安防领域激光主动照明技术现状与展望
摘 要：在科技飞速发展的今天，安防行业也在不断发展，对于照明技术的要求更是不断提升。而激光照明技术由于其自身独特特点，未来的应用前景十分广阔。本文就安防领域激光主动照明技术现状与展望做简要阐述。
关键词：安防领域 激光主动照明技术 现状与展望
中图分类号：TN249 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）09（c）-0079-02
1 安防监控领域现有的照明技术
夜间安防系统使用的照明光源包括红外LED与红外LD，前者使用成本比较低，应用时间也比较早。而随着LD价格的持续降低，激光照明应用范围在持续扩大。安防领域照明使用的激光其波长保持在800～1000nm范围内。利用激光光源进行照明属于主动照明成像技术，区别于红外热成像与微光夜视技术。再者属于被动成像范畴，无需主动照明光源。依据不同的照明距离要求，照明功率满足相应的雷达方程。
在雷达方程中涉及一些关键参数，如摄像机的灵敏度阈值，在零照度情况下，需要的照明发射功率值、照明距离、目标反射系数、照射角、照明系统透过率、大气衰减系数、成像系统透过率、成像通光孔径、成像系统焦距等。激光照明角度配置需要结合到监控距离，摄像机选择方面，照度值不需要很高，镜头孔径值很关键，尽量选择大孔径，以此来确保夜视仪的实用性价比。在实际应用中，夜间照明距离在100m之外的，激光功率通常不小于2W。但是由于相关因素如大气损耗、夜间监控环境、摄像机种类、镜头不同，照明距离远近、激光功率与照明角度选取也会随之改变。
2 激光主动照明技术
2.1 激光光斑整形匀化
传统激光器，激光出射角度在垂直与水平方向上不相等。后者发射角度大，将其角度方向称之为快轴方向。而前者的发射角度小，将其角度方向称之为慢轴方向。激光远场光斑呈现椭圆形，由于激光的干涉作用，光斑的均匀性差，呈明暗间隔分布。无法直接作为照明用光源。对于光斑匀化可以从以下方面来考虑。
一是利用光纤耦合的方式，對光斑作匀化处理。该方法在照明光斑匀化方面应用范围比较广泛。并且耦合光纤在合束数量增加的同时，光斑的均匀性也在提升，亮度也会增加，照明效果也有显著变化，但是实现真正意义上消除光斑的不均匀性几乎是不可能的。如果要利用耦合匀化的方式来解决光斑问题，激光源需要提供理想均匀的光斑，也必须有与轴向垂直且理想的合束光纤端面，端面的光洁度经笔者验证在纳米级的光洁度为佳。这样的要求对于产品的大批量生产带来困难。
二是利用光学积分方式进行匀化，通过对激光器进行匀化，从而实现均匀照明目的。但是采用该方法的不足之处在于，装置在光化学匀化后，激光耗损不可避免。耗损率大概在10%之上，这样的损耗无论对于光源器件本身还是散热件、结构件都是致命的。该技术应用的难点就在于减少损耗，增强匀化效果。
2.2 大角度宽范围激光连续变焦照明
在安防监控有效距离之内，近距离监控时要求视场尽可能的大，而距离较远时，保证足够的角度，以满足清晰成像要求。而在实际工作中，摄像机焦距在变化的同时，视场角也会相应的发生变化。鉴于此，要求照明角度覆盖全部监控视角，即在监控视角变化的同时，照明角度也必须要发生相应变化，以满足工作需要。而要达到该目的，就要求激光发射角度是可变并且连续的。将镜头变焦控制技术应用于激光照明器，从而实现照明角度在大范围内可调节，并且在一定的角度范围内可变。
2.3 激光智能照明同步变焦技术
该项技术采用的是自动化处理模块，并与预置位镜头相配合，激光照明角度可以与镜头的成像视角自动保持一致。
2.4 激光光轴微调对准技术
激光主动照明技术照明角度与摄像机角度要时刻保持重合一致。摄像机光轴与激光光轴二者之间的轴向偏差要控制在视场角的1/10范围内。对于夜视成像系统而言，长焦距端视场角的最小角度控制在0.5°以内。成像镜头与激光光轴二者光轴之间要保持平行稳态，光斑位置要在视场中心。应用该技术时，摄像机光轴与激光光轴二者之间的轴向精度差要小于0.05°。在两套设备对准调节完成后利用机械自锁结构锁紧，用照明角度与摄像机角度二者的完美匹配实现监控范围和激光功率的线性关系。
3 激光照明安全
激光照明安全性方面考虑的内容有是否会对人体造成伤害，是否会导致火灾发生。国家相关标准规定则指出，LED、LE的区别体现在发光效率、发光角度、工作寿命方面。在波长与光功率等方面没有明显的区别，符合安全标准。通过计算可以看出，在最小发射角情况下，当距离控制在5m范围时，照明的范围只有0.08m左右，其有效照明面积在0.006m2左右。在不考虑大气衰减因素下，当激光照明器的功率保持在4W时，目标处在光功率密度要低于正午太阳光的光功率密度。前者约为666W/m2，后者约为1000W/m2。当使用功率为4W的红外激光时，取照明角度最小，可以实现800m距离照明。利用激光监控时，应该将其安装于高处，与地面之间距离控制在5m之上。
当人处于激光危险区域时，激光虽然是对人眼不可见的，但是能够感觉到红曝。人体本能的眨眼，则会使目光迅速脱离照射区域，以此避免伤害到眼睛。
4 激光照明技术应用于安防领域的展望
4.1 新型激光照明光源
VCSEL与LED、LD光源有明显区别，前者兼具了后者的优点，发光阈值低、较好的稳定性、寿命长、集成高、小体积、小散角、光斑模式好、价格便宜、小长宽带窄、耦合效率高等。
由于腔体积减少，自发辐射因子要高于普通端面激光器，多方面的物理性能会得到改变。在成本控制方面，可以在线测试。由于垂直发光方向的沉底散热使二维阵列集成可以较容易实现，从而达到更高输出功率的目标。在制造工艺方面，前者与后者兼容，规模化生产成本低廉，与传统的LD相比，更具有价格方面的优势，推广与应用工作也更容易开展。
4.2 激光距离选通照明
受到大气的散射作用，激光照明光速的散射光进入到系统后会对成像造成影响，系统图像信噪比会由此而降低。解决该问题，可以利用距离选通技术。以时间先后作为依据，将不同距离的目标反射光与非目标散射光二者区分开，并使目标反射激光脉冲成像。远距离激光照明选通成像系统的照明光源是高能量的脉冲激光，通过对目标区域进行照射，利用选通相机作为接收设备，利用延迟声控技术对激光脉冲发射与相机快门成像时间进行严格控制，确保观察目标反射脉冲激光在相机的工作时间内到达并成像，从而将不同距离的散、反射光分开，以获取清晰图像。
5 结语
安防领域监控市场发展速度非常快，并且激光红外市场也已经进入了快速发展阶段，市场竞争激烈。随着技术发展成熟，产品的性价比将会进一步提升，在未来一段时间内，其市场前景将会非常的广阔。
参考文献
[1]李明，徐现刚.安防领域激光主动照明技术现状与展望[J].激光杂志，2017，38（3）：1-4.