光源(VCSEL)激光器及光纤激光器3种光源。第一种,点光源的远距红外激光灯早在2012年面市,但补光距离实际上达不到1000米,激光光斑的散斑很明显,效果并不理想,而且由于市场应用量极少,直至2015年后才逐步走向成熟;


      第二种,VCSEL激光器的远距红外激光补光灯在2016年底开始面市,虽然补光效果不亚于点光源的,却因为体积较大、功耗高,且效果优势并非十分明显,而逐步痛失千米级的远距夜视监控市场;


      第三种,光纤激光器的远距红外激光补光灯由三千米光电自主研发,样机在2019年8月首次出现,有1000米、1500米和2000米三种有效补光距离,不但体积大小与点光源的几乎一样,在出光亮度、激光光斑均匀性、光能利用率都明显较好,而且还实现了其它光源红外激光补光灯都无法实现的全程清晰效果及透雨雾霾功能。它的面市,必定为远距激光夜视安防监控市场领域带来颠覆性的创新机遇,预估距离通过市场应用验证还需要半年时间,大约2020年初才能批量上市。它们的综合性能比较如下表:


光源类型

点光源激光器(EEL

面光源激光器(VCSEL

光纤激光器

优点

体积小、亮度高

光斑无震动、抖动

体积小、全程清晰、透雨雾霾、光斑无震动、抖动

缺点

光斑震动、抖动而无法满足高速动态摄像需求

体积大、功耗较高

成本较高

使用不同光源的1000米远距红外激光补光灯的综合性能比较表


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      超远距红外激光补光灯是应用在2000米及以上的激光夜视照明需求,包括一些较大型的安防监控云台、特种监控设备与高端的大型激光夜视仪等,市面上的标准产品型号有2000米、3000米、4000米、5000米,如需再远的都必须定制而成。由于补光距离从2000米起红外激光灯,所使用的光源都是大功率光纤激光器,产品的三大主要部分激光匀化技术组件、光学处理镜头组件、散热结构组件都需特别设计,因此,超远距红外激光补光灯的功率高、体积大,重量一般有几斤甚至十几公斤重,标准品价格都是在万元到几十万元级别。


      超远距红外激光补光灯作为激光夜视照明的重量级产品,补光效果、稳定性是市场最关注的两点。补光效果主要是看光斑的均匀性、通透性与边界是否清晰,由于距离远,照明角度小,激光匀化技术难度高,匀化效果就成了关键,也是各红外激光补光灯生产厂家专业技术竞争力的体现。不过,市场用户对生产厂家采用了哪种激光匀化技术其实并不大关注,因为他们只需要将不同的红外激光补光灯同时进行实测效果对比,结果自然见分晓,让厂家来不得半点侥幸。


      由于超远距红外激光补光灯都是应用在特种的军工装备、高端的大型设备上,一旦出现问题,导致不能正常使用,其维修极其不便且成本十分高昂,甚至可能为此而付出生命代价。因此,客户对其稳定性的考量都要高于补光效果。红外激光补光灯的稳定性主要体现在使用寿命、耐高低温冲击性能、防震动能力、防盐雾腐蚀等,客户除了要求厂家提供各项性能实验测试记录,往往都会购买样机进行模拟测试检验,以确保稳定性。正因为验证的周期长、成本高,市场客户一旦通过了某个品牌的超远距红外激光补光灯的验证,便绝不轻易更换供应商。


      中远距、远距、超远距三类产品属于变焦红外激光补光灯,都具备同步对焦、自动调光的功能。由于激光的准直性好、亮度高,因此远距离夜视照明它的优势范畴。相反,在100米以下的近距离夜视照明却成了它的短板。究其原因,首先近距离夜视照明一直是价格低廉的LED红外照明的专属市场,而变焦红外激光补光灯的价格相对高出几十倍甚至上百倍,根本无法进入近距夜视补光市场。其次,红外激光的亮度太高且照明角度小,近距离补光必须要解决亮度过爆的问题。所以,必须同时解决价格与激光亮度过爆的问题,近距红外激光补光的难度,并不亚于所有的远距红外激光补光。


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      不过在2018年初,三千米光电推出了全系列的近距红外激光补光灯,但并不是变焦的,而是定焦的红外激光补光灯,技术原理与LED红外的一样:光源+透镜,而且体积比LED红外小三分一左右,可完全兼容市场上现有的LED红外补光产品结构,不需要做结构以及软件方面的改动,就可以直接取代LED红外灯,先来看看它们的技术参数对比:



LED红外补光灯

定焦红外激光补光灯

有效距离

0-100

0-300

照明角度

15°、30°、45°、60°、90°、120°

3°、8°、15°、30°、45°、60°

功耗

LED红外补光灯 / 红外激光灯:3/1

亮度

相同功率的红外激光灯亮度为LED红外补光灯的4

光电转化率

20%

30%

光衰率

每年20%递增

3<5%

使用寿命

5000小时

50000小时

工作温度

-10℃~50

-40℃~+85

补光效果

有噪点

画质通透、细腻

LED红外补光灯与定焦红外激光补光灯技术参数对比表


      通过上表的主要技术参数对比,可以看出定焦红外激光补光灯在夜视监控补光技术、性能及补光效果上比LED红外补光灯都有着绝对的优势。它的面市,主要是填补了LED红外补光难以满足的100米至300米夜视监控市场空白,同时也解决了一些高端夜视监控摄像球机、枪机使用LED红外补光灯清晰度不够、补光灯光衰率大寿命短、散热性能不佳、无法满足工业级工作温度范围等的难题,还受到一些特殊环境行业的青睐,如化工、加油站、油泵房、军工、船舶、电力面粉厂等易燃易爆危险环境场所的夜视监控照明,这是因为定焦红外激光补光灯的稳定性、安全性做得更好。


      当然,价格因素始终都是定焦红外激光补光灯能否大批量进入100米以内的夜视照明市场的决定因素,性价比能否让市场接受?这仍然要看市场需求与红外激光照明技术在未来几年发展情况才能有明确答案了。


      综上所述,近距、中远距、远距和超远距这4大类红外激光补光灯的市场应用及技术特点比较如下表:


比较项目

中远距红外激光灯

远距红外激光灯

超远距红外激光灯

近距红外激光灯

有效距离

300-800

1000-2000

2000-5000

100-300

市场关注点

安全性、光斑效果

体积、透雨雾功能

稳定性、光斑效果

价格、安全性

技术特点

面光源光源(VCSEL

点光源/光纤激光器

光纤激光器

照明角度匹配

不同类型红外激光补光灯市场应用及技术特点比较表


      2019年及至未来5年内,安防监控夜视照明市场对300-800米的中远距激光夜视照明的产品,更看重红外激光灯的安全性能,以拓展更广泛的安防夜视监控市场。对1000-2000米远距红外激光补光灯,要求体积小,便于安装在摄像球机里面;期待增强透雨雾霾功能,提升在恶劣环境下的夜视照明效果;以此来实现降低生产成本,提升产品竞争优势。对2000米以上的超远距红外激光补光灯最为看重的则是稳定性,品质不过硬的,根本无法进入要求“稳定胜于一切”的高端专业市场。对300米以内的近距红外激光灯,出于成本竞争的考虑,目前则很多监控设备商仍处于尝试与观望阶段。


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