紅外雷射加持的長距離夜視系統：DIY 實現 650 公尺暗夜偵測
創客 Project 326 利用紅外雷射搭配移除 IR 濾鏡的網路攝影機與反射式望遠鏡，成功在 650 公尺距離實現主動式夜視成像。過程中經歷多次雷射選型失敗，最終以 VCSEL 二極體陣列搭配小透鏡完成照明系統，並發現 940nm 波長受水氣衰減高達 70%。
文章重點
- Project 326 以 VCSEL 二極體陣列雷射（約 2 瓦特、940nm）搭配反射式望遠鏡與去濾鏡網路攝影機，實現 650 公尺主動式紅外夜視成像。
- 940nm 波長受空氣水蒸氣吸收嚴重，最高損失達 70% 光束能量，是系統最大效能瓶頸。
- 該雷射近距離可燒穿紙板，但在 500 公尺處功率密度已低於安全限值的百分之一。
- 選型過程歷經四款雷射，前三款分別因過壓燒毀、光纖端面處理困難、無法正確準直而失敗。
紅外雷射打造長距離夜視系統：650 公尺外仍可成像
大多數消費等級的夜視裝置，本質上就是一台移除了近紅外（NIR）光濾鏡的普通相機，再搭配一個人眼不可見的近紅外光源。與透過影像增強管提供被動式夜視的設備不同，這類主動式夜視裝置無法解析超出照明光束範圍之外的物體。然而，如果像創客 [Project 326] 所做的那樣，改用紅外雷射來照亮場景，就能讓這類裝置獲得極遠的有效距離。
系統架構
Project 326 的裝置由三個核心元件組成：一具先前自製的反射式望遠鏡、一台移除紅外濾鏡的網路攝影機，以及負責照亮遠方場景的紅外雷射。望遠鏡將遠處場景聚焦至攝影機感測器上，再由紅外雷射提供主動照明。
雷射選型之路：四次嘗試才成功
找到合適的雷射光源並非一帆風順。第一款選用的是一台二手光纖耦合工業雷射，卻在測試過程中因意外過壓而燒毀。第二款雷射具有光纖輸出端，但光纖端面處理極為困難。第三款則無法正確準直（collimate）。
最終成功的方案是一顆垂直腔面發射雷射（VCSEL）二極體陣列元件，以約 2 瓦特功率驅動，並透過一顆小透鏡進行準直。
安全性考量：近距離危險、遠距離安全
這套照明系統在遠距離使用時是安全的——但僅限於遠距離。該雷射在近距離能夠燒穿紙板，但在約 500 公尺處，光束已經擴散到功率密度不及標準安全限值的百分之一。為確保光束路徑上不會有其他物體，Project 326 選擇從一棟高樓頂端向下照射。
水氣衰減成最大挑戰
使用功率計進行遠距離測試後發現，光束強度遠低於預期。原來所選用的 940nm 波長會被空氣中的水蒸氣大幅吸收，最高可損失達 70% 的光束能量。
儘管面臨水氣衰減與較為線性的光束輪廓等不利因素，這套系統仍然能在 650 公尺的距離成功捕捉到可辨識的（雖然偏暗的）影像。
其他長距離夜視方案
如果需要更具多功能性的長距離夜視裝置，也可以考慮基於影像增強管的被動式方案，或是採用超高靈敏度相機的替代路線。
感謝 [Keith Olson] 提供本則消息。
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本文由 LAETimes 編輯部審核發佈 ·
