60克重500米远的无人机夜视监控专用变焦红外激光补光灯

——突破无人机高清晰夜视监控照明的负重及能耗两大技术难关

随着无人机的应用越来越广，使用无人机航拍也走进普通家庭的生活中，其使用的普及得益于，使用无人机航拍相比较直升机航拍而言成本低廉，且航拍人员站在地面通过遥控器即可操控无人机完成拍摄，不仅操作简单，而且无需航拍人员在空中作业，增加了拍摄过程的安全系数。

但无人机在夜间进行航拍时因为光线不足，航拍效果不理想，拍摄图像不清晰。为了使该无人机正常拍摄，还需一种照明装置增加航拍时的照明度。以往在无人机夜间航拍辅助照明技术中，通常采用阵列式红外LED、探照灯、倍增器式夜视仪作为辅助光源，但是，阵列式红外LED、探照灯、倍增器式夜视仪作为辅助光源的方法，存在功耗高、不隐蔽、重量大，且视频图像层次不分明、不够清晰的问题，而且夜视仪成本太高。

市场上专业级的无人机通常搭配使用技术成熟的带有红外热成像仪、LED红外照明、红外激光夜视照明或白光激光照明的安防夜视照明摄像机，使得无人机夜视监控可以实现在夜间高清晰的侦查与快速搜索工作，大大提高了无人机的应用水平。然而，这几种夜视照明技术在无人机上的应用各有利弊，也各有各的专用领域：

1、红外热成像夜视监控的优点是有效距离远，可以发现几公里范围内的物体。但也存在着成像画面清晰度不高、图像分辨率低，重量大，价格昂贵等的缺点。它主要应用在警用执法、边防海防、森林防火、动物保护等领域。

2、LED红外夜视照明的优势是成本低、重量轻、耗电较低。但有效距离太近，最佳的距离在30米的范围，最远只有50米左右； LED红外灯的照明角度大且红爆现象明显，隐蔽性较差。因此，适用于消费级别的无人机和普通的无人机夜视监控环境。

3、红外激光夜视照明的优势是距离远，有效范围从几百米到几公里，监控画面清晰度高，图像质量高清细腻，耗电比LED红外照明更低，变焦红外激光灯的重量比LED红外照明重，但相比红外热成像要轻很多，价格也便宜很多，激光光源的波长选择范围广，可根据不同的需求选择不同波长的红外激光灯，比如隐秘性、透雨雾霾性能等。很明显，红外激光夜视照明在无人机监控上的的应用、监控效果、成本价格都有着很大的优势，常应用在军警用无人机监控拍摄、专业级无人机夜视监控和发烧级无人夜视拍摄等。

4、白光激光照明的应用领域与前面三种有着较明显的区别，它的作用是替代笨重的大功率探照灯和实现夜间全彩摄像，主要用在夜间强光搜救照明、夜间全彩色监控拍摄等可见光照明需求的专业领域。白光激光照明通常使用大功率激光器作为光源，因此重量一般比常用的红外激光夜视照明要重，目前市场上专业的白光激光照明从生产厂家屈指可数，而且价格并不便宜。

就无人机的应用特点而言，负重与能耗是无法绕开的两大技术问题。无人机的续航能力、起飞负重能力、操控灵活性及平稳性是无人机监控摄像应用的四大主要因素。而与这些因素都密切相关的关键点，正是无人机所负载设备的重量及其功耗。设备重量越轻，对无人机的续航能力、降低负重及灵活性都越有利；设备功耗越低，无人机的续航时间就越长。

拥有众多优势的红外激光照明虽是无人机夜视监控摄像补光的首选，但市场上的红外激光灯各式各样，有效距离几百米远的红外激光灯重量约有230g-500g，激光灯总功耗约为10-20W之间，不同类型的红外激光灯效果迥异，更没有专用于无人机夜视监控的红外激光灯。为此，2016年底，无人机行业巨头大疆创新科技的技术团队带着重量轻、功耗低、体积小、灵活性好、工业级温度范围等一系列的市场需求造访了红外激光照明行业的几家红外激光灯制造商。

最终，确定与三千米光电合作，在其自主研发的VCSEL红外激光灯基础上进行二次开发，2017年初成功开发出一款重量仅60g，有效距离达500米远的专用于无人机夜视监控摄像照明的变焦红外激光灯，大大降低了无人机的负重，成为业内重量最轻的远距变焦红外激光灯。

之所以采用VCSEL红外激光灯而不采取边发射红外激光灯进行开发，首先是因为它的工作温度范围在-40℃至+85℃，不但能适应户外不同环境、不同季节的巨大温差，而且VCSEL激光器的热冗余低，正常工作时的温度比环境温度只高出5℃左右，还有VCSEL激光器对温度的敏感度为0.06nm/℃，远远低于边发射激光器的0.3nm/℃，光功率受温度影响更少。因此，自然风冷就可以确保激光灯处于正常工作范围内。而传统的边发射红外激光灯的工作温度范围在-20℃至+60℃之间，边发射激光器热冗余高，而且对温度的敏感性高，必须配备专门的激光器散热及降温模块，甚至在冬天极低温的环境使用时还需要配备预热模块。

其次，由于VCSEL红外激光灯的工作温度范围广，且能在自然风冷的状态下保持正常工作，在无人机上应用时不但对其散热结构进行了简化，还减少了降温模块，从而实现了更小体积、更轻的重量。

还有，VCSEL红外激光灯特有的微透镜（即3KM-AOT）激光匀化技术与传统边发射红外激光灯所使用的通过转动毛玻璃的激光匀化技术完全不同，不需要匀化电机，是一种无震动、无抖动、无光损的激光匀化技术，不但减轻了重量，节省了激光匀化模块所需的空间，还避免了电机不间断转动时的震动影响了无人机监控摄像的稳定性（特别是激光匀化电机与风冷电机并不在同一轴心上，当2个电机同时转动时所产生的震动幅度会更大，对无人机摄像的稳定性影响也更大），确保实现高清晰的摄像画面。

最后，在电耗节能方面，由于VCSEL红外激光灯采取的是无光损匀化技术，激光器的功耗比边发射激光器的要低约20%，而且去掉了降温和匀化两个电机，使得激光补光灯的整机功耗变得更低。

VCSEL红外激光灯的研发初衷是因为它具有较高的激光安全性，一举打破了远距红外激光补光灯一直无法达到3B类激光安全级别的魔咒，而在面市不到半年时间，能对无人机夜视监控摄像应用领域两大技术问题的实现重大突破，既是机缘巧合，也是两家公司追求卓越、不断创新的努力象征。