夜(ye)(ye)間可見光很(hen)微弱(ruo),但人(ren)眼看(kan)不見的(de)(de)紅(hong)(hong)(hong)(hong)外(wai)線(xian)卻很(hen)豐(feng)富。紅(hong)(hong)(hong)(hong)外(wai)夜(ye)(ye)視儀可以幫助人(ren)們在(zai)(zai)夜(ye)(ye)間進(jin)行觀察、搜索、瞄準和駕駛車(che)輛。盡管人(ren)們很(hen)早就發(fa)現了紅(hong)(hong)(hong)(hong)外(wai)線(xian),但受到紅(hong)(hong)(hong)(hong)外(wai)元器(qi)件的(de)(de)限制(zhi),紅(hong)(hong)(hong)(hong)外(wai)遙感技術發(fa)展很(hen)緩慢。直到1940年(nian)德國研制(zhi)出(chu)硫化鉛和幾(ji)種紅(hong)(hong)(hong)(hong)外(wai)透(tou)射材(cai)料后(hou),才使紅(hong)(hong)(hong)(hong)外(wai)遙感儀器(qi)的(de)(de)誕(dan)生成為可能。此后(hou)德國首先研制(zhi)出(chu)主(zhu)動式紅(hong)(hong)(hong)(hong)外(wai)夜(ye)(ye)視儀等幾(ji)種紅(hong)(hong)(hong)(hong)外(wai)探測儀器(qi),在(zai)(zai)一次與英(ying)軍(jun)坦(tan)(tan)克(ke)縱隊的(de)(de)遭遇戰(zhan)中(zhong),裝備了紅(hong)(hong)(hong)(hong)外(wai)觀瞄裝置(zhi)的(de)(de)德軍(jun)豹式坦(tan)(tan)克(ke)在(zai)(zai)一舉擊毀兩輛英(ying)軍(jun)螢火蟲坦(tan)(tan)克(ke),值得一提的(de)(de)是,此戰(zhan)役中(zhong)德軍(jun)使用(yong)的(de)(de)是主(zhu)動式紅(hong)(hong)(hong)(hong)外(wai)夜(ye)(ye)視裝置(zhi),因此作戰(zhan)時還(huan)有一部貓頭鷹紅(hong)(hong)(hong)(hong)外(wai)探照(zhao)燈車(che)在(zai)(zai)遠方用(yong)紅(hong)(hong)(hong)(hong)外(wai)線(xian)為豹式坦(tan)(tan)克(ke)照(zhao)明。
幾乎同(tong)時,美國也在研制紅外夜視儀,雖然試(shi)驗成(cheng)功的時間比德國晚(wan),但卻搶先將(jiang)其投入(ru)實戰應用。1945年(nian)夏,美軍登(deng)陸進攻沖(chong)(chong)繩(sheng)島,隱藏在巖洞坑(keng)道里的日軍利用復雜的地形,夜晚(wan)出(chu)來(lai)偷襲美軍。于是(shi)美軍將(jiang)一批剛剛制造出(chu)來(lai)的紅外夜儀緊(jin)急運(yun)往(wang)(wang)沖(chong)(chong)繩(sheng),把安有(you)紅外夜視儀的槍炮架在巖洞附近,當(dang)日軍趁黑夜剛爬出(chu)洞口(kou),立即(ji)被(bei)一陣(zhen)準(zhun)確的槍炮擊倒。洞內(nei)的日軍不明其因,繼續往(wang)(wang)外沖(chong)(chong),又(you)糊里糊涂地送(song)了命。紅外夜視儀初上(shang)(shang)戰場,就為肅清沖(chong)(chong)繩(sheng)島上(shang)(shang)頑抗的日軍發(fa)揮(hui)了重要作用。
主動式紅(hong)(hong)外夜視(shi)儀(yi)(yi)具有(you)成像清晰、制作簡單等特點,但它的致命(ming)弱點是紅(hong)(hong)外探(tan)照燈的紅(hong)(hong)外光會被(bei)(bei)敵人的紅(hong)(hong)外探(tan)測裝置發現。60年代,美國首(shou)先研(yan)制出(chu)被(bei)(bei)動式的熱(re)像儀(yi)(yi),它不(bu)發射紅(hong)(hong)外光,不(bu)易(yi)被(bei)(bei)敵發現,并具有(you)透過霧、雨等進行觀察的能力。
1982年(nian)4月─6月,英(ying)(ying)國(guo)(guo)和(he)阿(a)根廷之(zhi)間爆發(fa)(fa)馬爾(er)維納斯群島戰(zhan)爭。4月13日半夜(ye),英(ying)(ying)軍(jun)(jun)(jun)攻擊承軍(jun)(jun)(jun)據(ju)守的(de)(de)(de)(de)最(zui)大據(ju)點(dian)斯坦利港。3000名英(ying)(ying)軍(jun)(jun)(jun)布設的(de)(de)(de)(de)雷區(qu),突然(ran)出現在阿(a)軍(jun)(jun)(jun)防(fang)線(xian)前。英(ying)(ying)國(guo)(guo)的(de)(de)(de)(de)所(suo)有槍支、火(huo)(huo)炮都配備了紅(hong)外夜(ye)視儀,能夠在黑夜(ye)中清(qing)楚地發(fa)(fa)現阿(a)軍(jun)(jun)(jun)目標(biao)。而阿(a)軍(jun)(jun)(jun)卻缺少(shao)夜(ye)視儀,不能發(fa)(fa)現英(ying)(ying)軍(jun)(jun)(jun),只有被動挨打的(de)(de)(de)(de)份。在英(ying)(ying)軍(jun)(jun)(jun)火(huo)(huo)力準確的(de)(de)(de)(de)打擊下,阿(a)軍(jun)(jun)(jun)支持不住(zhu),英(ying)(ying)軍(jun)(jun)(jun)趁機發(fa)(fa)起沖鋒(feng)。到黎明時,英(ying)(ying)軍(jun)(jun)(jun)已占領了阿(a)軍(jun)(jun)(jun)防(fang)線(xian)上的(de)(de)(de)(de)幾個主要制(zhi)高點(dian),阿(a)軍(jun)(jun)(jun)完(wan)全處于(yu)英(ying)(ying)軍(jun)(jun)(jun)的(de)(de)(de)(de)火(huo)(huo)力控制(zhi)下。6月14日晚9時,14000名阿(a)軍(jun)(jun)(jun)不得(de)不向英(ying)(ying)軍(jun)(jun)(jun)投降。英(ying)(ying)軍(jun)(jun)(jun)領先紅(hong)外夜(ye)視器材贏(ying)得(de)了一場兵力懸殊的(de)(de)(de)(de)戰(zhan)斗。
1991年(nian)海灣戰(zhan)爭(zheng)中,在(zai)風沙和硝煙彌漫的(de)(de)(de)戰(zhan)場(chang)上,由于(yu)美軍裝備了先進的(de)(de)(de)紅外(wai)夜視器材,能夠先于(yu)伊(yi)拉克軍的(de)(de)(de)坦(tan)克而發(fa)現對方,并開炮(pao)射(she)擊。而伊(yi)軍只是從(cong)美軍坦(tan)克開炮(pao)時(shi)的(de)(de)(de)炮(pao)口火光上才得知大敵在(zai)前。由此可以(yi)看出紅外(wai)夜視器材在(zai)現代戰(zhan)爭(zheng)中的(de)(de)(de)重要作用。
想要理解夜視儀的(de)原理,就必須對光(guang)(guang)(guang)的(de)原理有所了解。光(guang)(guang)(guang)波的(de)能(neng)量(liang)大小與其波長有關(guan):波長越短,能(neng)量(liang)越高。在可(ke)(ke)見(jian)光(guang)(guang)(guang)中,紫(zi)光(guang)(guang)(guang)的(de)能(neng)量(liang)最高,而紅(hong)光(guang)(guang)(guang)的(de)能(neng)量(liang)最低。與可(ke)(ke)見(jian)光(guang)(guang)(guang)光(guang)(guang)(guang)譜相鄰的(de)是紅(hong)外線光(guang)(guang)(guang)譜。紅(hong)外線分為三類:
近紅(hong)外(wai)線(xian)(近IR)——近紅(hong)外(wai)線(xian)與可見光相鄰,其波長范圍是0.7-1.3微(wei)米(mi)(mi)(1微(wei)米(mi)(mi)等于百萬分之一米(mi)(mi))。
中(zhong)紅(hong)外(wai)線(xian)(xian)(中(zhong)IR)——中(zhong)紅(hong)外(wai)線(xian)(xian)的波長(chang)范(fan)圍(wei)是1.3-3微米。近(jin)紅(hong)外(wai)線(xian)(xian)和(he)中(zhong)紅(hong)外(wai)線(xian)(xian)應用到各種電子設備中(zhong),例(li)如遙控(kong)器。
熱(re)紅(hong)(hong)外線(熱(re)IR)——熱(re)紅(hong)(hong)外線占據(ju)了(le)紅(hong)(hong)外線光譜中(zhong)最大的一(yi)部分(fen),其波長范圍是3-30微米。
熱紅(hong)(hong)外線與(yu)其他(ta)兩種紅(hong)(hong)外線的(de)主要區別(bie)是,熱紅(hong)(hong)外線是由物體發射(she)出(chu)來的(de),而不是從物體上反射(she)出(chu)來的(de)。物體之(zhi)所以能夠(gou)發射(she)紅(hong)(hong)外線,是因為其原子發生了某(mou)種變化(hua)。
原子(zi)是(shi)永恒運(yun)動(dong)(dong)(dong)的。它們不(bu)停地振動(dong)(dong)(dong)、移動(dong)(dong)(dong)和旋轉。即便是(shi)構成(cheng)我們座椅(yi)的原子(zi)也是(shi)不(bu)斷運(yun)動(dong)(dong)(dong)著的。原子(zi)有幾種不(bu)同的激發(fa)狀態(tai)。換言之,它們具有不(bu)同的能量(liang)。如(ru)果(guo)我們將大(da)量(liang)的能量(liang)賦予一個(ge)原子(zi),它就會擺脫基(ji)態(tai)能級而(er)達到(dao)激發(fa)水(shui)平。激發(fa)水(shui)平取決于以熱、光或電(dian)等形式施加(jia)到(dao)原子(zi)上的能量(liang)的多少。
原(yuan)子(zi)(zi)由原(yuan)子(zi)(zi)核(包括質子(zi)(zi)和中(zhong)子(zi)(zi))和電子(zi)(zi)云構成。我們可以將電子(zi)(zi)云中(zhong)的(de)(de)電子(zi)(zi)設想成在不(bu)同軌(gui)道(dao)上圍繞著原(yuan)子(zi)(zi)核運(yun)動。現在還無(wu)法(fa)觀(guan)察到(dao)電子(zi)(zi)的(de)(de)離散軌(gui)道(dao),但把這(zhe)些(xie)軌(gui)道(dao)設想成原(yuan)子(zi)(zi)不(bu)同的(de)(de)能(neng)(neng)級(ji)會更容易理(li)解(jie)。換句話說,如(ru)果(guo)我們向原(yuan)子(zi)(zi)施加一定的(de)(de)熱能(neng)(neng),可以預見的(de)(de)是,一些(xie)處于低能(neng)(neng)軌(gui)道(dao)的(de)(de)電子(zi)(zi)會轉移到(dao)高能(neng)(neng)軌(gui)道(dao)上,即離原(yuan)子(zi)(zi)核更遠。
電子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)轉移到高能(neng)(neng)軌道后,最終仍(reng)要回到基態。在此(ci)過程中(zhong),電子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)會以(yi)(yi)光(guang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(一種(zhong)光(guang)線粒子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi))的形式釋(shi)放能(neng)(neng)量(liang)(liang)(liang)。您會發(fa)現(xian),原(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)不斷(duan)地以(yi)(yi)光(guang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)的形式釋(shi)放能(neng)(neng)量(liang)(liang)(liang)。舉(ju)例(li)來說,當烤面包爐內的發(fa)熱器之所以(yi)(yi)會變(bian)成亮紅色,就(jiu)是因為原(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)被熱力激(ji)發(fa),釋(shi)放出(chu)了(le)紅色的光(guang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)。激(ji)發(fa)態的電子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)比(bi)未受(shou)激(ji)發(fa)的電子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)具(ju)有更高的能(neng)(neng)量(liang)(liang)(liang),并(bing)且正是由(you)于(yu)(yu)電子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)吸收了(le)若干能(neng)(neng)量(liang)(liang)(liang)才達到了(le)激(ji)發(fa)水平,它會將這一能(neng)(neng)量(liang)(liang)(liang)釋(shi)放出(chu)來以(yi)(yi)回歸基態。這一能(neng)(neng)量(liang)(liang)(liang)會以(yi)(yi)光(guang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)的形式(光(guang)能(neng)(neng))被釋(shi)放出(chu)來。發(fa)射出(chu)的光(guang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)具(ju)有特定(ding)的波長(顏色),這取決于(yu)(yu)釋(shi)出(chu)光(guang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)時電子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)的能(neng)(neng)量(liang)(liang)(liang)。
任何(he)生(sheng)物都要(yao)耗費能(neng)量,很(hen)多沒有(you)生(sheng)命的(de)(de)物品也(ye)是如此,例如引擎和火箭。能(neng)量消耗會產(chan)生(sheng)熱(re)量。反過來,熱(re)能(neng)會促使物體(ti)中(zhong)(zhong)的(de)(de)原(yuan)子(zi)發射出位于(yu)熱(re)紅外線光(guang)譜中(zhong)(zhong)的(de)(de)光(guang)子(zi)。物體(ti)溫度(du)越(yue)高(gao),釋出的(de)(de)紅外線光(guang)子(zi)的(de)(de)波長就越(yue)短。如果物體(ti)的(de)(de)溫度(du)非常高(gao),它發出的(de)(de)光(guang)子(zi)甚至(zhi)能(neng)進入可見光(guang)光(guang)譜,從紅光(guang)開始(shi),然后(hou)是橙光(guang)、黃(huang)光(guang)、白光(guang),直至(zhi)藍(lan)光(guang)。
1.用(yong)一種特制的(de)透(tou)鏡,能夠將視(shi)野(ye)內物(wu)體發出的(de)紅外線會聚(ju)起(qi)來(lai)。
2.紅外線(xian)探(tan)(tan)測(ce)器(qi)元上的相控陣能(neng)夠掃描會聚的光線(xian)。探(tan)(tan)測(ce)器(qi)元能(neng)夠生成非常詳細的溫(wen)度樣式(shi)圖(tu),稱為溫(wen)譜圖(tu)。大(da)約只需1/30秒,探(tan)(tan)測(ce)器(qi)陣列就能(neng)獲(huo)取溫(wen)度信(xin)息,并制成溫(wen)譜圖(tu)。這些信(xin)息是從探(tan)(tan)測(ce)器(qi)陣列視(shi)域場中數(shu)千個探(tan)(tan)測(ce)點上獲(huo)取的。
3.探測器元生成(cheng)的(de)溫譜圖(tu)被轉化為(wei)電脈沖。
4.這些脈沖被傳送到信號處理單元——一塊集成了精密芯片的電(dian)路(lu)板,它可以將探測器(qi)元發出的信息轉換(huan)為顯示器(qi)能夠(gou)識別的數據(ju)。
5.信(xin)(xin)號處理單元將(jiang)信(xin)(xin)息(xi)發(fa)送給(gei)顯示(shi)器,從而(er)在(zai)顯示(shi)器上呈現出各(ge)種色彩,色彩強度(du)由紅外線的發(fa)射強度(du)決定。將(jiang)從探測(ce)器元傳來的脈沖組合(he)起(qi)來,就生成(cheng)了圖像。
多數(shu)熱成像設備的(de)掃描(miao)速(su)率為(wei)30次/秒。它們能(neng)檢測的(de)溫(wen)度范圍為(wei)-20℃至2000℃,能(neng)檢測出的(de)溫(wen)差約為(wei)0.2℃。
熱成像設(she)備一般(ban)有(you)兩大類(lei):
非(fei)冷卻型(xing)——這種(zhong)熱成像設備最為常(chang)見。其(qi)紅外探測器元(yuan)封裝在(zai)一個單元(yuan)內,可在(zai)室溫(wen)下工作。這種(zhong)系統可以迅速激活(huo),工作時完全靜(jing)音(yin),并且具有內置的電池。
低溫冷卻型(xing)——這(zhe)種系統價格更高,而且操作不(bu)當很(hen)容易損毀。這(zhe)種熱成像設備將(jiang)(jiang)探(tan)測器(qi)元(yuan)封(feng)裝(zhuang)在一個外包裝(zhuang)內,并將(jiang)(jiang)其冷卻至0℃以下。由于冷卻了探(tan)測器(qi)元(yuan),因此這(zhe)種系統的(de)具有極(ji)高的(de)分辨(bian)率和敏(min)感度。低溫冷卻型(xing)系統可以“看到”300米以外0.1℃的(de)溫差,這(zhe)樣該系統足以判斷出一個人手里是不(bu)是拿著(zhu)一把(ba)槍!
提到(dao)夜(ye)視儀,多數人想到(dao)的是圖像(xiang)增強(qiang)技術。事實(shi)上,圖像(xiang)增強(qiang)系統(tong)一(yi)般稱為夜(ye)視設備(NVD)。NVD內有一(yi)種圖像(xiang)增強(qiang)管,可以(yi)用來采集、放大(da)紅外線及可見光(guang)。以(yi)下是圖像(xiang)增強(qiang)系統(tong)的工(gong)作原理:
一種稱為物鏡(jing)(jing)的(de)傳統透鏡(jing)(jing)能捕(bu)捉(zhuo)環(huan)境光(guang)線和某些近紅外線。
收集到的光線會(hui)(hui)傳送給圖(tu)像(xiang)增(zeng)強管。在多數(shu)NVD中,圖(tu)像(xiang)增(zeng)強管的供電(dian)系(xi)統會(hui)(hui)從兩節N-Cell或“AA”電(dian)池中獲(huo)取(qu)電(dian)力(li)。管道會(hui)(hui)向圖(tu)像(xiang)管組(zu)件輸(shu)出約為5000伏(fu)的高壓(ya)。
圖像增強管中有(you)一個光(guang)電陰(yin)極,能將(jiang)光(guang)子轉(zhuan)化為電子。
當電子(zi)通(tong)(tong)(tong)過管(guan)道(dao)時,管(guan)中的(de)(de)原子(zi)會釋放(fang)(fang)相似的(de)(de)電子(zi),其數(shu)(shu)目(mu)為(wei)原有電子(zi)數(shu)(shu)乘以一個因(yin)數(shu)(shu)(約為(wei)幾千倍),利用管(guan)道(dao)內(nei)的(de)(de)微(wei)(wei)(wei)通(tong)(tong)(tong)道(dao)板(MCP)就能完成(cheng)這(zhe)項工(gong)作。微(wei)(wei)(wei)通(tong)(tong)(tong)道(dao)板是一個微(wei)(wei)(wei)型玻璃盤,內(nei)部(bu)含有數(shu)(shu)百萬個微(wei)(wei)(wei)型孔隙(xi)(微(wei)(wei)(wei)通(tong)(tong)(tong)道(dao)),采用光(guang)纖技術制成(cheng)。微(wei)(wei)(wei)通(tong)(tong)(tong)道(dao)板處于(yu)真空(kong)中,在(zai)盤片的(de)(de)兩面都(dou)安裝(zhuang)了金屬電極。每條微(wei)(wei)(wei)通(tong)(tong)(tong)道(dao)的(de)(de)長度是其寬度的(de)(de)45倍左右,工(gong)作原理類似于(yu)電子(zi)放(fang)(fang)大(da)器。
當來(lai)自光(guang)(guang)(guang)電(dian)(dian)(dian)陰(yin)極(ji)的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)子(zi)觸擊微(wei)通(tong)(tong)道(dao)(dao)板(ban)上(shang)(shang)第一(yi)(yi)個(ge)電(dian)(dian)(dian)極(ji)時,在兩電(dian)(dian)(dian)極(ji)間5000伏高壓(ya)作用下電(dian)(dian)(dian)子(zi)會加速通(tong)(tong)過玻璃微(wei)通(tong)(tong)道(dao)(dao)。電(dian)(dian)(dian)子(zi)通(tong)(tong)過微(wei)通(tong)(tong)道(dao)(dao)時,會導(dao)致通(tong)(tong)道(dao)(dao)中數千個(ge)電(dian)(dian)(dian)子(zi)被釋放出(chu)來(lai),這一(yi)(yi)過程稱為(wei)級聯二次發(fa)射(she)。簡(jian)言(yan)之,原始電(dian)(dian)(dian)子(zi)會撞擊微(wei)通(tong)(tong)道(dao)(dao)的(de)(de)側邊,而(er)后受(shou)激發(fa)的(de)(de)原子(zi)會釋出(chu)更多的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)子(zi)。這些新電(dian)(dian)(dian)子(zi)也(ye)(ye)會撞擊其他(ta)原子(zi),從而(er)造成一(yi)(yi)種鏈式反應,其結果是(shi)(shi)(shi),進入微(wei)通(tong)(tong)道(dao)(dao)的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)子(zi)屈指可數,而(er)離開微(wei)通(tong)(tong)道(dao)(dao)的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)子(zi)卻數以千計。一(yi)(yi)個(ge)有(you)趣的(de)(de)現象是(shi)(shi)(shi):MCP上(shang)(shang)的(de)(de)微(wei)通(tong)(tong)道(dao)(dao)有(you)一(yi)(yi)個(ge)微(wei)小的(de)(de)傾斜角(約5-8°),這既是(shi)(shi)(shi)為(wei)了能引發(fa)電(dian)(dian)(dian)子(zi)碰撞,也(ye)(ye)是(shi)(shi)(shi)為(wei)了降低來(lai)自輸出(chu)端磷光(guang)(guang)(guang)質層(ceng)的(de)(de)離子(zi)反饋和直接光(guang)(guang)(guang)反饋。
夜視成像圖以其(qi)詭異的綠色(se)光澤而著稱。
在圖(tu)像(xiang)增強管的(de)(de)(de)末端(duan),電子(zi)(zi)會(hui)(hui)(hui)撞擊一個具有磷(lin)光質(zhi)涂層的(de)(de)(de)屏幕。這些(xie)電子(zi)(zi)會(hui)(hui)(hui)保持它們(men)通(tong)過微(wei)通(tong)道時(shi)的(de)(de)(de)相(xiang)對位(wei)置,這會(hui)(hui)(hui)確(que)保圖(tu)像(xiang)的(de)(de)(de)完好,因為電子(zi)(zi)排列的(de)(de)(de)方(fang)式(shi)同(tong)起初光子(zi)(zi)排列的(de)(de)(de)方(fang)式(shi)相(xiang)同(tong)。這些(xie)電子(zi)(zi)帶有的(de)(de)(de)能量會(hui)(hui)(hui)使磷(lin)光質(zhi)達到激發狀態并釋出光子(zi)(zi)。這些(xie)磷(lin)光質(zhi)會(hui)(hui)(hui)在屏幕上生成綠色圖(tu)像(xiang),這也成了夜視儀(yi)的(de)(de)(de)一大特色。通(tong)過另一副(fu)稱為目鏡(jing)(jing)的(de)(de)(de)透鏡(jing)(jing),就可(ke)(ke)以(yi)(yi)(yi)觀測到綠色磷(lin)光圖(tu)像(xiang),還可(ke)(ke)以(yi)(yi)(yi)使用目鏡(jing)(jing)放大圖(tu)像(xiang)或調(diao)節焦距。NVD可(ke)(ke)以(yi)(yi)(yi)與電子(zi)(zi)顯示(shi)設(she)備相(xiang)連,例如顯示(shi)器(qi),也可(ke)(ke)以(yi)(yi)(yi)直接透過目鏡(jing)(jing)觀測圖(tu)像(xiang)。
NVD已有40多年(nian)的歷史。這(zhe)些(xie)產(chan)品(pin)可分為(wei)幾(ji)代。NVD技術發展道路上(shang)的每一(yi)次重大突破都會催生新一(yi)代產(chan)品(pin)。
最(zui)早(zao)一代(dai)——最(zui)早(zao)的夜視系(xi)統(tong)由美(mei)國軍(jun)方(fang)(fang)研制,它(ta)們被應用在第(di)二(er)次世界(jie)大(da)戰(zhan)和朝鮮戰(zhan)爭的戰(zhan)場上,這(zhe)(zhe)(zhe)些NVD系(xi)統(tong)采(cai)用主動紅(hong)外(wai)線技術。這(zhe)(zhe)(zhe)意味著NVD上須附有一個稱(cheng)為紅(hong)外(wai)輻射(she)源的發射(she)單元(yuan)。該單元(yuan)能發射(she)出一束(shu)近紅(hong)外(wai)線,類似于(yu)普通閃光燈發出的光束(shu)。這(zhe)(zhe)(zhe)種(zhong)光束(shu)不能為肉眼所見,它(ta)們會從物體上反射(she)出來,然后返回NVD的透鏡(jing)。這(zhe)(zhe)(zhe)種(zhong)系(xi)統(tong)使(shi)陽極與陰極相(xiang)連,以便對電子進行加速(su)。這(zhe)(zhe)(zhe)種(zhong)方(fang)(fang)法的問題(ti)(ti)是,電子加速(su)會使(shi)圖像扭曲(qu),而且還會大(da)大(da)縮(suo)減管(guan)道(dao)的壽(shou)命。這(zhe)(zhe)(zhe)項技術最(zui)早(zao)用于(yu)軍(jun)事中時,還存在一個重要問題(ti)(ti):敵方(fang)(fang)在短(duan)時間內就(jiu)能仿制出這(zhe)(zhe)(zhe)種(zhong)系(xi)統(tong),這(zhe)(zhe)(zhe)使(shi)得敵軍(jun)士兵也(ye)可以用它(ta)們的NVD系(xi)統(tong)觀測到設(she)備發射(she)出的紅(hong)外(wai)光束(shu)。
第一代——這(zhe)一代NVD放棄了(le)主動紅外技術(shu),轉(zhuan)而采用(yong)(yong)了(le)被動紅外線(xian)技術(shu)。這(zhe)種NVD能夠利用(yong)(yong)月(yue)(yue)亮和星星發出的(de)(de)環境光線(xian)放大(da)周圍的(de)(de)反射紅外線(xian),因而曾被美軍(jun)稱為星光。這(zhe)意味(wei)著它們不需(xu)要紅外線(xian)發射源。這(zhe)也(ye)意味(wei)著在多云或沒有月(yue)(yue)亮的(de)(de)夜晚時,它們的(de)(de)工作效果不是(shi)很好(hao)。第一代NVD采用(yong)(yong)與第0代相同(tong)的(de)(de)圖像增強(qiang)管(guan)技術(shu),同(tong)樣靠陰(yin)極(ji)和陽極(ji)進(jin)行(xing)電子加速,所(suo)以仍然存(cun)在圖像扭曲和管(guan)道壽命較短的(de)(de)問(wen)題。
第二代——圖像(xiang)增(zeng)強(qiang)管(guan)技術(shu)的(de)重大進步催生(sheng)了第二代NVD。它(ta)們的(de)分辨率比(bi)第一代設備更(geng)高,性能(neng)更(geng)為出色,可靠性也(ye)更(geng)好。第二代技術(shu)最大的(de)收獲是,它(ta)們具備了在極弱的(de)光線條件下(例(li)如在一個沒有月亮的(de)夜晚)生(sheng)成圖像(xiang)的(de)能(neng)力(li)。敏感度(du)得以增(zeng)加,是因為圖像(xiang)增(zeng)強(qiang)管(guan)附(fu)加了微(wei)通道板。由(you)于MCP能(neng)夠增(zeng)加電(dian)子(zi)數目而非僅對原有電(dian)子(zi)加速,所(suo)以圖像(xiang)扭曲的(de)程度(du)顯著(zhu)下降,而亮度(du)也(ye)高于前幾代NVD。
第(di)三代——目前美軍采用(yong)第(di)三代技術。盡管(guan)其(qi)原理與第(di)二代相比并無本質區別(bie),但這(zhe)一代NVD的(de)分辨率和敏感度要更好。這(zhe)是因為其(qi)光電陰極由砷化鎵制成,這(zhe)種物質有助于提(ti)高光子(zi)(zi)(zi)轉化為電子(zi)(zi)(zi)的(de)效率。另外,MCP上還覆有一個離子(zi)(zi)(zi)壁壘層,能夠有效地(di)增加管(guan)道壽(shou)命。
電(dian)影當中(zhong)的夜視儀
電影當中的夜視儀
第(di)四(si)代——通(tong)常我們提(ti)到的第(di)四(si)代技術亦稱“無膠片門(men)限”技術,總體(ti)上講,這(zhe)一代系統(tong)的性能在強(qiang)光(guang)和弱(ruo)光(guang)兩種環(huan)境中(zhong)都(dou)有(you)較(jiao)大幅度的改善。
MCP去(qu)除(chu)了第三代技術(shu)加入的(de)離子(zi)壁壘,因而背景噪聲有所降低(di),同時信噪比得以提升。去(qu)除(chu)離子(zi)膠片(pian)在實際中能夠讓(rang)更多的(de)電子(zi)被放大,這(zhe)樣一來圖像(xiang)的(de)扭曲度顯(xian)著降低(di),而亮度則有明顯(xian)提高。
自(zi)動門限供電(dian)系(xi)統(tong)的(de)(de)引入(ru),使得光(guang)電(dian)陰極(ji)的(de)(de)電(dian)壓(ya)能夠迅(xun)速地接(jie)通和切斷,從而讓(rang)NVD能夠對(dui)發光(guang)條件的(de)(de)波動做出即時反應。這項技(ji)術的(de)(de)進步對(dui)于(yu)NVD系(xi)統(tong)來說具有關(guan)鍵意義,具備了(le)這種能力(li),用(yong)戶可以迅(xun)速從強光(guang)環(huan)(huan)境轉移到弱(ruo)光(guang)環(huan)(huan)境(或從弱(ruo)光(guang)環(huan)(huan)境到強光(guang)環(huan)(huan)境),而圖像不會(hui)產生任(ren)何(he)顛簸。舉例來說,請想(xiang)象一個隨處可見的(de)(de)電(dian)影場(chang)景:一名(ming)特工在使用(yong)夜視(shi)儀目鏡時,如果有人打開了(le)附近的(de)(de)電(dian)燈,他(ta)就會(hui)“失(shi)明”。有了(le)最新的(de)(de)門限電(dian)源技(ji)術,光(guang)線(xian)條件的(de)(de)變化不會(hui)產生這樣的(de)(de)惡(e)果,改進的(de)(de)NVD系(xi)統(tong)能夠立即對(dui)光(guang)環(huan)(huan)境的(de)(de)變化做出反應。
很多所(suo)(suo)謂的(de)“便宜”夜視鏡(jing)采用第(di)(di)0代或第(di)(di)一(yi)代技術,如果對于(yu)專業(ye)設備的(de)敏感度抱有較高期待,您(nin)可能會大失所(suo)(suo)望。第(di)(di)二代、第(di)(di)三(san)代以及第(di)(di)四代NVD一(yi)般(ban)價格較高,但(dan)如果保養得當,可以使(shi)用較長時間(jian)。還(huan)有一(yi)點,在極其昏暗乃至幾乎不能采集(ji)到環境光線的(de)地(di)方(fang),使(shi)用紅外輻射源對于(yu)任(ren)何一(yi)款NVD系統都是有益的(de)。
一(yi)根(gen)圖像增強管都要(yao)進行(xing)嚴格(ge)的(de)測(ce)試,以判(pan)斷它能(neng)否達(da)到軍(jun)方設(she)定的(de)標(biao)準。達(da)標(biao)的(de)管子(zi)(zi)被歸(gui)為(wei)軍(jun)用規格(ge)(MILSPEC)。哪(na)怕只有(you)一(yi)項(xiang)指標(biao)不符(fu)合軍(jun)用標(biao)準,管子(zi)(zi)就會被歸(gui)為(wei)普(pu)通規格(ge)(COMSPEC)。
夜(ye)視(shi)設備(bei)可(ke)以(yi)粗分(fen)為三大類:
觀(guan)測鏡(jing)——觀(guan)測鏡(jing)一(yi)般為手(shou)持(chi)型,也可以安裝在武器上,它(ta)們(men)采用(yong)單(dan)筒(tong)(一(yi)只眼睛(jing))鏡(jing)身。由于觀(guan)測鏡(jing)屬于手(shou)持(chi)設備,不(bu)像(xiang)目(mu)鏡(jing)那樣佩戴在身上,所以當(dang)您(nin)想(xiang)要對某一(yi)特(te)定目(mu)標進行較(jiao)為細(xi)致的觀(guan)察,然(ran)后回歸(gui)正常觀(guan)測條件下時,這(zhe)種觀(guan)測鏡(jing)比較(jiao)適用(yong)。
目(mu)鏡(jing)(jing)——盡管目(mu)鏡(jing)(jing)也可以手持,但它們通常(chang)還(huan)是佩戴在額頭上。目(mu)鏡(jing)(jing)采(cai)用雙筒(兩(liang)只眼睛)鏡(jing)(jing)身,根據樣(yang)式不同可采(cai)用單透鏡(jing)(jing)或復合透鏡(jing)(jing)。目(mu)鏡(jing)(jing)是進行長時(shi)間觀測(例如在光(guang)線(xian)很(hen)差的建筑物周圍巡邏時(shi))的最佳選擇。
攝像(xiang)頭——采用(yong)(yong)夜視(shi)技(ji)術的(de)攝像(xiang)頭可將圖(tu)像(xiang)傳(chuan)送給顯示器,以供即(ji)時(shi)播放,也可以用(yong)(yong)錄(lu)像(xiang)機將傳(chuan)來(lai)的(de)圖(tu)像(xiang)記錄(lu)下來(lai)。當我們需(xu)要(yao)在一個恒定(ding)地點進行高品質的(de)夜視(shi)觀測(ce)時(shi),例如(ru)在某固定(ding)建(jian)筑(zhu)物(wu)上,或是將夜視(shi)儀裝配為(wei)直升機的(de)機載設備(bei)時(shi),攝像(xiang)頭就能派(pai)上用(yong)(yong)場。很多新型的(de)攝像(xiang)機已具備(bei)內置的(de)夜視(shi)功能。
一般來說夜視儀的(de)用途包括:軍(jun)用、執(zhi)法、狩獵、野外(wai)觀察(cha)、監視、安全(quan)、導航、隱蔽目標觀測(ce)、娛樂(le)等(deng)。
夜(ye)視(shi)儀最早(zao)被用(yong)來在(zai)夜(ye)間對敵(di)方(fang)目(mu)標(biao)進(jin)行定(ding)位。目(mu)前軍隊系(xi)統(tong)仍然(ran)大范圍地(di)使(shi)用(yong)夜(ye)視(shi)儀,除了(le)上(shang)述用(yong)途以外,還包(bao)括導航、監視(shi)、瞄(miao)準等用(yong)途。警(jing)方(fang)和(he)(he)安(an)全(quan)部門(men)經常使(shi)用(yong)熱(re)(re)成像和(he)(he)圖像增強這兩(liang)種技術,特(te)別(bie)是(shi)用(yong)它們進(jin)行監視(shi)。獵手和(he)(he)熱(re)(re)愛大自然(ran)的旅人們依靠NVD,就(jiu)(jiu)能在(zai)夜(ye)間駕輕就(jiu)(jiu)熟地(di)穿(chuan)過(guo)森林。
偵探(tan)和私家偵探(tan)會(hui)利用(yong)夜視(shi)儀(yi)探(tan)查人們是否有不(bu)軌行(xing)為(wei)。不(bu)少商業機構(gou)也會(hui)利用(yong)安(an)裝在固定位(wei)置的(de)夜視(shi)攝(she)像頭監測周(zhou)圍環境。
熱成像技(ji)術真正令人驚奇的(de)(de)(de)是,它能(neng)(neng)夠揭示出一個地區有(you)沒有(you)人類活動過(guo)的(de)(de)(de)痕跡——即(ji)便(bian)四周沒有(you)任(ren)何肉眼可見(jian)的(de)(de)(de)明(ming)顯標記,它還是能(neng)(neng)告訴我們(men),一塊土地曾被挖開并填埋過(guo)一些東西(xi)。執(zhi)法部門也能(neng)(neng)借此發現一些罪犯企圖隱(yin)瞞的(de)(de)(de)事證,包(bao)括贓款(kuan)、毒品以及尸體(ti)等。此外(wai),利用熱成像技(ji)術能(neng)(neng)發現某些區域(如墻壁)最近(jin)發生的(de)(de)(de)變化(hua),這能(neng)(neng)為一些案件(jian)提供重要(yao)線索。
很多人(ren)已(yi)經(jing)開始探索夜幕下(xia)的(de)神奇世(shi)界。如果您準備(bei)痛(tong)痛(tong)快(kuai)快(kuai)地(di)搞一次野(ye)營或狩獵活動(dong),或許夜視(shi)設(she)備(bei)能對(dui)您的(de)旅(lv)程有所幫(bang)助——不過請務必挑選適合您的(de)類型。
與國外(wai)相比(bi),我(wo)國對(dui)夜視(shi)儀的(de)研(yan)究(jiu)(jiu)起步(bu)較晚。從(cong)20世(shi)紀60年代(dai)開始,在(zai)中國科學院上(shang)海技術物理研(yan)究(jiu)(jiu)所(suo)、昆明物理研(yan)究(jiu)(jiu)所(suo)和一些高校(xiao)的(de)共同努力下(xia),我(wo)國軍用領(ling)域(yu)的(de)夜視(shi)技術研(yan)究(jiu)(jiu)工作(zuo)有(you)(you)了(le)較快的(de)發(fa)展,但在(zai)向民用領(ling)域(yu)擴展方面卻一直沒有(you)(you)做好。
因此,隨著我國夜視儀(yi)生(sheng)產(chan)企業數量(liang)的不斷增(zeng)加,未來(lai)夜視儀(yi)產(chan)品研發(fa)將(jiang)重點關注民用(yong)市場,如汽車用(yong)夜視儀(yi)、攝像用(yong)夜視儀(yi)等產(chan)品將(jiang)成為未來(lai)市場發(fa)展(zhan)重點。
隨著(zhu)我(wo)國(guo)經濟(ji)的(de)繼(ji)續高(gao)速(su)增長(chang),我(wo)國(guo)夜(ye)視儀市(shi)(shi)場需求將會大(da)幅(fu)增長(chang),我(wo)們預計(ji)未(wei)來幾(ji)年夜(ye)視儀市(shi)(shi)場將維持15%左(zuo)右的(de)增長(chang),國(guo)內品牌將進一步(bu)在(zai)產品質量(liang)和技術方面取(qu)得突破,占(zhan)領(ling)更大(da)的(de)市(shi)(shi)場份額。我(wo)國(guo)夜(ye)視儀企業(ye)在(zai)投(tou)資時應把握好夜(ye)視儀行業(ye)的(de)發展趨勢,以下是我(wo)們的(de)一些建議:
一、企業(ye)必須(xu)進(jin)(jin)一步(bu)加強技(ji)術投資,提高生產工藝水(shui)平、壓縮(suo)成本、改善產品質量,我們建(jian)議我國(guo)企業(ye)引進(jin)(jin)國(guo)外企業(ye)的(de)先進(jin)(jin)技(ji)術,在(zai)引進(jin)(jin)的(de)基礎上(shang)消化吸收,再進(jin)(jin)行自主研發。
二(er)、努力提(ti)高(gao)產(chan)品的質量,在提(ti)高(gao)設(she)備穩定性、性能參數和壽命,降低故障(zhang)率上下功夫。
三、由于不(bu)同產品的(de)需(xu)(xu)(xu)求具有多樣(yang)性,就需(xu)(xu)(xu)要一系(xi)列不(bu)同要求的(de)夜視儀技(ji)術(shu)來應對不(bu)同需(xu)(xu)(xu)求的(de)產品,需(xu)(xu)(xu)要企(qi)業在產品創(chuang)新上下(xia)功(gong)夫。
四、關注產(chan)品(pin)的(de)(de)發(fa)展趨(qu)勢(shi)(shi)(shi),如激(ji)光夜視儀的(de)(de)發(fa)展趨(qu)勢(shi)(shi)(shi),投資和開發(fa)出適應行業發(fa)展趨(qu)勢(shi)(shi)(shi)和市場(chang)需(xu)求的(de)(de)產(chan)品(pin)。