CN105301870B - 一种人眼安全激光照明夜视系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种人眼安全激光照明夜视系统，系统包括：激光照明模块、InGaAs FPA型近红外摄像机、联动变焦控制模块、光敏控制器、长焦镜头和电源模块；长焦镜头，用于变焦实现远距离监控；光敏控制器，用于根据环境的光强度控制激光照明模块开启或关闭；联动变焦控制模块，用于控制长焦镜头和激光照明模块的激光镜头联动变焦；InGaAs FPA型近红外摄像机，用于采集短波红外视频；激光照明模块，用于产生消除激光散斑的1550nm照明激光，辅助InGaAs FPA型近红外摄像机采集短波红外视频；本发明提供的系统采用1550nm激光器产生激光光束辅助照明，通过InGaAs FPA型摄像机采集图像，具有人眼安全、照射距离远、激光功率稳定，透雾能力强等优点。

Description

一种人眼安全激光照明夜视系统
技术领域
本发明涉及激光夜视领域，具体涉及一种人眼安全激光照明夜视系统。
背景技术
激光夜视技术属于主动红外夜视技术的一种，主要的应用模式是在无可见光或者可见光较弱的黑暗环境下主动发射激光照射目标，同时采用高通光量的夜视镜头接收目标反射的激光成像并输出。目前，为实现夜间低照度条件下的远距离监控，主要利用近红外波段连续波半导体激光器进行补光，这源于激光自身单色性好、发散角小、亮度高等方面的特性。
目前，常见的激光夜视仪所用激光器的光波长多数在800nm～1000nm范围内，典型的波长如808nm、810nm、940nm、915nm及980nm，发散角范围约在0.1°～30°范围内。常见用于视频监控补光的激光器输出功率在0.1W～20W范围内，为了实现更为远距离的监控补光，也可能超过这个范围。
目前市场上的远距离激光夜视仪功率大都在10W左右，甚至更高。例如北京集光通达科技有限责任公司生产的JG0351高清1km激光摄像机，采用808nm近红外激光，发射功率10W；北京集光通达科技有限责任公司生产的JG0381型高清2km激光摄像机，采用808nm近红外激光，发射功率15W；神戎公司生产的SHR-HLV4020高清激光夜视仪，采用810nm激光，发射功率达到了20W。目前在中远距离激光夜视领域，大功率激光器的使用已经成为了主流，由于激光的方向性好、功率密度极高等特点，使得大功率激光对人眼的辐射伤害不容忽视，大功率激光集中照射可能造成人眼损伤甚至致盲。目前国内对激光夜视仪的安全标准还不完善，依据现有的国标GB7247.1《激光产品的安全》要求，现在市场上的激光夜视仪使用的大功率激光器均不同程度超过了安全标准。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种人眼安全激光照明夜视系统，采用1550nm激光器产生激光光束辅助照明，通过InGaAs FPA型摄像机采集图像，设计了联动变焦控制模块控制摄像机和激光器同步变焦，具有人眼安全、照射距离远、激光功率稳定，透雾能力强等优点。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
一种人眼安全激光照明夜视系统，其改进之处在于，包括：
激光照明模块、InGaAs FPA型近红外摄像机、联动变焦控制模块、光敏控制器、长焦镜头和电源模块；
所述光敏控制器与所述联动变焦控制模块连接，所述联动变焦控制模块分别连接所述激光照明模块和InGaAs FPA型近红外摄像机，所述InGaAs FPA型近红外摄像机与所述长焦镜头连接；
所述长焦镜头，用于变焦实现远距离监控；
所述光敏控制器，用于根据环境的光强度控制所述激光照明模块开启或关闭；
所述联动变焦控制模块，用于控制所述长焦镜头和激光照明模块的激光镜头联动变焦；
所述InGaAs FPA型近红外摄像机，用于采集短波红外视频；
所述激光照明模块，用于产生消除激光散斑的1550nm照明激光，辅助所述InGaAsFPA型近红外摄像机采集短波红外视频。
优选的，所述激光照明模块包括：依次连接的1550nm激光器、激光驱动器和激光镜头；
所述激光驱动模块，用于输出驱动电压，点亮所述1550nm激光器；
所述1550nm激光器，用于产生消除激光散斑的1550nm照明激光；
所述激光镜头，用于调节1550nm激光光斑尺寸。
进一步的，所述1550nm激光器，用于产生消除激光散斑的1550nm照明激光，包括：
在所述1550nm激光器中的每支LD激光器的激光光束照射方向添加椭圆整形元件和平顶光整形元件，其中，以所述每支LD激光器的激光光束照射方向为前，所述平顶光整形元件在所述椭圆透镜整形元件之后，分别对所述每支LD激光器的激光光束进行椭圆高斯光束整圆处理和平顶光整形处理，最后对全部LD激光器进行光纤耦合处理。
优选的，所述系统还包括：云台和护罩，所述云台用于安装所述护罩并调节所述护罩的方位，所述护罩，用于安装并保护所述激光照明模块、InGaAs FPA型近红外摄像机、联动变焦控制模块、光敏控制器、长焦镜头和电源模块。
进一步的，所述激光照明模块还包括：散热模块，用于对所述1550nm激光器进行降温。
进一步的，所述激光镜头上安装用于与长焦镜头联动变焦的激光驱动电机、镜头电机调焦齿轮和电位器；
当所述长焦镜头焦距变化时，联动变焦控制模块根据所述电位器输出电压数值调整激光驱动电机和镜头电机调焦齿轮，控制所述激光镜头与所述长焦镜头的指向同步在同一监控区域。
与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果：
本发明提供一种人眼安全激光照明夜视系统采用1550nm激光器产生激光光束辅助照明，通过InGaAs FPA型摄像机采集图像，设计了联动变焦控制模块控制摄像机和激光器同步变焦，具有人眼安全、照射距离远、激光功率稳定，透雾能力强等优点。
附图说明
图1是本发明提供的一种人眼安全激光照明夜视系统结构图；
图2是图1中激光照明模块1结构图；
图3是本发明提供的一种人眼安全激光照明夜视系统实际应用设备图；
图4是本发明提供的一种人眼安全激光照明夜视系统中1550nm激光器激光光束整形流程图；
图5是本发明提供的一种人眼安全激光照明夜视系统中护罩和云台的应用设备结构图；
图6是本发明提供的一种人眼安全激光照明夜视系统激光照明模块的应用设备结构图；
其中，1-激光照明模块，2-联动变焦控制模块，3-光敏控制器，4-电源模块，5-长焦镜头，6-InGaAs FPA型近红外摄像机，7-1550nm激光器，8-激光驱动器，9-激光镜头，10-护罩，11-云台，12-镜头电机调焦齿轮，13-激光驱动电机，14-电位器，15-散热模块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种人眼安全激光照明夜视系统，如图1所示，包括：
激光照明模块、InGaAs FPA型近红外摄像机、联动变焦控制模块、光敏控制器、长焦镜头和电源模块；
所述光敏控制器与所述联动变焦控制模块连接，所述联动变焦控制模块分别连接所述激光照明模块和InGaAs FPA型近红外摄像机，所述InGaAs FPA型近红外摄像机与所述长焦镜头连接；
所述长焦镜头，用于变焦实现远距离监控；
所述光敏控制器，用于根据环境的光强度控制所述激光照明模块开启或关闭，其中所述开启或关闭的阈值可根据实际情况人工设置；
所述联动变焦控制模块，用于控制所述长焦镜头和激光照明模块的激光镜头联动变焦；
所述InGaAs FPA型近红外摄像机，用于采集短波红外视频；
所述激光照明模块，用于产生消除激光散斑的1550nm照明激光，辅助所述InGaAsFPA型近红外摄像机采集短波红外视频。
例如，如图2所示，包括：激光照明模块、InGaAs FPA型近红外摄像机、联动变焦控制模块、光敏控制器、长焦镜头和电源模块，针对1550nm波长激光本发明专门使用了InGaAsFPA型短红外摄像机，感光波长范围为900nm～1700nm，在日间可以利用自然光线成像，当夜间光线变弱时，光敏传感器控制激光器自动开启进行补光，此时InGaAs FPA型摄像机利用1550nm辅助激光光源进行成像。在近室温条件下，InGaAs器件具有较高的量子效率，并具有较高的灵敏度和探测率。在InGaAs探测器光谱响应范围900～1700nm范围内，InGaAs器件的量子效率可达80％。
其中，所述激光照明模块，如图3所示，包括：依次连接的1550nm激光器7、激光驱动器8和激光镜头9；
所述激光驱动模块，用于输出驱动电压，点亮所述1550nm激光器；
所述1550nm激光器，用于产生消除激光散斑的1550nm照明激光；
所述激光镜头，用于调节1550nm激光光斑尺寸。
其中，所述1550nm激光器，用于产生消除激光散斑的1550nm照明激光，包括：
在所述1550nm激光器中的每支LD激光器的激光光束照射方向添加椭圆整形元件和平顶光整形元件，其中，以所述每支LD激光器的激光光束照射方向为前，所述平顶光整形元件在所述椭圆透镜整形元件之后，如图4所示，分别对所述每支LD激光器的激光光束进行椭圆高斯光束整圆处理和平顶光整形处理，最后对全部LD激光器进行光纤耦合处理，初始激光光束为椭圆高斯光束，其变化过程为椭圆高斯光束→圆形高斯光束→圆形平顶光光束。
进一步的，所述系统还包括：云台11和护罩10，如图5所示，所述云台用于安装所述护罩并调节所述护罩的方位，所述护罩，用于安装并保护所述激光照明模块、InGaAs FPA型近红外摄像机、联动变焦控制模块、光敏控制器、长焦镜头和电源模块。
如图6所示，所述激光照明模块还包括：散热模块15，用于对所述1550nm激光器进行降温。
当摄像机镜头焦距发生变化时，图像视场角度也会发生变化，由于激光夜视仪依靠辅助激光照明光源成像，因此应尽可能控制激光光束角度与摄像机视场角度重合，保证取景范围内的激光能量最大化利用，同时目标景物成像也最清晰。而激光光束角度是由激光镜头控制的，摄像机视场角度是由摄像机镜头控制的，因此要保证取景范围内激光最大化利用，就要保证两个镜头的精确联动控制。
如图6所示，所述激光镜头9上安装用于与长焦镜头联动变焦的激光驱动电机13、镜头电机调焦齿轮12和电位器14；
当所述长焦镜头焦距变化时，联动变焦控制模块根据所述电位器输出电压数值调整激光驱动电机和镜头电机调焦齿轮，控制所述激光镜头与所述长焦镜头的指向同步在同一监控区域。
其中，根据所述电位器输出电压数值调整激光驱动电机和镜头电机调焦齿轮的控制数据由人工测试所得，例如，如将摄像机镜头焦距全程分为10个测试点，每到一个测试点，记录下摄像机镜头采样值，并存如数组Data1[10]，同时调整激光镜头焦距与摄像机适应，记录下激光镜头的采样值，并存入Data2[10]，这样通过测试就可以得到对应的两个数组Data1[10]和Data2[10]，两个数组内的值一一对应。如当摄像机的焦距位置位于Data1[5]时，激光镜头会自动也将镜头调整至Data2[5]位置。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (4)

1.一种人眼安全激光照明夜视系统，其特征在于，所述系统包括：激光照明模块、InGaAs FPA型近红外摄像机、联动变焦控制模块、光敏控制器、长焦镜头和电源模块；
所述光敏控制器与所述联动变焦控制模块连接，所述联动变焦控制模块分别连接所述激光照明模块和InGaAs FPA型近红外摄像机，所述InGaAs FPA型近红外摄像机与所述长焦镜头连接；
所述长焦镜头，用于变焦实现远距离监控；
所述光敏控制器，用于根据环境的光强度控制所述激光照明模块开启或关闭；
所述联动变焦控制模块，用于控制所述长焦镜头和激光照明模块的激光镜头联动变焦；
所述InGaAs FPA型近红外摄像机，用于采集短波红外视频；
所述激光照明模块，用于产生消除激光散斑的1550nm照明激光，辅助所述InGaAs FPA型近红外摄像机采集短波红外视频；
所述激光照明模块包括：依次连接的1550nm激光器、激光驱动器和激光镜头；
所述激光驱动模块，用于输出驱动电压，点亮所述1550nm激光器；
所述1550nm激光器，用于产生消除激光散斑的1550nm照明激光；
所述激光镜头，用于调节1550nm激光光斑尺寸；
所述激光镜头上安装用于与长焦镜头联动变焦的激光驱动电机、镜头电机调焦齿轮和电位器；
当所述长焦镜头焦距变化时，联动变焦控制模块根据所述电位器输出电压数值调整激光驱动电机和镜头电机调焦齿轮，控制所述激光镜头与所述长焦镜头的指向同步在同一监控区域。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述1550nm激光器，用于产生消除激光散斑的1550nm照明激光，包括：
在所述1550nm激光器中的每支LD激光器的激光光束照射方向添加椭圆整形元件和平顶光整形元件，其中，以所述每支LD激光器的激光光束照射方向为前，所述平顶光整形元件在所述椭圆透镜整形元件之后，分别对所述每支LD激光器的激光光束进行椭圆高斯光束整圆处理和平顶光整形处理，最后对全部LD激光器进行光纤耦合处理。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：云台和护罩，所述云台用于安装所述护罩并调节所述护罩的方位，所述护罩，用于安装并保护所述激光照明模块、InGaAs FPA型近红外摄像机、联动变焦控制模块、光敏控制器、长焦镜头和电源模块。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述激光照明模块还包括：散热模块，用于对所述1550nm激光器进行降温。
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