摘要：本文论述了激光夜视系统的原理和结构，并对激光夜视部件的选型和激光夜视的应用作了阐述，旨在帮助广大客户和工程商更好地选择真正符合项目需求的夜视技术。

　　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：

　　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，其他两项再好，可能还不如摄像机顶级，其他两项稍差的效果好，而且成本会更高。

　　这里回到刚才提到的问题，摄像机也有一个参数是CCD靶面尺寸，无外乎现在就1英寸、2/3英寸、1/2英寸、1/3英寸等几种，其中前两种又很少用在监控领域，监控领域实际上就是1/2和1/3英寸两种为主流，任何摄像机的参数都会明确标示。1/2CCD的最低照度一定会比1/3的要好，这也是很容易理解的。靶面大，自然接收到的镜头光就多。两种型号肯定会存在差价，但一般不会很大。正常情况下，我们一定会选择1/2英寸的CCD。照度好，自然同等激光功率下夜视效果就好，但有一点，摄像机靶面大了，我们看到的图像视场范围就大了，相应的人占屏幕的比例就小了，如果仍然需要达到公安部“1/4识别，1/10发现”的标准，势必需要加大镜头，这一块会造成成本的大幅度上涨。整体评价下来，使用1/2CCD的系统，夜视效果会更好，对激光，镜头的利用率都更高，但价格整体要偏高，镜头贵，激光省些，使用1/3CCD的，整体效果差些，但镜头便宜很多，激光要求高些，整体价格也会更便宜些，两者皆可用。很难评述那种配置性价比更好，只能说，注重效果的，用1/2CCD，注重成本的，用1/3CCD。需要提醒客户主意的是，还是应该尽量选择大厂家如松下、索尼等公司的产品，二三线品牌在最低照度上多标一个0，不是什么不可能发生的事情，一个摄像机月光到星光不会有什么太大价格差别，但到了整套系统里，那可是要大幅度影响夜视效果，会造成大成本的镜头和激光发挥不出应有的效果，得不偿失。

　　 镜头的靶面尺寸，唯一的作用就是和摄像机靶面尺寸相对应，如果镜头尺寸小于摄像机尺寸，那系统就不能用，四个角会出现四个黑边，如果镜头尺寸大于摄像机尺寸，也会造成相应的浪费，完全对应是最合理的配置。

　　问题四：“我要看1000米的距离，究竟激光该配多大的？”

　　这也是困扰客户许久的问题，且不说1000米，国内能真正做到1000米很好效果的厂家其实并不多，就拿夜视500米来说，有的厂家标激光3W，有的标4W，甚至有的还标10W甚至更大，最不理解的是，标了8W、10W的，甚至有时候价格比4W、3W的还要低，不知道该如何选择。

　　这里首先要提醒的是一个没有标准的行业规则，不论激光标几瓦，实际上客户甚至工程商层面根本无法考究，用专业工具测试过的几家激光，标称2W到20W不等，但测试结果却大出意料，居然有标称8W的，实际测出来却是毫瓦级别的。100%测试出来的比参数标称的都要低，这也可以理解，毕竟测试时激光已经经过了扩散，多数标称2—3W的激光实际测试出来为1W左右，个别厂家的产品测试能达到标称的“80%”左右甚至更高些，数据严重不靠谱的也有，询问后给出的解释是：“我们标的不是激光功率，而是激光的功耗”，此问题反映到实际项目中，会出现三种情况，一是要求夜视距离达到500米，几家产品都标称4W激光，而且确实都能达到500米，但亮度完全不在同一数量级，有的厂家可以轻松看到1000米以上，有的极限距离是500米。另一种情况是，大家镜头都放在最长焦，都能看到500米，但要求镜头视场稍微大一些，有些厂家游刃有余，有些厂家视场一大，激光一扩散，明显亮度不够，出现满屏雪花，不能聚焦等问题。更严重的是第三种情况，没有厂家敢承诺，我的激光不衰减，也没有客户相信，在产品选型确定后，有很多项目半年后才开始验收，但验收的时候会明显看到，完全和测试时不是一样的效果，没错，这就是激光衰减的现象，不难想象，测试的时候都已经使用在极限状态达到需求，那半年以后怎么可能还保持一样的效果？换过来想，测试时可以轻松看到1000米的4W激光，那半年以后甚至几年以后，只要求看个500米，实际上并不难。激光保护好了，通过图表可以看出来，实际上10000小时只会衰减到额定值的85%，也就是说，三年内基本上肉眼看不出明显的衰减。

　　这一块，能总结出来给客户的建议是“不要完全相信厂家标称的参数，参数可能是真的，但配合起来也不一定能达到最佳的效果”，选购激光夜视，还是建议以测试为准，需求定下来，能够做到两点的可以放心采购。第一，实际可发现距离远远高于需求的距离，在需求距离上效果非常好。第二，在需求距离上，不论是在长焦还是中短焦，都能够清晰成像，而且在激光设计的变焦范围全程，都可以清晰的满屏成像，不存在“手电筒”现象，激光一扩散就看不成的技术，在实际使用中是一定会出问题的。

　　而究竟该用多大的激光呢？以我们厂家的经验来看，500米以内，4W激光足够，1000米的距离，10W是个比较理想的选择，这个功率，是实实在在的激光输出功率，而不是什么功耗或虚标的功率。

　　问题五：客户会问：“激光夜视价格如此之高，能够保证用多久不衰减啊？”

　　这个问题很多单做激光的厂家会给出明确的数据，而很多集成激光夜视摄像机的厂家，往往会根据其采购的激光质保情况来承诺使用寿命。事实上，如果他们心里清楚的知道，激光半年会衰减完，也不可能去花大价钱集成，然后销售。十年发展期间，作为厂家，我们也选择过不少激光做集成，简单总结下来有两种技术，一种是真空充氮气保护、光纤输出的激光器，第二种是裸露在空气中直接受热激发的激光器，前者需要特殊定制的接口和特殊设计的激光变焦镜头，而后者只需要市场上买一个5—50mm左右的镜头即可。如何变焦不在讨论范围，但只强调一点，裸露在空气中受热激发的激光，很难避免高温氧化，带来的结果自然是要么缓慢衰减，要么干脆就瞬间不亮，这类激光价格便宜，甚至会低于成熟的红外灯的价格，但其缺陷也很致命，这也是目前还没看到哪家激光灯已经在市场中份额遥遥领先、建立行业标准的原因。而用第一种激光，厂家可以很负责的说三年包换，不过代价是这种激光价格和裸露激光完全不在同一个数量级，尤其是进口品牌的激光器。如何选择，也只能看厂家的市场定位和客户的实际需求了。

　　问题六:客户提出“激光能不能做成无红爆的？”

　　这个问题实际上不是技术问题，而是一种选择问题。目前激光808nm,940nm,980nm都是很成熟的技术，客户使用808nm的，自然处于微红暴波段，用户直视摄像机时能看到一个小红点，但看不到光线，绝大多数场合是能够满足需求的，只是在铁路沿线、边防沿线、刑侦蹲守等特殊场合可能不会被允许使用。此时若要看几百米远夜视，无红爆激光才有应用空间，之所以不是每个设备都用无红爆激光，核心原因是无红爆激光对镜头的透过率，以及摄像机的感应率都非常低，甚至达不到808激光的1/3，若要达到同样的监控效果，激光功率可能需要加大4倍甚至更多，造成成本的大幅度提升，而目前的极限技术，无红爆也就是做到1000米勉强发现，500米以内较为成熟的层次。明确了这两点，可以回答客户，红爆不是能不能做的问题，而是有没有必要选择的问题。以目前的技术只能说，1000米需求以上的无红爆激光，还是很难实现的。

　　问题七：客户提出“你们单卖激光不？”

　　这个问题对于厂家来说，也是基本上天天遇到，但就我公司而言，基本上是不卖的，原因有二。第一，使用进口的充氮气封装，光纤输出整形匀化激光，即便单卖，成本也不是一般项目所能接受的。第二，即便单卖了激光，如果搭配不好镜头及摄像机，一样会让甲方对项目感到很失望，这里面，激光跑偏、激光跟摄像机的黑白状态同步、激光跟镜头的同步联动、同步预制位等技术都没有办法实现，最关键的是，普通的摄像机或镜头是否感应激光波长都是问题，因此在明确实际配套设备之前，贸然的出售激光是很不负责任的做法，从实际的经验及教训来看，如果项目用在定点，无需变焦，无需转动云台的情况下，可考虑单配激光，其余情况下确实很难100%保证项目的成功。

　　问题八：“激光是否安全？它和热成像、微光、红外LED等相比较有什么优势？”

　　很多用户认为，激光夜视技术是非常好的解决夜视监控的手段，但同时对激光是否会造成对人体的损害，以及是否会引起火灾等情况产生质疑。在此，对这一问题从理论和数据两方面做一探讨，以消除用户方的疑虑。

　　首先从激光是否会点燃物体角度作一分析，目前市场上用于夜视照明的激光器多数集中在十瓦以内，照射距离1000米左右，更近距离的激光功率仅需四瓦，有效照射距离500米左右，激光的扩散如下图所示：

　　我们仅以最极端的情况考虑，目标物距离激光仅一米，激光扩散角又打到最小只有1度，在这种极限条件下，我们可以计算出，激光的实际照射半径r=1米×tan1°=0.0174米，照射面积计算为:0.000957平方米。而此时光强即便不考虑空气中的衰减，依旧是4W最大功率，那么单位面积（按1平方米计算）功率计算为4/0.000957=4179瓦/平方米。

　　与此相应，从很多专业的文献资料可以查到，太阳光的光功率在地表平均为1350瓦/平方米，按白天12小时，夜间12小时计算，实际白天太阳光功率不会低于2500瓦/平方米，在中午日晒的情况下，更会远高于平均数据。

　　换句话说，即便把激光的功率集中到一个点，只照射1米外不到10平方厘米的范围，其所产生的光强度也仅仅和太阳光在同一数量级，完全没有点燃物品的危险。事实上，考虑到激光在空气中的反射与吸收，实际功率根本不可能达到理论值，而且，实际使用中，我们也不可能把激光缩到最小，盯着一米外去“点燃”物体。正常使用环境下，例如照射10平方米范围，实际光强只有0.4瓦/平方米，不及太阳光的万分之一，不会产生任何危险。可以说，激光夜视技术是非常成熟的一种主动照明夜视技术，这也是很多激光厂家能够顺利拿到公安部产品检验报告，安全生产许可证的原因。

　　激光和其他夜视技术的对比如下表所示:

     通过上述对比不难看出，如果看人，并且要求识别，则激光的优势是巨大的；如果要看环境，热成像优势是巨大的；在一些近距离场和，LED还是应用的主流；而微光夜视技术，在监控领域咋看都有点鸡肋，它更适合的适用环境是军事，刑侦，单兵携带等领域。

     通过以上八个问题的解释，相信很多人对如何选用激光夜视已经有了比较清楚的认识，但这些问题仅仅解决了一个基础的问题“我们该怎样搭配出激光夜视产品”，而做一款真正的实用的激光夜视产品光了解这些是远远不够的，连同云台解码器，护罩等一共五个核心部件如何配合，协调使用，也是一款产品是否成熟的标志，这一点，其实真正考验了一个激光夜视生产型企业的技术实力。

     任何有安防经验的公司或个人都可以很轻松的买到镜头、摄像机、激光灯、云台、护罩，甚至还有很多能够搭配出来效果相当不错的激光夜视系统，但长久的经验告诉我们，采购搭配出来的产品，一定不是成熟的产品，起码下列问题中的几个或全部很难实现，而没有这些功能，会造成用户实际使用过程中，使用效率严重低下，有些技术即便我们意识到了，也不敢说百分百的完美解决了，用户也可以根据实际情况，随时向我们厂家反映产品改进意见，只有用户的实际需求，才是企业进步的原源动力。

     目前我们意识到系统搭配过程中，需要做到的有如下技术点：

1、光敏控制激光的开关，并且激光开启和摄像机的黑白状态一定要同步。一定要避免激光24小时连续开的现象，否则会大幅度的降低设备的使用寿命。

　2、根据现场环境，可考虑设置激光的手动开关，例如在广场，灯开时，可以考虑关闭激光，效果会更好，路灯关闭后，打开激光，一样保持好的效果，远程后台可控。

　　3、 激光与镜头同步联动，用户只需控制镜头变焦，激光自动跟随到合适的位置，避免变焦完后，又手动调节激光找好的效果，更应避免前面提到的，激光虽能变焦，但一扩大效果立刻就很差。

　　4、护罩设计要充分考虑激光的散热，激光的发热是很大的，即便说真空充氮气保护，也很难保证完全不衰减，散热快、循环风冷必不可少，特殊场合甚至需要考虑加装微型空调。

　　5、激光应具备预置位功能。目前云台位置，甚至镜头变焦聚焦都已经有成熟的预置位功能，如果调用预置位后，一切都到位了，就激光不到位，也很难说是成熟的系统，这个需求在联动报警调用预置位的场合尤其重要。系统预置位的精准度也应该尽量做到精确，否则此功能如同鸡肋。

　　6、尽量选择红外不偏焦镜头。不难想象，如果批量的安装设备，到了晚上，全部需要聚焦一次，到了白天，又需要重新来一次，会给操作带来极大的不便，但遗憾的是，目前在远距离镜头上，具备红外不偏焦功能的还很少，产品线严重不全，为此，只能开发大镜头的自动聚焦、机械调整或镀膜调整等技术实现。

　　7、为保证激光的使用效率，镜头及护罩前挡玻璃的镀膜技术也非常关键，好的镀膜技术，能够提升20%左右的红外透光率。

　　8、特殊环境下考虑采用防盐雾腐蚀、透雾、防强光等高级功能，尽可能的让设备适用于任何环境。

　　至此，如何选择激光夜视产品相信对广大客户已经有些许帮助。目前，激光夜视领域已经越来越多的越来越多地应用在了公安、铁路、公路、军队、渔政、环保、机场、厂区、矿区、电力、森林防火、平安城市、石油石化、水资源保护、城市安防、高空瞭望、野生动物保护等行业很多项目中都有了大量的应用，在未来几年内，甚至有大面积上量，成本大幅度减小，逐步取代红外的趋势。在此，作为行业内的一员，呼吁广大厂商、广大客户共同努力，生产出真正适合广大客户应用的产品，逐步规范市场，为行业的发展做出应有的努力。

　　北京高普乐光电科技有限公司一直秉承：创新的技术、十年的沉淀、军工的品质、用心的服务；让“视”界更清晰，让社会更安全！

　　北京高普乐光电科技有限公司（原北京紫晶视讯电子技术有限公司，成立于1998年）是一家集研发、生产、销售、服务于一体的科技型企业。我们专注于夜视技术及产品，坚持创新研发、高效规范生产、完善营销渠道，走自主品牌和自主知识产权的道路。经过多年的努力和积累，公司在激光夜视、红外夜视、精密重载转台的技术开发和应用方面都取得了丰硕的成果，获得了多项专利。

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　　十年如一日，我们专注于远距离夜视。过去的十年我们专注于远距离夜视技术的创新，专注于针对客户需求的定制化服务，专注于在野外环境使用的设备的可靠性，我们一直专注在这个领域的深度挖掘、持续耕耘，“高普乐·夜视”的品牌也得到了客户的认可。我们一直有一个梦想：“平安城市”之后，还有“平安乡村”、“平安交通”、“平安能源”、“平安森林”…未来的“平安中国”，有我们贡献的力量！十年，我们刚起步……