在夜间或光照极低的环境下使用监控摄像机监测地面情况时,通常需要照明装置对地面进行照明,而在某些特殊应用环境中,需要将摄像机和照明装置近地放置。然而,使用普通照明装置近地放置时,会产生近处地面光照过强、远处地面照度不足的问题,导致监控图像中出现过曝和模糊的情况,严重影响监控效果。针对上述问题,本文采用激光光源设计并研制了一种能够近地放置的使用立体光束实现大范围地面均匀照明的光学系统,具体研究内容如下:1.确定地面均匀照明光学系统的总体结构与方案。确定使用VCSEL作为照明光源,结合摄像机的光谱响应度和夜间物体的光谱反射率选定VCSEL光源的波长为850nm。建立地面反射模型并对地面反射类型进行分析,制定了长距离宽范围地面均匀照明光学系统的总体方案,根据公式计算出光源参数的理论值,使地面在长度和宽度两个方向同时获得均匀的光斑覆盖。2.设计并模拟了光束整形匀化系统和照明装置的整体结构。使用Zemax软件设计了基于VCSEL光源的光束整形匀化系统,对系统中准直透镜和光束展宽棱镜的光学参数进行了计算和模拟,获得了均匀的光斑;在Zemax中对照明装置的整体结构进行了模拟和优化,并对地面的光斑覆盖情况进行仿真,模拟结果与数据显示在70m距离、18°视场角范围内的地面光强分布均匀。3.研制了均匀照明装置样机并进行了测试和方案优化。完成了光束整形匀化系统中光学件和机械件的设计,结合系统自身性能要求和野外使用环境情况,设计了照明装置的散热及密封结构,并完成了照明装置样机的光学系统和机械系统调试。通过样机参数测试和外场应用试验,对光源的角度和功率等参数进行了优化。4.对照明装置样机进行了外场测试和高低温环境测试。使用样机在外场配合摄像机进行了应用测试,结果表明照明装置在夜间能够实现70m距离、18°视场角范围内地面区域的均匀照明,获得了清晰的地面监控图像,并且照明装置通过了高低温环境测试,在-35℃～75℃的温度范围内达标,目前已在现场安装进行实际应用测试。