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紅外激光補光燈的市場應用及技術特點分析

發布時間:2019/10/31

     安防監控行業的激光夜視照明市場經過最近幾年時間從無標準、無規范、無市場監管的無序競爭,已逐步發展成為規范化、專業化、差異化的專業市場競爭。紅外激光夜視補光技術的需求發展也從當初只要求看得見,到后續的看得清、看得遠,再到現在的安全性和可靠性。激光夜視照明產品也由光源單一、工藝粗糙、散斑明顯、非智能的紅外激光補光燈發展出點光源、面光源、光纖耦合光源、脈沖式、連續式、掃描式、一體式、分體式、定焦、變焦、安全型、中遠距、遠距和超遠距等等多元化的、專業性強的、能滿足各種細分市場需求的激光夜視照明產品及技術。

 

      時至2019年,紅外激光補光燈已廣泛應用在安防夜視監控的槍機、球機、云臺和無人機、夜視儀、軍工特裝裝備等產品上,應用市場已習慣了按有效補光距離需求為主線,將其劃分成近距、中遠距、遠距和超遠距4大類別。而且,每一類市場應用的紅外激光技術特點與需求特點都大有不同,下面我們就逐類進行分析比較。


      中遠距紅外激光補光燈是最早的、市場應用最為廣泛的一類,有效距離為1000米以內,目前已逐漸被統一劃分為300米、500米、800米三種型號,與安防監控球機、視頻監控小云臺、夜視儀等視頻監控設備搭配使用。它要求體積小,通用尺寸為55x60x100mm(W x H x L),與監控攝像機機芯大小相仿,以便于節省監控設備的內部空間;重量輕,一般只有300g左右,從而減少監控設備的負載并提高運行時的機動性能。

 

      由于中遠距紅外激光補光燈主要應用在大型廠區、油田油庫、安全部門、平安城市、機場港口、邊防海關等人流量相對較多、距離人員較近的公共場所,為降低紅外激光對人眼造成意外傷害的風險,特別是在日本、歐美等較發達的國家,行業準入標準對激光安全等級要求較高。早幾年出現的點光源(EEL)紅外激光補光燈,因其物理特性而無法達到3B類激光安全要求,即不允許在開放式環境上應用,近2、3年來已逐漸被淘汰出中遠距視頻監控市場。取而代之的,則是較為安全的面光源VCSEL紅外激光補光燈,現已成為主流的激光夜視照明產品。雖然,由VCSEL面光源替代點光源已成中遠距紅外激光補光燈市場應用的不可逆轉局勢,但值得注意的是,并不是使用了面光源VCSEL激光器生產的紅外激光補光燈就一定安全,市場上越來越多廠家跟風宣稱的VCSEL紅外激光燈,其實測結果卻只能達到4類激光安全級別,它的最高能量密度甚至高于點光源紅外激光補光燈的。因此,必須要看是否通過美國食品和藥物管理局(FDA)、國際電工委員會(IEC)認證標準的3B類激光安全級別的檢測報告,或者對其光能量進行實測,只有所測得的結果達到3B類激光安全級別標準的VCSEL紅外激光補光燈才是真正的安全型紅外激光補光燈。

 

      安防夜視監控市場對有效補光距離越來越遠的需求,推動了紅外激光照明技術的不斷發展,有效補光達千米以上的遠距紅外激光補光燈也就應勢面市。它的有效距離范圍被劃分在1000米以上、2000米以下,目前實際上常見的規格型號只有1000米的紅外激光燈,是由于受到安防監控攝像設備體積和不同類型的激光器特點、激光夜視照明技術發展的制約而造成的。

 

      目前,千米級遠距紅外激光補光燈主要有點光源激光器、面光源(VCSEL)激光器及光纖激光器3種光源。第一種,點光源的遠距紅外激光燈早在2012年面市,但補光距離實際上達不到1000米,激光光斑的散斑很明顯,效果并不理想,而且由于市場應用量極少,直至2015年后才逐步走向成熟;

 

      第二種,VCSEL激光器的遠距紅外激光補光燈在2016年底開始面市,雖然補光效果不亞于點光源的,卻因為體積較大、功耗高,且效果優勢并非十分明顯,而逐步痛失千米級的遠距夜視監控市場;

 

      第三種,光纖激光器的遠距紅外激光補光燈由三千米光電自主研發,樣機在2019年8月首次出現,有1000米、1500米和2000米三種有效補光距離,不但體積大小與點光源的幾乎一樣,在出光亮度、激光光斑均勻性、光能利用率都明顯較好,而且還實現了其它光源紅外激光補光燈都無法實現的全程清晰效果及透雨霧霾功能。它的面市,必定為遠距激光夜視安防監控市場領域帶來顛覆性的創新機遇,預估距離通過市場應用驗證還需要半年時間,大約2020年初才能批量上市。它們的綜合性能比較如下表:

 

光源類型

點光源激光器(EEL)

面光源激光器(VCSEL)

光纖激光器

優點

體積小、亮度高

光斑無震動、抖動

體積小、全程清晰、透雨霧霾、光斑無震動、抖動

缺點

光斑震動、抖動而無法滿足高速動態攝像需求

體積大、功耗較高

成本較高

使用不同光源的1000米遠距紅外激光補光燈的綜合性能比較表

 

      超遠距紅外激光補光燈是應用在2000米及以上的激光夜視照明需求,包括一些較大型的安防監控云臺、特種監控設備與高端的大型激光夜視儀等,市面上的標準產品型號有2000米、3000米、4000米、5000米,如需再遠的都必須定制而成。由于補光距離從2000米起紅外激光燈,所使用的光源都是大功率光纖激光器,產品的三大主要部分激光勻化技術組件、光學處理鏡頭組件、散熱結構組件都需特別設計,因此,超遠距紅外激光補光燈的功率高、體積大,重量一般有幾斤甚至十幾公斤重,標準品價格都是在萬元到幾十萬元級別。

 

      超遠距紅外激光補光燈作為激光夜視照明的重量級產品,補光效果、穩定性是市場最關注的兩點。補光效果主要是看光斑的均勻性、通透性與邊界是否清晰,由于距離遠,照明角度小,激光勻化技術難度高,勻化效果就成了關鍵,也是各紅外激光補光燈生產廠家專業技術競爭力的體現。不過,市場用戶對生產廠家采用了哪種激光勻化技術其實并不大關注,因為他們只需要將不同的紅外激光補光燈同時進行實測效果對比,結果自然見分曉,讓廠家來不得半點僥幸。

 

      由于超遠距紅外激光補光燈都是應用在特種的軍工裝備、高端的大型設備上,一旦出現問題,導致不能正常使用,其維修極其不便且成本十分高昂,甚至可能為此而付出生命代價。因此,客戶對其穩定性的考量都要高于補光效果。紅外激光補光燈的穩定性主要體現在使用壽命、耐高低溫沖擊性能、防震動能力、防鹽霧腐蝕等,客戶除了要求廠家提供各項性能實驗測試記錄,往往都會購買樣機進行模擬測試檢驗,以確保穩定性。正因為驗證的周期長、成本高,市場客戶一旦通過了某個品牌的超遠距紅外激光補光燈的驗證,便絕不輕易更換供應商。

 

      中遠距、遠距、超遠距三類產品屬于變焦紅外激光補光燈,都具備同步對焦、自動調光的功能。由于激光的準直性好、亮度高,因此遠距離夜視照明它的優勢范疇。相反,在100米以下的近距離夜視照明卻成了它的短板。究其原因,首先近距離夜視照明一直是價格低廉的LED紅外照明的專屬市場,而變焦紅外激光補光燈的價格相對高出幾十倍甚至上百倍,根本無法進入近距夜視補光市場。其次,紅外激光的亮度太高且照明角度小,近距離補光必須要解決亮度過爆的問題。所以,必須同時解決價格與激光亮度過爆的問題,近距紅外激光補光的難度,并不亞于所有的遠距紅外激光補光。

 


      不過在2018年初,三千米光電推出了全系列的近距紅外激光補光燈,但并不是變焦的,而是定焦的紅外激光補光燈,技術原理與LED紅外的一樣:光源+透鏡,而且體積比LED紅外小三分一左右,可完全兼容市場上現有的LED紅外補光產品結構,不需要做結構以及軟件方面的改動,就可以直接取代LED紅外燈,先來看看它們的技術參數對比:

 


LED紅外補光燈

定焦紅外激光補光燈

有效距離

0-100米

0-300米

照明角度

15°、30°、45°、60°、90°、120°

3°、8°、15°、30°、45°、60°

功耗

LED紅外補光燈 / 紅外激光燈:3/1

亮度

相同功率的紅外激光燈亮度為LED紅外補光燈的4倍

光電轉化率

20%

30%

光衰率

每年20%遞增

3年<5%

使用壽命

5000小時

50000小時

工作溫度

-10℃~50℃

-40℃~+85℃

補光效果

有噪點

畫質通透、細膩

LED紅外補光燈與定焦紅外激光補光燈技術參數對比表

 

      通過上表的主要技術參數對比,可以看出定焦紅外激光補光燈在夜視監控補光技術、性能及補光效果上比LED紅外補光燈都有著絕對的優勢。它的面市,主要是填補了LED紅外補光難以滿足的100米至300米夜視監控市場空白,同時也解決了一些高端夜視監控攝像球機、槍機使用LED紅外補光燈清晰度不夠、補光燈光衰率大壽命短、散熱性能不佳、無法滿足工業級工作溫度范圍等的難題,還受到一些特殊環境行業的青睞,如化工、加油站、油泵房、軍工、船舶、電力面粉廠等易燃易爆危險環境場所的夜視監控照明,這是因為定焦紅外激光補光燈的穩定性、安全性做得更好。

 

      當然,價格因素始終都是定焦紅外激光補光燈能否大批量進入100米以內的夜視照明市場的決定因素,性價比能否讓市場接受?這仍然要看市場需求與紅外激光照明技術在未來幾年發展情況才能有明確答案了。

 

      綜上所述,近距、中遠距、遠距和超遠距這4大類紅外激光補光燈的市場應用及技術特點比較如下表:

 

比較項目

中遠距紅外激光燈

遠距紅外激光燈

超遠距紅外激光燈

近距紅外激光燈

有效距離

300-800米

1000-2000米

2000-5000米

100-300米

市場關注點

安全性、光斑效果

體積、透雨霧功能

穩定性、光斑效果

價格、安全性

技術特點

面光源光源(VCSEL)

點光源/光纖激光器

光纖激光器

照明角度匹配

不同類型紅外激光補光燈市場應用及技術特點比較表

 

      2019年及至未來5年內,安防監控夜視照明市場對300-800米的中遠距激光夜視照明的產品,更看重紅外激光燈的安全性能,以拓展更廣泛的安防夜視監控市場。對1000-2000米遠距紅外激光補光燈,要求體積小,便于安裝在攝像球機里面;期待增強透雨霧霾功能,提升在惡劣環境下的夜視照明效果;以此來實現降低生產成本,提升產品競爭優勢。對2000米以上的超遠距紅外激光補光燈最為看重的則是穩定性,品質不過硬的,根本無法進入要求“穩定勝于一切”的高端專業市場。對300米以內的近距紅外激光燈,出于成本競爭的考慮,目前則很多監控設備商仍處于嘗試與觀望階段。

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