红外激光夜视照明技术

夜视监控红外摄像机如何选配红暴现象强弱不同的红外激光补光灯

——红外光波长越长，红暴越弱，红暴距离越近

    近几年来，高清晰的红外激光夜视监控在为平安城市、天网工程、雪亮工程等的公共安全视频监控系统中起到了举足轻重的作用。现代化安防监控系统，不仅需要满足治安管理、城市管理、交通管理、应急指挥等需求，而且还要兼顾灾难事故预警、安全生产监控等方面对图像监控的需求，利用图像采集、传输、控制、显示等设备和控制软件组成，对固定区域进行实时监控和信息记录的视频监控系统，是充分调动人民群众参与社会治安管理的有力武器。

    在某些特定夜视监控应用场景中，对监控设备要求具有较高的隐蔽性。但是，众所周知绝大多数的红外摄像机的红外补光灯都会有或多或少的红暴现象。甚至乎，市场上不少商家直接把有无红暴作为一种技术水平来宣传，好像有红暴就是低技术，无红暴就是高技术。这到底是怎么回事呢？红外激光夜视监控设备厂家又该如何选用不同红暴强弱的红外激光补光灯？

    红外光属于人眼不可见，早已成为科学定论。关于红暴的成因，网络上众说纷纭，却难有个让人信服说法。更甚者，有人认为红暴说明了红外光是人眼可见的，只是因为红外光剂量大小的问题，造成有的看不见，有的能看见；808nm红外光比940nm的红暴更明显，说明了波长越短红外光的剂量越大，波长越长红外光的剂量越少。很显然，这只是一种想当然的、为博取眼球的谬论。有实验证明，一束1550nm的红外激光与650nm的红色激光，同样能在瞬间击穿一块薄铁板，而人眼却仍无法看见这束1550nm的红外激光。如按这谬论计算，人们根本无法想像究竟需要多大剂量的红外光，才能被人眼所见。

    因此，在决定如何选用红外激光补光灯之前，我们非常有必要先明确这几个问题：什么是红暴现象？红暴的真正原因是什么？红暴的强弱受哪些因素影响？

    什么是红暴现象？

    人眼可见光的波长范围为380nm-780nm，其中620-780nm为红色光范围，当直接观察780nm的光波时，仍可看见一个非常暗淡的樱桃红色光。800nm-1000um范围的光波，因在光谱中可见红色光的外侧，被人们称之为红外光（线）。然而，在实际应用中使用808nm、850nm甚至940nm的红外激光灯时，依然能看见出光口有一块明显红色光点——这就是红暴现象，是因为所发射的红外光中含有可见光的成分而导致。

    红暴现象的真正原因是什么？

    所谓的纯正单色，都只是一个理论值，是人眼及当前技术无法再分辨的色值。即使是具有极高的准直性、单色性的激光，由于光波本身的特性（波粒二象性）和受现有的光源、滤光等技术水平限制，人们尚无法完全地表现出单色值是多少，更别说要控制激发出具有明确色值的单色光。因此，光波实际上是一个色域，具有一定的带宽，用宽度、范围值来表示，如40nm、808nm±10nm。这就很好地解释了，为什么波长越短（靠近红色可见光）的红外光，红暴现象越明显；而波长越长（远离红色可见光）的红外光，红暴现象越少；中心波长1000nm以上的红外光基本看不到红暴现象。

    红暴的强弱受哪些因素影响？

    清楚了红暴现象是因为光波特性与发光、滤光技术限制而引起，就可以进一步分析红暴强弱的重要影响因素了。为此，我们专门进行了“红暴距离”测试。将“红暴距离”定义为红外激光器的光轴与眼睛视场的光轴在同一条直线上，人眼不能观察到红外激光灯出光口有明显的红暴时，人眼与红外激光光源之间的直线距离。

    因为每个人对光波的视觉，会存在着一些差异，为了确保测试结果更具客观性，我们邀请了老年（50岁）、中年（35岁）、青年（20岁）三个不同年龄阶段的视力正常的男、女性共6人，在漆黑的田野间进行实地测试，并以最小值为标准作为结果输出。分别使用了808nm、850nm、940nm和1550nm四种不同波长，500米、800米、1000米、1500米四种不同有效补光距离，总共12台不同规格型号的红外激光补光灯进行对比测试。

    红暴距离测试结论：

1、光波波长越长，红暴距离越短，不同波长红外激光灯的红暴距离比较

•     808nm波长红外激光灯的红暴距离为850nm的5倍以上

•     808nm波长红外激光灯的红暴距离为940nm的100倍以上

•     1550nm的红外激光灯完全没有红暴现象

2、红暴距离与出光功率成正比，出光功率越大，红暴距离越远

3、红暴距离与偏离光轴角度成反比，光波波长越长，能观测到红暴的角度越小

4、几种常用红外光波长的红暴现象视觉比较：

    夜视监控红外摄像机如何选配红暴强弱不同的红外激光补光灯？

    目前，市场上主流的红外激光补光灯分别为808nm、850nm、940nm三种波长。网上流传着这样的一个观点，有无红暴只是个对红外光源波长的选择问题，波长较短，红暴则强；波长较长，红暴则弱，甚至没有红暴。而且，红暴越强，红外摄像机图像传感器的感应效率就越高，因为同一款摄像机,在850nm波长的感应度比在940nm波长的感应度好到10倍。

    其实，这个观点半对半错。前面部分“波长与红暴强弱的对应关系”说法是对的，后面部分 “红暴越强，图像传感器的感应效率越高”却是错误的，明显混淆了红暴与红外光的概念。究其原因，是对红外摄像监控系统与红外夜视监控市场应用发展了解不够深透。

    在实际应用中，常常会遇到以下情况：同一台X红外摄像机使用808nm红外激光灯，补光距离达到500米；更换成850nm的红外激光灯，补光距离同样达到500米；更换为940nm的红外激光灯，补光距离却只有300米左右。大家就会认为，越接近可见光的红外光光能量越强，红外摄像机图像传感器对它的感应效率也越高，因此，补光效果也越好。

    然而，事实上并非如此。

    我们更换一台Y红外摄像机，同样使用这三款不同波长的红外激光灯分别进行测试，结果是940nm、850nm的补光距离都达到了标称的500米，而808nm的补光距离却不到300米。如下表所示：

    为什么会出现这截然相反的结果呢？

    首先，同样是额定功率为2W的808nm、940nm的激光器，在同样的电流、电压的条件下，出光功率940nm的会高一点，因为它的电光转换效率比808nm的更高。既然940nm比808nm的出光功率较高，而且对气雾的穿透力也较强，那为什么在使用X红外摄像机实测时， 808nm激光灯比940nm的补光距离较远？

    这就是影响红外激光夜视监控补光效果的另一个关键点。同一红外摄像机图像传感器对不同波长的红外光波的感应效率都不同。出于不同的应用场景需要，夜视监控设备会使用不同波长的红外激光灯，不同型号的摄像机传感器却对相同波长的红外光感应效率也会有所不同。但总的来说，照度越低的红外摄像机，感应940nm红外光的效率就相对越高。

    由于LED红外发光二极管成本低，工艺简单而成熟，在红外夜视监控发展初期就已占据了绝大部分市场份额，因此，红外摄像机图像传感器（如CMOS、CCD）的技术发展自然取向与之相适应。LED红外的光谱功率分布为中心波长830～950nm，半峰带宽约40nm左右，主流的红外摄像机传感器对808nm、850nm的红外光感应效率高达80-90%，而对940nm红外光的感应效率只有35-45%，甚至一些普通的CMOS只能采用850nm的红外光补光，前面所使用的X红外摄像机所使用的图像传感器正属于此类，这也是导致很多红外夜视监控设备商都误认为红外摄像机对940nm红外光感应率不高的主要原因。

    近几年，市场对视频监控高清晰、高速传输需求的日益猛增，摄像机图像传感器技术也随之发展，逐渐出现以940nm、980nm为中心波长的CCD，甚至能感应1100nm、1550nm波段红外光的MCCD，如前面所使用的Y红外摄像机所使用的图像传感器，它们具备更高的灵敏度，感红外光的能力也更强，低照度下的信噪比也更为优良，特别适用于“平安城市”全天候监控，户外中远距离大范围的夜视监控和高端无红暴的专业监控摄像机系统。

    综合上所述，我们不难得出以下2个结论：

    1、红暴的强弱及红暴距离，与红外光的波长、光功率相关。红外光波长越短或光功率越大，红暴越强，红暴距离越远；红外光波长越长或光功率越小，红暴越弱，红暴距离越近。

    2、影响安防夜视补光的红外照明距离、补光效果的重要因素，不在红外光波长的长短，而在于红外摄像机图像传感器感应的红外波段与所采用的红外激光补光灯中心波长的匹配度。

    由于不同的安防夜视监控设备商，对红外激光补光灯有着各自不同的专业应用要求，如补光距离、补光效果、有无红暴、安装要求、配置成本等，若要取得最有效的建议，只能具体案例具体分析。对于普通的红外摄像机配置需求，可根据有无红暴、匹配的便捷性及匹配成本来进行简单考量，在此建议： 850nm波长的红外激光灯，红暴轻微，摄像机选配范围较广，成本较低，拥有更好的综合优势，可作为红外摄像机的首选项。如下表：

——三千米光电原创