夜間可(ke)見(jian)光(guang)很(hen)微弱(ruo),但人眼看不見(jian)的(de)(de)(de)紅(hong)(hong)(hong)(hong)外(wai)(wai)線(xian)卻很(hen)豐富。紅(hong)(hong)(hong)(hong)外(wai)(wai)夜視儀(yi)可(ke)以幫助人們(men)在夜間進行觀察、搜索、瞄(miao)準和(he)駕駛車輛(liang)。盡管人們(men)很(hen)早就(jiu)發現了(le)紅(hong)(hong)(hong)(hong)外(wai)(wai)線(xian),但受(shou)到(dao)紅(hong)(hong)(hong)(hong)外(wai)(wai)元(yuan)器件的(de)(de)(de)限制,紅(hong)(hong)(hong)(hong)外(wai)(wai)遙(yao)感技(ji)術(shu)發展很(hen)緩慢(man)。直到(dao)1940年德(de)國研制出(chu)硫化鉛(qian)和(he)幾種紅(hong)(hong)(hong)(hong)外(wai)(wai)透射材(cai)料后(hou),才使(shi)紅(hong)(hong)(hong)(hong)外(wai)(wai)遙(yao)感儀(yi)器的(de)(de)(de)誕生成為可(ke)能。此后(hou)德(de)國首(shou)先(xian)研制出(chu)主(zhu)動式(shi)紅(hong)(hong)(hong)(hong)外(wai)(wai)夜視儀(yi)等(deng)幾種紅(hong)(hong)(hong)(hong)外(wai)(wai)探(tan)測儀(yi)器,在一(yi)次與英軍(jun)坦(tan)克縱隊的(de)(de)(de)遭遇(yu)戰(zhan)(zhan)中,裝備了(le)紅(hong)(hong)(hong)(hong)外(wai)(wai)觀瞄(miao)裝置的(de)(de)(de)德(de)軍(jun)豹式(shi)坦(tan)克在一(yi)舉擊毀兩輛(liang)英軍(jun)螢火蟲坦(tan)克,值得一(yi)提的(de)(de)(de)是,此戰(zhan)(zhan)役中德(de)軍(jun)使(shi)用的(de)(de)(de)是主(zhu)動式(shi)紅(hong)(hong)(hong)(hong)外(wai)(wai)夜視裝置,因此作戰(zhan)(zhan)時還有(you)一(yi)部貓頭鷹紅(hong)(hong)(hong)(hong)外(wai)(wai)探(tan)照燈(deng)車在遠方(fang)用紅(hong)(hong)(hong)(hong)外(wai)(wai)線(xian)為豹式(shi)坦(tan)克照明。
幾乎同時,美(mei)國(guo)也(ye)在(zai)(zai)研制紅(hong)(hong)外(wai)夜(ye)視儀(yi),雖然試驗成功(gong)的(de)時間比德國(guo)晚(wan),但卻(que)搶先將其投入實(shi)戰(zhan)(zhan)應(ying)用(yong)(yong)。1945年夏,美(mei)軍登陸(lu)進攻沖(chong)繩(sheng)島(dao),隱(yin)藏在(zai)(zai)巖(yan)(yan)洞(dong)(dong)坑(keng)道里(li)的(de)日軍利(li)用(yong)(yong)復(fu)雜的(de)地形,夜(ye)晚(wan)出來(lai)偷襲美(mei)軍。于是(shi)美(mei)軍將一批剛剛制造出來(lai)的(de)紅(hong)(hong)外(wai)夜(ye)儀(yi)緊急運往沖(chong)繩(sheng),把安有紅(hong)(hong)外(wai)夜(ye)視儀(yi)的(de)槍(qiang)炮架在(zai)(zai)巖(yan)(yan)洞(dong)(dong)附(fu)近,當日軍趁黑夜(ye)剛爬出洞(dong)(dong)口,立即被一陣準確的(de)槍(qiang)炮擊(ji)倒。洞(dong)(dong)內的(de)日軍不明(ming)其因,繼續(xu)往外(wai)沖(chong),又(you)糊(hu)里(li)糊(hu)涂地送(song)了(le)命。紅(hong)(hong)外(wai)夜(ye)視儀(yi)初上戰(zhan)(zhan)場,就為肅清沖(chong)繩(sheng)島(dao)上頑抗的(de)日軍發(fa)揮了(le)重要作用(yong)(yong)。
主動式紅(hong)(hong)外(wai)夜視儀具(ju)有成像(xiang)清晰、制作(zuo)簡單等特點,但它的致命(ming)弱(ruo)點是(shi)紅(hong)(hong)外(wai)探照燈的紅(hong)(hong)外(wai)光(guang)會被敵人的紅(hong)(hong)外(wai)探測(ce)裝置發現(xian)。60年代,美(mei)國(guo)首先研制出被動式的熱(re)像(xiang)儀,它不發射紅(hong)(hong)外(wai)光(guang),不易被敵發現(xian),并具(ju)有透(tou)過霧、雨等進行觀(guan)察的能(neng)力。
1982年4月(yue)(yue)(yue)─6月(yue)(yue)(yue),英(ying)國和阿根(gen)廷之(zhi)間爆發(fa)馬爾維納斯群島戰(zhan)爭。4月(yue)(yue)(yue)13日(ri)半夜(ye)(ye),英(ying)軍(jun)(jun)(jun)攻擊承軍(jun)(jun)(jun)據守的(de)(de)最大據點(dian)斯坦利港。3000名(ming)英(ying)軍(jun)(jun)(jun)布設的(de)(de)雷區,突(tu)然(ran)出現(xian)在(zai)阿軍(jun)(jun)(jun)防線(xian)前。英(ying)國的(de)(de)所有槍支(zhi)、火(huo)炮都配備了紅外(wai)夜(ye)(ye)視(shi)儀,能夠在(zai)黑夜(ye)(ye)中(zhong)清楚地(di)發(fa)現(xian)阿軍(jun)(jun)(jun)目標。而阿軍(jun)(jun)(jun)卻缺少(shao)夜(ye)(ye)視(shi)儀,不(bu)能發(fa)現(xian)英(ying)軍(jun)(jun)(jun),只有被動挨打的(de)(de)份。在(zai)英(ying)軍(jun)(jun)(jun)火(huo)力(li)準確的(de)(de)打擊下,阿軍(jun)(jun)(jun)支(zhi)持不(bu)住,英(ying)軍(jun)(jun)(jun)趁機發(fa)起沖(chong)鋒。到(dao)黎明時,英(ying)軍(jun)(jun)(jun)已(yi)占領了阿軍(jun)(jun)(jun)防線(xian)上的(de)(de)幾個主(zhu)要制(zhi)高點(dian),阿軍(jun)(jun)(jun)完(wan)全處于英(ying)軍(jun)(jun)(jun)的(de)(de)火(huo)力(li)控制(zhi)下。6月(yue)(yue)(yue)14日(ri)晚9時,14000名(ming)阿軍(jun)(jun)(jun)不(bu)得(de)不(bu)向英(ying)軍(jun)(jun)(jun)投降。英(ying)軍(jun)(jun)(jun)領先紅外(wai)夜(ye)(ye)視(shi)器(qi)材贏(ying)得(de)了一場兵(bing)力(li)懸殊的(de)(de)戰(zhan)斗。
1991年海(hai)灣戰(zhan)(zhan)爭中,在(zai)風沙和(he)硝煙彌(mi)漫的(de)戰(zhan)(zhan)場上,由(you)(you)于(yu)美軍裝備了(le)先進的(de)紅外夜視器材(cai),能夠(gou)先于(yu)伊拉克軍的(de)坦(tan)(tan)克而(er)發現對(dui)方,并開炮射(she)擊。而(er)伊軍只(zhi)是從美軍坦(tan)(tan)克開炮時的(de)炮口(kou)火光上才得知大敵在(zai)前。由(you)(you)此可以看出紅外夜視器材(cai)在(zai)現代戰(zhan)(zhan)爭中的(de)重要作用(yong)。
想要理解夜視儀(yi)的原理,就(jiu)必須(xu)對(dui)光的原理有(you)所了解。光波的能(neng)量(liang)大小與其波長有(you)關:波長越短(duan),能(neng)量(liang)越高。在(zai)可見光中(zhong),紫光的能(neng)量(liang)最高,而紅(hong)(hong)光的能(neng)量(liang)最低。與可見光光譜(pu)(pu)相鄰的是紅(hong)(hong)外(wai)線光譜(pu)(pu)。紅(hong)(hong)外(wai)線分為三類:
近紅外線(近IR)——近紅外線與可見光相鄰,其(qi)波(bo)長范圍(wei)是0.7-1.3微(wei)(wei)米(mi)(1微(wei)(wei)米(mi)等(deng)于(yu)百萬分之一米(mi))。
中(zhong)紅(hong)外線(xian)(xian)(中(zhong)IR)——中(zhong)紅(hong)外線(xian)(xian)的波長范圍是1.3-3微(wei)米(mi)。近紅(hong)外線(xian)(xian)和中(zhong)紅(hong)外線(xian)(xian)應用(yong)到(dao)各種電子設備中(zhong),例如遙(yao)控器。
熱(re)紅外線(xian)(熱(re)IR)——熱(re)紅外線(xian)占據了紅外線(xian)光(guang)譜中最大的一(yi)部分,其波長范圍是3-30微米。
熱紅外線與其他兩種(zhong)紅外線的(de)主要區別是(shi)(shi),熱紅外線是(shi)(shi)由物(wu)(wu)體(ti)(ti)發射(she)出來(lai)的(de),而不是(shi)(shi)從物(wu)(wu)體(ti)(ti)上反(fan)射(she)出來(lai)的(de)。物(wu)(wu)體(ti)(ti)之(zhi)所以能夠發射(she)紅外線,是(shi)(shi)因為(wei)其原(yuan)子發生了某種(zhong)變化。
原子(zi)是永恒(heng)運動的(de)(de)(de)。它們不停(ting)地(di)振動、移動和旋(xuan)轉。即便(bian)是構成我(wo)們座椅的(de)(de)(de)原子(zi)也是不斷運動著的(de)(de)(de)。原子(zi)有幾種不同的(de)(de)(de)激(ji)發(fa)狀態(tai)。換言(yan)之,它們具有不同的(de)(de)(de)能(neng)量(liang)。如果我(wo)們將大(da)量(liang)的(de)(de)(de)能(neng)量(liang)賦(fu)予一個(ge)原子(zi),它就(jiu)會擺脫基態(tai)能(neng)級而達(da)到激(ji)發(fa)水平。激(ji)發(fa)水平取(qu)決于以熱、光或電等形式施加到原子(zi)上(shang)的(de)(de)(de)能(neng)量(liang)的(de)(de)(de)多少。
原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)由原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)核(包括質子(zi)和中(zhong)子(zi))和電(dian)子(zi)云構(gou)成(cheng)。我們可以將(jiang)電(dian)子(zi)云中(zhong)的(de)(de)(de)電(dian)子(zi)設想成(cheng)在不同(tong)軌道(dao)上圍(wei)繞(rao)著原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)核運(yun)動。現(xian)在還(huan)無(wu)法觀察(cha)到(dao)電(dian)子(zi)的(de)(de)(de)離(li)散軌道(dao),但把這些軌道(dao)設想成(cheng)原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)不同(tong)的(de)(de)(de)能(neng)(neng)級(ji)會更(geng)(geng)容(rong)易理解(jie)。換(huan)句話說,如果我們向原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)施加一定的(de)(de)(de)熱能(neng)(neng),可以預見的(de)(de)(de)是(shi),一些處于低(di)能(neng)(neng)軌道(dao)的(de)(de)(de)電(dian)子(zi)會轉移到(dao)高能(neng)(neng)軌道(dao)上,即離(li)原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)核更(geng)(geng)遠。
電(dian)子(zi)轉移到高能(neng)(neng)(neng)軌道后,最終仍要回(hui)到基態。在此過程中,電(dian)子(zi)會以(yi)光(guang)子(zi)(一(yi)(yi)種光(guang)線粒子(zi))的(de)(de)形(xing)(xing)式(shi)(shi)釋(shi)放(fang)能(neng)(neng)(neng)量(liang)。您會發(fa)現,原(yuan)子(zi)不斷地以(yi)光(guang)子(zi)的(de)(de)形(xing)(xing)式(shi)(shi)釋(shi)放(fang)能(neng)(neng)(neng)量(liang)。舉例來(lai)說,當(dang)烤面包爐內的(de)(de)發(fa)熱器之(zhi)所以(yi)會變成(cheng)亮紅(hong)(hong)色(se)(se),就是(shi)因(yin)為原(yuan)子(zi)被熱力激發(fa),釋(shi)放(fang)出(chu)了紅(hong)(hong)色(se)(se)的(de)(de)光(guang)子(zi)。激發(fa)態的(de)(de)電(dian)子(zi)比未受激發(fa)的(de)(de)電(dian)子(zi)具(ju)有(you)更高的(de)(de)能(neng)(neng)(neng)量(liang),并(bing)且正是(shi)由于(yu)電(dian)子(zi)吸收了若(ruo)干(gan)能(neng)(neng)(neng)量(liang)才達到了激發(fa)水(shui)平,它會將這(zhe)(zhe)一(yi)(yi)能(neng)(neng)(neng)量(liang)釋(shi)放(fang)出(chu)來(lai)以(yi)回(hui)歸基態。這(zhe)(zhe)一(yi)(yi)能(neng)(neng)(neng)量(liang)會以(yi)光(guang)子(zi)的(de)(de)形(xing)(xing)式(shi)(shi)(光(guang)能(neng)(neng)(neng))被釋(shi)放(fang)出(chu)來(lai)。發(fa)射出(chu)的(de)(de)光(guang)子(zi)具(ju)有(you)特定的(de)(de)波長(顏(yan)色(se)(se)),這(zhe)(zhe)取決于(yu)釋(shi)出(chu)光(guang)子(zi)時電(dian)子(zi)的(de)(de)能(neng)(neng)(neng)量(liang)。
任(ren)何生物(wu)(wu)都要耗費(fei)能(neng)量,很多沒有生命的(de)(de)物(wu)(wu)品也是如(ru)(ru)此,例如(ru)(ru)引擎(qing)和火箭。能(neng)量消耗會產(chan)生熱量。反過來,熱能(neng)會促使物(wu)(wu)體中的(de)(de)原子(zi)(zi)發射出(chu)位(wei)于(yu)熱紅(hong)外線光(guang)(guang)(guang)(guang)譜(pu)中的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)子(zi)(zi)。物(wu)(wu)體溫度越高,釋出(chu)的(de)(de)紅(hong)外線光(guang)(guang)(guang)(guang)子(zi)(zi)的(de)(de)波長就(jiu)越短。如(ru)(ru)果物(wu)(wu)體的(de)(de)溫度非常高,它發出(chu)的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)子(zi)(zi)甚至能(neng)進入可(ke)見光(guang)(guang)(guang)(guang)光(guang)(guang)(guang)(guang)譜(pu),從(cong)紅(hong)光(guang)(guang)(guang)(guang)開始,然后是橙光(guang)(guang)(guang)(guang)、黃光(guang)(guang)(guang)(guang)、白光(guang)(guang)(guang)(guang),直(zhi)至藍光(guang)(guang)(guang)(guang)。
1.用一種特(te)制的(de)透鏡,能夠將視野內物(wu)體(ti)發出的(de)紅外線會聚起來。
2.紅外線(xian)探(tan)測器(qi)(qi)元上的(de)相控陣能夠(gou)掃(sao)描會聚的(de)光線(xian)。探(tan)測器(qi)(qi)元能夠(gou)生成(cheng)(cheng)非常詳(xiang)細的(de)溫度(du)樣式圖,稱為溫譜(pu)圖。大約只需1/30秒,探(tan)測器(qi)(qi)陣列(lie)就(jiu)能獲取溫度(du)信(xin)息(xi),并制成(cheng)(cheng)溫譜(pu)圖。這些(xie)信(xin)息(xi)是從探(tan)測器(qi)(qi)陣列(lie)視(shi)域場中數(shu)千個探(tan)測點(dian)上獲取的(de)。
3.探(tan)測(ce)器元生成的溫譜圖被轉化為電脈(mo)沖。
4.這些脈沖被傳(chuan)送(song)到信(xin)號處理單元(yuan)——一塊集成(cheng)了精密芯片(pian)的電路板,它可(ke)以(yi)將探(tan)測(ce)器元(yuan)發出的信(xin)息(xi)轉換為顯示(shi)器能夠識別(bie)的數據。
5.信(xin)號處(chu)理單元(yuan)將(jiang)信(xin)息發送給顯示器,從而在(zai)顯示器上(shang)呈現(xian)出各(ge)種色彩(cai)(cai),色彩(cai)(cai)強度(du)(du)由紅外線的發射強度(du)(du)決定。將(jiang)從探測器元(yuan)傳來的脈沖(chong)組合起(qi)來,就生成了圖像。
多數熱成像設備的(de)掃(sao)描速(su)率為(wei)30次/秒。它們(men)能檢(jian)測的(de)溫度范圍(wei)為(wei)-20℃至2000℃,能檢(jian)測出(chu)的(de)溫差約為(wei)0.2℃。
熱成像設備一(yi)般有兩大(da)類(lei):
非(fei)冷卻型——這(zhe)種熱成像(xiang)設備(bei)最(zui)為常(chang)見。其紅外(wai)探測器(qi)元(yuan)封(feng)裝在一個單元(yuan)內(nei),可(ke)在室(shi)溫下工(gong)作。這(zhe)種系統可(ke)以迅速激活,工(gong)作時(shi)完全靜(jing)音,并且具有內(nei)置的電池。
低溫冷(leng)卻(que)(que)型(xing)(xing)——這(zhe)(zhe)種系統(tong)價(jia)格更高(gao),而且操作(zuo)不(bu)當很容易損毀。這(zhe)(zhe)種熱成像設備(bei)將探(tan)測器元(yuan)封(feng)裝(zhuang)在(zai)一個(ge)(ge)外(wai)包裝(zhuang)內,并將其(qi)冷(leng)卻(que)(que)至0℃以(yi)下(xia)。由于冷(leng)卻(que)(que)了探(tan)測器元(yuan),因(yin)此這(zhe)(zhe)種系統(tong)的(de)具有極高(gao)的(de)分辨率和敏(min)感度。低溫冷(leng)卻(que)(que)型(xing)(xing)系統(tong)可以(yi)“看到”300米以(yi)外(wai)0.1℃的(de)溫差,這(zhe)(zhe)樣該(gai)系統(tong)足以(yi)判斷(duan)出一個(ge)(ge)人(ren)手里是不(bu)是拿著(zhu)一把(ba)槍!
提(ti)到(dao)夜視儀,多數人想到(dao)的是(shi)圖(tu)像增強技術。事實上(shang),圖(tu)像增強系(xi)統(tong)一(yi)般稱為夜視設備(NVD)。NVD內有(you)一(yi)種圖(tu)像增強管,可以用來采集(ji)、放大紅(hong)外(wai)線及(ji)可見光(guang)。以下(xia)是(shi)圖(tu)像增強系(xi)統(tong)的工作原(yuan)理:
一種稱為物鏡(jing)的傳統透鏡(jing)能捕(bu)捉環境光線和(he)某(mou)些近(jin)紅外線。
收(shou)集到的光線(xian)會傳送給圖像(xiang)增強管。在多數NVD中,圖像(xiang)增強管的供電(dian)系統(tong)會從兩節N-Cell或(huo)“AA”電(dian)池(chi)中獲(huo)取電(dian)力。管道會向(xiang)圖像(xiang)管組件輸出(chu)約為5000伏的高壓。
圖(tu)像增強管中有一個光電陰極,能將光子轉化為電子。
當(dang)電(dian)子(zi)通(tong)(tong)(tong)過管道(dao)(dao)時,管中(zhong)的(de)(de)(de)原(yuan)子(zi)會釋放(fang)相似(si)的(de)(de)(de)電(dian)子(zi),其數(shu)目為原(yuan)有(you)電(dian)子(zi)數(shu)乘以一個因數(shu)(約為幾千倍),利(li)用管道(dao)(dao)內(nei)的(de)(de)(de)微(wei)(wei)(wei)通(tong)(tong)(tong)道(dao)(dao)板(ban)(ban)(ban)(MCP)就能完成(cheng)(cheng)這項(xiang)工(gong)作。微(wei)(wei)(wei)通(tong)(tong)(tong)道(dao)(dao)板(ban)(ban)(ban)是一個微(wei)(wei)(wei)型玻璃盤,內(nei)部含有(you)數(shu)百萬個微(wei)(wei)(wei)型孔隙(微(wei)(wei)(wei)通(tong)(tong)(tong)道(dao)(dao)),采用光纖技術制成(cheng)(cheng)。微(wei)(wei)(wei)通(tong)(tong)(tong)道(dao)(dao)板(ban)(ban)(ban)處于真空(kong)中(zhong),在盤片的(de)(de)(de)兩面都安(an)裝了金屬電(dian)極(ji)。每條微(wei)(wei)(wei)通(tong)(tong)(tong)道(dao)(dao)的(de)(de)(de)長(chang)度(du)是其寬度(du)的(de)(de)(de)45倍左右,工(gong)作原(yuan)理類似(si)于電(dian)子(zi)放(fang)大器。
當來自光(guang)電(dian)(dian)(dian)陰(yin)極的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)觸擊微(wei)通(tong)(tong)道(dao)(dao)板(ban)上第一(yi)(yi)個(ge)電(dian)(dian)(dian)極時,在(zai)兩電(dian)(dian)(dian)極間5000伏高(gao)壓作用下電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)會(hui)(hui)加速通(tong)(tong)過玻璃(li)微(wei)通(tong)(tong)道(dao)(dao)。電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)通(tong)(tong)過微(wei)通(tong)(tong)道(dao)(dao)時,會(hui)(hui)導致通(tong)(tong)道(dao)(dao)中(zhong)數千個(ge)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)被釋(shi)放出(chu)來,這(zhe)一(yi)(yi)過程稱為(wei)級(ji)聯二(er)次發(fa)射(she)。簡言之,原始電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)會(hui)(hui)撞擊微(wei)通(tong)(tong)道(dao)(dao)的(de)(de)(de)(de)側(ce)邊(bian),而后(hou)受(shou)激發(fa)的(de)(de)(de)(de)原子(zi)(zi)(zi)會(hui)(hui)釋(shi)出(chu)更(geng)多的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)。這(zhe)些新(xin)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)也(ye)會(hui)(hui)撞擊其(qi)(qi)他原子(zi)(zi)(zi),從而造成(cheng)一(yi)(yi)種鏈(lian)式反(fan)應,其(qi)(qi)結果是(shi),進入(ru)微(wei)通(tong)(tong)道(dao)(dao)的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)屈指可數,而離開微(wei)通(tong)(tong)道(dao)(dao)的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)卻數以(yi)千計。一(yi)(yi)個(ge)有(you)趣的(de)(de)(de)(de)現(xian)象是(shi):MCP上的(de)(de)(de)(de)微(wei)通(tong)(tong)道(dao)(dao)有(you)一(yi)(yi)個(ge)微(wei)小的(de)(de)(de)(de)傾斜角(約5-8°),這(zhe)既是(shi)為(wei)了能引發(fa)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)碰(peng)撞,也(ye)是(shi)為(wei)了降低來自輸出(chu)端磷光(guang)質(zhi)層的(de)(de)(de)(de)離子(zi)(zi)(zi)反(fan)饋(kui)和直(zhi)接(jie)光(guang)反(fan)饋(kui)。
夜視成像圖(tu)以(yi)其詭異的綠色光澤(ze)而(er)著稱。
在(zai)圖(tu)像(xiang)增(zeng)強管的(de)(de)(de)末端,電(dian)子(zi)(zi)(zi)會(hui)(hui)撞(zhuang)擊(ji)一(yi)個具有磷(lin)(lin)光(guang)(guang)質涂層的(de)(de)(de)屏幕(mu)。這(zhe)些電(dian)子(zi)(zi)(zi)會(hui)(hui)保持它們通(tong)(tong)過微(wei)通(tong)(tong)道時的(de)(de)(de)相(xiang)對位(wei)置,這(zhe)會(hui)(hui)確(que)保圖(tu)像(xiang)的(de)(de)(de)完好,因為電(dian)子(zi)(zi)(zi)排(pai)列的(de)(de)(de)方式(shi)同起初光(guang)(guang)子(zi)(zi)(zi)排(pai)列的(de)(de)(de)方式(shi)相(xiang)同。這(zhe)些電(dian)子(zi)(zi)(zi)帶有的(de)(de)(de)能(neng)量(liang)會(hui)(hui)使磷(lin)(lin)光(guang)(guang)質達到激(ji)發狀態(tai)并釋出(chu)光(guang)(guang)子(zi)(zi)(zi)。這(zhe)些磷(lin)(lin)光(guang)(guang)質會(hui)(hui)在(zai)屏幕(mu)上生成(cheng)綠色(se)圖(tu)像(xiang),這(zhe)也(ye)成(cheng)了夜視(shi)儀的(de)(de)(de)一(yi)大(da)特(te)色(se)。通(tong)(tong)過另一(yi)副稱(cheng)為目鏡的(de)(de)(de)透(tou)鏡,就可以觀測到綠色(se)磷(lin)(lin)光(guang)(guang)圖(tu)像(xiang),還(huan)可以使用目鏡放(fang)大(da)圖(tu)像(xiang)或調節焦距。NVD可以與電(dian)子(zi)(zi)(zi)顯示(shi)設備相(xiang)連,例如顯示(shi)器(qi),也(ye)可以直(zhi)接透(tou)過目鏡觀測圖(tu)像(xiang)。
NVD已有40多年(nian)的(de)歷史。這些(xie)產品可分(fen)為(wei)幾代。NVD技術發展道路上的(de)每一次重(zhong)大突破都會催生(sheng)新一代產品。
最(zui)早一代——最(zui)早的(de)(de)(de)夜(ye)視系(xi)統由美國軍方研制(zhi),它(ta)們(men)被(bei)應用在第二(er)次世(shi)界大(da)戰(zhan)(zhan)和(he)朝鮮戰(zhan)(zhan)爭的(de)(de)(de)戰(zhan)(zhan)場上(shang),這(zhe)些NVD系(xi)統采(cai)用主動紅外(wai)線(xian)(xian)技術(shu)。這(zhe)意(yi)味著NVD上(shang)須附(fu)有一個(ge)稱(cheng)為紅外(wai)輻射源(yuan)的(de)(de)(de)發(fa)射單元。該單元能發(fa)射出(chu)(chu)一束近紅外(wai)線(xian)(xian),類似于(yu)普通閃光(guang)燈發(fa)出(chu)(chu)的(de)(de)(de)光(guang)束。這(zhe)種光(guang)束不能為肉眼(yan)所見(jian),它(ta)們(men)會從物體(ti)上(shang)反射出(chu)(chu)來,然后返回NVD的(de)(de)(de)透鏡。這(zhe)種系(xi)統使陽極(ji)與陰極(ji)相連,以便對電子進行(xing)加速。這(zhe)種方法的(de)(de)(de)問(wen)題是,電子加速會使圖像扭曲,而(er)且還會大(da)大(da)縮減管道的(de)(de)(de)壽(shou)命。這(zhe)項技術(shu)最(zui)早用于(yu)軍事中時,還存在一個(ge)重(zhong)要問(wen)題:敵(di)方在短時間內就能仿制(zhi)出(chu)(chu)這(zhe)種系(xi)統,這(zhe)使得敵(di)軍士兵也可以用它(ta)們(men)的(de)(de)(de)NVD系(xi)統觀測到設(she)備發(fa)射出(chu)(chu)的(de)(de)(de)紅外(wai)光(guang)束。
第(di)一代(dai)——這一代(dai)NVD放棄了(le)主動紅(hong)外技術,轉而(er)采(cai)用了(le)被動紅(hong)外線(xian)技術。這種NVD能(neng)夠利用月亮和(he)星(xing)星(xing)發出的(de)(de)環(huan)境(jing)光線(xian)放大(da)周圍的(de)(de)反射紅(hong)外線(xian),因而(er)曾(ceng)被美軍稱為星(xing)光。這意(yi)味(wei)著它(ta)們不需要(yao)紅(hong)外線(xian)發射源(yuan)。這也意(yi)味(wei)著在(zai)多(duo)云或沒有月亮的(de)(de)夜晚時,它(ta)們的(de)(de)工作效果不是很(hen)好。第(di)一代(dai)NVD采(cai)用與第(di)0代(dai)相同的(de)(de)圖像增強管(guan)技術,同樣靠陰極(ji)(ji)和(he)陽(yang)極(ji)(ji)進行電子加速,所以仍然存在(zai)圖像扭曲和(he)管(guan)道壽命較短(duan)的(de)(de)問題(ti)。
第二代——圖(tu)(tu)像增(zeng)(zeng)強管技術(shu)的(de)重大進(jin)步催生了第二代NVD。它們(men)的(de)分辨率比第一代設備(bei)更高,性能(neng)(neng)更為出(chu)色,可(ke)靠性也更好(hao)。第二代技術(shu)最大的(de)收(shou)獲是,它們(men)具備(bei)了在極弱的(de)光線條件(jian)下(xia)(例如在一個沒有月(yue)亮的(de)夜晚)生成(cheng)圖(tu)(tu)像的(de)能(neng)(neng)力。敏感度得以增(zeng)(zeng)加(jia),是因(yin)為圖(tu)(tu)像增(zeng)(zeng)強管附加(jia)了微通道(dao)板。由于MCP能(neng)(neng)夠增(zeng)(zeng)加(jia)電子數目而非僅對(dui)原有電子加(jia)速,所以圖(tu)(tu)像扭曲的(de)程度顯著下(xia)降,而亮度也高于前(qian)幾代NVD。
第(di)三(san)代——目前美(mei)軍(jun)采(cai)用第(di)三(san)代技(ji)術。盡管其原理與第(di)二代相比并無本質(zhi)(zhi)區別,但(dan)這一代NVD的分辨(bian)率和(he)敏感度要更好。這是因為其光電陰(yin)極由砷化(hua)鎵(jia)制(zhi)成,這種(zhong)物質(zhi)(zhi)有(you)助于提高光子轉化(hua)為電子的效(xiao)率。另外,MCP上(shang)還覆有(you)一個(ge)離子壁壘(lei)層,能(neng)夠有(you)效(xiao)地增加管道壽命。
電影當中的夜視儀
電影當中(zhong)的夜視儀
第四代(dai)——通常(chang)我們提到的第四代(dai)技術(shu)亦(yi)稱“無膠片(pian)門限”技術(shu),總(zong)體上講,這一代(dai)系統的性能在強光和弱光兩種(zhong)環境中都(dou)有(you)較大幅(fu)度的改善。
MCP去除了第三代(dai)技術(shu)加入的(de)離子(zi)壁壘,因而背(bei)景噪聲有(you)所降低(di),同時信噪比(bi)得以提升。去除離子(zi)膠片在實際中能夠讓更多(duo)的(de)電子(zi)被放大(da),這樣一來圖像的(de)扭曲度顯(xian)著降低(di),而亮度則有(you)明顯(xian)提高。
自動門(men)(men)限(xian)供(gong)電(dian)系統的(de)(de)(de)(de)引入,使(shi)得光(guang)(guang)電(dian)陰極的(de)(de)(de)(de)電(dian)壓(ya)能(neng)夠迅(xun)速(su)地接通和切斷(duan),從(cong)而(er)讓NVD能(neng)夠對發光(guang)(guang)條件(jian)的(de)(de)(de)(de)波動做(zuo)出即(ji)時反(fan)應(ying)。這(zhe)項技術(shu)的(de)(de)(de)(de)進(jin)步對于(yu)NVD系統來說(shuo)具有(you)(you)關鍵意義(yi),具備了(le)(le)這(zhe)種(zhong)能(neng)力,用戶可以迅(xun)速(su)從(cong)強光(guang)(guang)環(huan)境轉移到弱光(guang)(guang)環(huan)境(或從(cong)弱光(guang)(guang)環(huan)境到強光(guang)(guang)環(huan)境),而(er)圖像(xiang)不會(hui)產生任何顛簸(bo)。舉例來說(shuo),請想象(xiang)一(yi)個隨處可見的(de)(de)(de)(de)電(dian)影場景(jing):一(yi)名特工在使(shi)用夜視儀目(mu)鏡時,如果(guo)(guo)有(you)(you)人打開了(le)(le)附(fu)近(jin)的(de)(de)(de)(de)電(dian)燈(deng),他就(jiu)會(hui)“失明”。有(you)(you)了(le)(le)最(zui)新的(de)(de)(de)(de)門(men)(men)限(xian)電(dian)源技術(shu),光(guang)(guang)線(xian)條件(jian)的(de)(de)(de)(de)變(bian)化不會(hui)產生這(zhe)樣的(de)(de)(de)(de)惡果(guo)(guo),改(gai)進(jin)的(de)(de)(de)(de)NVD系統能(neng)夠立即(ji)對光(guang)(guang)環(huan)境的(de)(de)(de)(de)變(bian)化做(zuo)出反(fan)應(ying)。
很多所謂的(de)(de)“便宜”夜視鏡(jing)采(cai)用第(di)0代(dai)(dai)或第(di)一(yi)(yi)代(dai)(dai)技術,如(ru)果(guo)(guo)對(dui)于專業(ye)設備(bei)的(de)(de)敏感(gan)度抱(bao)有較(jiao)高期待(dai),您可能會大失所望。第(di)二代(dai)(dai)、第(di)三代(dai)(dai)以及第(di)四代(dai)(dai)NVD一(yi)(yi)般價(jia)格較(jiao)高,但如(ru)果(guo)(guo)保養(yang)得當,可以使用較(jiao)長時間。還有一(yi)(yi)點,在極其昏暗乃至(zhi)幾乎不能采(cai)集到(dao)環境光線的(de)(de)地(di)方,使用紅外輻射源對(dui)于任何一(yi)(yi)款NVD系統都是有益的(de)(de)。
一(yi)根(gen)圖像增強管(guan)都要(yao)進行(xing)嚴格的測試,以判斷它能否達到軍方設定(ding)的標(biao)(biao)準(zhun)(zhun)。達標(biao)(biao)的管(guan)子被歸為軍用規格(MILSPEC)。哪(na)怕只有一(yi)項指標(biao)(biao)不符(fu)合軍用標(biao)(biao)準(zhun)(zhun),管(guan)子就會(hui)被歸為普通規格(COMSPEC)。
夜視(shi)設備可以粗(cu)分為三(san)大類:
觀(guan)測鏡(jing)(jing)——觀(guan)測鏡(jing)(jing)一般為手持型,也(ye)可以安裝在武器(qi)上(shang),它們(men)采用單筒(一只(zhi)眼(yan)睛)鏡(jing)(jing)身(shen)。由于(yu)(yu)觀(guan)測鏡(jing)(jing)屬于(yu)(yu)手持設備(bei),不像目鏡(jing)(jing)那(nei)樣佩(pei)戴(dai)在身(shen)上(shang),所以當(dang)您(nin)想要對某一特(te)定目標進行較為細(xi)致(zhi)的觀(guan)察(cha),然后回歸正(zheng)常(chang)觀(guan)測條件(jian)下時,這種觀(guan)測鏡(jing)(jing)比較適用。
目(mu)(mu)鏡(jing)——盡管目(mu)(mu)鏡(jing)也(ye)可以手持,但它們通常還是佩戴在額頭上。目(mu)(mu)鏡(jing)采用(yong)(yong)雙筒(tong)(兩只眼睛)鏡(jing)身,根據樣式不同可采用(yong)(yong)單透鏡(jing)或復合透鏡(jing)。目(mu)(mu)鏡(jing)是進行長時間(jian)觀測(例如在光線(xian)很差的(de)(de)建筑物周圍巡邏時)的(de)(de)最佳選擇。
攝像(xiang)(xiang)頭(tou)(tou)——采用夜視(shi)(shi)技術(shu)的(de)攝像(xiang)(xiang)頭(tou)(tou)可將圖(tu)像(xiang)(xiang)傳(chuan)送給(gei)顯示(shi)器,以供即(ji)時播放,也可以用錄像(xiang)(xiang)機將傳(chuan)來的(de)圖(tu)像(xiang)(xiang)記(ji)錄下(xia)來。當我(wo)們需(xu)要在一(yi)個恒定地(di)點進行高品質(zhi)的(de)夜視(shi)(shi)觀測時,例(li)如在某固定建筑物上,或(huo)是將夜視(shi)(shi)儀(yi)裝配為直升機的(de)機載(zai)設(she)備時,攝像(xiang)(xiang)頭(tou)(tou)就能(neng)派上用場。很多新型的(de)攝像(xiang)(xiang)機已(yi)具(ju)備內置的(de)夜視(shi)(shi)功能(neng)。
一般(ban)來說夜視(shi)儀的用(yong)途包括:軍用(yong)、執(zhi)法、狩(shou)獵、野外觀(guan)(guan)察、監(jian)視(shi)、安全、導航、隱蔽目(mu)標觀(guan)(guan)測、娛樂等(deng)。
夜視儀(yi)最早被用來在夜間(jian)對敵(di)方(fang)目標進(jin)行定(ding)位。目前軍隊系統(tong)仍然大范(fan)圍地(di)使用夜視儀(yi),除(chu)了上述用途(tu)以外(wai),還包括導(dao)航(hang)、監視、瞄準等用途(tu)。警方(fang)和安全(quan)部門經(jing)常使用熱成像和圖(tu)像增強(qiang)這兩種技(ji)術(shu),特別是用它們進(jin)行監視。獵手(shou)和熱愛大自然的旅(lv)人們依靠NVD,就能(neng)在夜間(jian)駕(jia)輕就熟地(di)穿過森林。
偵(zhen)探和私家偵(zhen)探會利(li)用夜視(shi)儀(yi)探查人(ren)們是(shi)否有不(bu)軌行為。不(bu)少商業機構(gou)也(ye)會利(li)用安裝在固定位置的夜視(shi)攝像頭監測周圍環境。
熱(re)成像(xiang)技(ji)術(shu)真正令人驚(jing)奇的(de)(de)是(shi),它能(neng)(neng)夠揭示出一(yi)個地區(qu)有沒有人類活(huo)動過的(de)(de)痕跡——即便四周(zhou)沒有任何肉眼可見的(de)(de)明(ming)顯標記,它還是(shi)能(neng)(neng)告(gao)訴我們,一(yi)塊土地曾被挖(wa)開并填(tian)埋過一(yi)些東(dong)西。執(zhi)法部門也能(neng)(neng)借此發(fa)現一(yi)些罪犯企圖隱(yin)瞞的(de)(de)事證(zheng),包括贓(zang)款、毒品以及(ji)尸體等。此外,利(li)用熱(re)成像(xiang)技(ji)術(shu)能(neng)(neng)發(fa)現某些區(qu)域(如墻壁)最近發(fa)生(sheng)的(de)(de)變化,這(zhe)能(neng)(neng)為一(yi)些案件提供重要線索。
很(hen)多人已(yi)經開(kai)始探索夜(ye)幕下(xia)的神奇(qi)世(shi)界(jie)。如果您(nin)準備痛(tong)痛(tong)快(kuai)快(kuai)地搞一次野營或狩(shou)獵活動,或許夜(ye)視設(she)備能對您(nin)的旅(lv)程有所幫(bang)助(zhu)——不過請(qing)務必挑選適合您(nin)的類型。
與(yu)國外相比,我國對夜視儀的(de)研(yan)究起步較(jiao)晚。從20世紀60年(nian)代開始,在(zai)中(zhong)國科(ke)學院上海技術(shu)物理研(yan)究所、昆明物理研(yan)究所和一(yi)些高校(xiao)的(de)共同努(nu)力下,我國軍用(yong)領域的(de)夜視技術(shu)研(yan)究工作有了較(jiao)快的(de)發展,但在(zai)向民用(yong)領域擴展方(fang)面(mian)卻(que)一(yi)直沒有做好。
因此(ci),隨著我國夜視(shi)(shi)儀生(sheng)產(chan)企業數量的不斷(duan)增加,未來夜視(shi)(shi)儀產(chan)品研發(fa)將(jiang)重點關注民用市場,如汽車用夜視(shi)(shi)儀、攝像用夜視(shi)(shi)儀等產(chan)品將(jiang)成(cheng)為未來市場發(fa)展重點。
隨著我(wo)國經濟的(de)繼續高速增長,我(wo)國夜(ye)視(shi)(shi)儀(yi)(yi)市場需求(qiu)將(jiang)會(hui)大幅增長,我(wo)們(men)預計未(wei)來(lai)幾年(nian)夜(ye)視(shi)(shi)儀(yi)(yi)市場將(jiang)維持15%左右的(de)增長,國內品(pin)牌將(jiang)進一步在產品(pin)質(zhi)量和(he)技術(shu)方(fang)面取(qu)得突破,占領更大的(de)市場份額。我(wo)國夜(ye)視(shi)(shi)儀(yi)(yi)企業在投資時應把(ba)握好夜(ye)視(shi)(shi)儀(yi)(yi)行業的(de)發展趨勢,以下是我(wo)們(men)的(de)一些建議:
一、企(qi)業(ye)(ye)必須進(jin)(jin)一步加強技術投(tou)資,提高生產工藝水平(ping)、壓縮成(cheng)本、改(gai)善產品質(zhi)量(liang),我們建議我國(guo)企(qi)業(ye)(ye)引進(jin)(jin)國(guo)外(wai)企(qi)業(ye)(ye)的先進(jin)(jin)技術,在引進(jin)(jin)的基礎上消化吸收(shou),再進(jin)(jin)行(xing)自主研發。
二、努力提(ti)高產品(pin)的質量,在提(ti)高設備(bei)穩定性、性能參數和(he)壽(shou)命,降低故障率上(shang)下功(gong)夫。
三、由于(yu)不(bu)(bu)同(tong)產品(pin)的(de)需求(qiu)具有多樣性,就需要一系列不(bu)(bu)同(tong)要求(qiu)的(de)夜(ye)視儀技術來應對不(bu)(bu)同(tong)需求(qiu)的(de)產品(pin),需要企業在產品(pin)創新上下功夫。
四、關注(zhu)產品的(de)發展(zhan)趨勢,如(ru)激(ji)光夜視儀的(de)發展(zhan)趨勢,投資和(he)開發出適應行業發展(zhan)趨勢和(he)市場需(xu)求的(de)產品。