作用1

夜間可見光很微弱,，但人眼看不見的紅外線卻很豐富,。紅外夜視儀可以幫助人們在夜間進行觀察、搜索,、瞄準(zhǔn)和駕駛車輛,。盡管人們很早就發(fā)現(xiàn)了紅外線，但受到紅外元器件的限制,，紅外遙感技術(shù)發(fā)展很緩慢,。直到1940年德國研制出硫化鉛和幾種紅外透射材料后，才使紅外遙感儀器的誕生成為可能,。此后德國首先研制出主動式紅外夜視儀等幾種紅外探測儀器,，在一次與英軍坦克縱隊的遭遇戰(zhàn)中，裝備了紅外觀瞄裝置的德軍豹式坦克在一舉擊毀兩輛英軍螢火蟲坦克,，值得一提的是,，此戰(zhàn)役中德軍使用的是主動式紅外夜視裝置，因此作戰(zhàn)時還有一部貓頭鷹紅外探照燈車在遠方用紅外線為豹式坦克照明,。

作用2

幾乎同時,，美國也在研制紅外夜視儀，雖然試驗成功的時間比德國晚,，但卻搶先將其投入實戰(zhàn)應(yīng)用,。1945年夏，美軍登陸進攻沖繩島,，隱藏在巖洞坑道里的日軍利用復(fù)雜的地形,，夜晚出來偷襲美軍。于是美軍將一批剛剛制造出來的紅外夜儀緊急運往沖繩,，把安有紅外夜視儀的槍炮架在巖洞附近,，當(dāng)日軍趁黑夜剛爬出洞口,，立即被一陣準(zhǔn)確的槍炮擊倒。洞內(nèi)的日軍不明其因,，繼續(xù)往外沖,，又糊里糊涂地送了命。紅外夜視儀初上戰(zhàn)場,，就為肅清沖繩島上頑抗的日軍發(fā)揮了重要作用,。

主動式紅外夜視儀具有成像清晰、制作簡單等特點,，但它的致命弱點是紅外探照燈的紅外光會被敵人的紅外探測裝置發(fā)現(xiàn),。60年代，美國首先研制出被動式的熱像儀,，它不發(fā)射紅外光,，不易被敵發(fā)現(xiàn)，并具有透過霧,、雨等進行觀察的能力,。

1982年4月─6月，英國和阿根廷之間爆發(fā)馬爾維納斯群島戰(zhàn)爭,。4月13日半夜,，英軍攻擊承軍據(jù)守的最大據(jù)點斯坦利港。3000名英軍布設(shè)的雷區(qū),，突然出現(xiàn)在阿軍防線前,。英國的所有槍支、火炮都配備了紅外夜視儀,，能夠在黑夜中清楚地發(fā)現(xiàn)阿軍目標(biāo),。而阿軍卻缺少夜視儀，不能發(fā)現(xiàn)英軍,，只有被動挨打的份,。在英軍火力準(zhǔn)確的打擊下，阿軍支持不住,，英軍趁機發(fā)起沖鋒,。到黎明時，英軍已占領(lǐng)了阿軍防線上的幾個主要制高點,，阿軍完全處于英軍的火力控制下,。6月14日晚9時,，14000名阿軍不得不向英軍投降。英軍領(lǐng)先紅外夜視器材贏得了一場兵力懸殊的戰(zhàn)斗,。

1991年海灣戰(zhàn)爭中，在風(fēng)沙和硝煙彌漫的戰(zhàn)場上,，由于美軍裝備了先進的紅外夜視器材,，能夠先于伊拉克軍的坦克而發(fā)現(xiàn)對方,，并開炮射擊,。而伊軍只是從美軍坦克開炮時的炮口火光上才得知大敵在前。由此可以看出紅外夜視器材在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的重要作用,。

基本原理

想要理解夜視儀的原理，就必須對光的原理有所了解,。光波的能量大小與其波長有關(guān)：波長越短,，能量越高。在可見光中,，紫光的能量最高,，而紅光的能量最低。與可見光光譜相鄰的是紅外線光譜,。紅外線分為三類：

近紅外線（近IR）——近紅外線與可見光相鄰，其波長范圍是0.7-1.3微米（1微米等于百萬分之一米）,。

中紅外線（中IR）——中紅外線的波長范圍是1.3-3微米,。近紅外線和中紅外線應(yīng)用到各種電子設(shè)備中，例如遙控器,。

熱紅外線（熱IR）——熱紅外線占據(jù)了紅外線光譜中最大的一部分,，其波長范圍是3-30微米。

熱紅外線與其他兩種紅外線的主要區(qū)別是,，熱紅外線是由物體發(fā)射出來的,，而不是從物體上反射出來的。物體之所以能夠發(fā)射紅外線,，是因為其原子發(fā)生了某種變化,。

原子理論

原子是永恒運動的。它們不停地振動,、移動和旋轉(zhuǎn),。即便是構(gòu)成我們座椅的原子也是不斷運動著的。原子有幾種不同的激發(fā)狀態(tài),。換言之,，它們具有不同的能量。如果我們將大量的能量賦予一個原子,，它就會擺脫基態(tài)能級而達到激發(fā)水平。激發(fā)水平取決于以熱、光或電等形式施加到原子上的能量的多少,。

原子由原子核（包括質(zhì)子和中子）和電子云構(gòu)成。我們可以將電子云中的電子設(shè)想成在不同軌道上圍繞著原子核運動?，F(xiàn)在還無法觀察到電子的離散軌道,，但把這些軌道設(shè)想成原子不同的能級會更容易理解。換句話說,，如果我們向原子施加一定的熱能,，可以預(yù)見的是，一些處于低能軌道的電子會轉(zhuǎn)移到高能軌道上,，即離原子核更遠,。

電子轉(zhuǎn)移到高能軌道后，最終仍要回到基態(tài),。在此過程中,，電子會以光子（一種光線粒子）的形式釋放能量。您會發(fā)現(xiàn),，原子不斷地以光子的形式釋放能量,。舉例來說，當(dāng)烤面包爐內(nèi)的發(fā)熱器之所以會變成亮紅色,，就是因為原子被熱力激發(fā),，釋放出了紅色的光子。激發(fā)態(tài)的電子比未受激發(fā)的電子具有更高的能量,，并且正是由于電子吸收了若干能量才達到了激發(fā)水平,，它會將這一能量釋放出來以回歸基態(tài)。這一能量會以光子的形式（光能）被釋放出來,。發(fā)射出的光子具有特定的波長（顏色）,，這取決于釋出光子時電子的能量。

任何生物都要耗費能量,，很多沒有生命的物品也是如此,，例如引擎和火箭。能量消耗會產(chǎn)生熱量,。反過來,，熱能會促使物體中的原子發(fā)射出位于熱紅外線光譜中的光子。物體溫度越高，釋出的紅外線光子的波長就越短,。如果物體的溫度非常高,，它發(fā)出的光子甚至能進入可見光光譜，從紅光開始,，然后是橙光,、黃光、白光,，直至藍光,。

工作原理

1.用一種特制的透鏡，能夠?qū)⒁曇皟?nèi)物體發(fā)出的紅外線會聚起來,。

2.紅外線探測器元上的相控陣能夠掃描會聚的光線,。探測器元能夠生成非常詳細的溫度樣式圖，稱為溫譜圖,。大約只需1/30秒,，探測器陣列就能獲取溫度信息，并制成溫譜圖,。這些信息是從探測器陣列視域場中數(shù)千個探測點上獲取的,。

3.探測器元生成的溫譜圖被轉(zhuǎn)化為電脈沖。

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路板,，它可以將探測器元發(fā)出的信息轉(zhuǎn)換為顯示器能夠識別的數(shù)據(jù),。

5.信號處理單元將信息發(fā)送給顯示器，從而在顯示器上呈現(xiàn)出各種色彩,，色彩強度由紅外線的發(fā)射強度決定,。將從探測器元傳來的脈沖組合起來，就生成了圖像,。

成像設(shè)備

多數(shù)熱成像設(shè)備的掃描速率為30次/秒,。它們能檢測的溫度范圍為-20℃至2000℃，能檢測出的溫差約為0.2℃,。

熱成像設(shè)備一般有兩大類：

非冷卻型——這種熱成像設(shè)備最為常見,。其紅外探測器元封裝在一個單元內(nèi)，可在室溫下工作,。這種系統(tǒng)可以迅速激活,，工作時完全靜音，并且具有內(nèi)置的電池,。

低溫冷卻型——這種系統(tǒng)價格更高,，而且操作不當(dāng)很容易損毀。這種熱成像設(shè)備將探測器元封裝在一個外包裝內(nèi),，并將其冷卻至0℃以下,。由于冷卻了探測器元，因此這種系統(tǒng)的具有極高的分辨率和敏感度。低溫冷卻型系統(tǒng)可以“看到”300米以外0.1℃的溫差,，這樣該系統(tǒng)足以判斷出一個人手里是不是拿著一把槍,！

技術(shù)

提到夜視儀，多數(shù)人想到的是圖像增強技術(shù),。事實上,，圖像增強系統(tǒng)一般稱為夜視設(shè)備（NVD）。NVD內(nèi)有一種圖像增強管,，可以用來采集,、放大紅外線及可見光。以下是圖像增強系統(tǒng)的工作原理：

一種稱為物鏡的傳統(tǒng)透鏡能捕捉環(huán)境光線和某些近紅外線,。

收集到的光線會傳送給圖像增強管。在多數(shù)NVD中,，圖像增強管的供電系統(tǒng)會從兩節(jié)N-Cell或“AA”電池中獲取電力,。管道會向圖像管組件輸出約為5000伏的高壓。

圖像增強管中有一個光電陰極,，能將光子轉(zhuǎn)化為電子,。

當(dāng)電子通過管道時，管中的原子會釋放相似的電子,，其數(shù)目為原有電子數(shù)乘以一個因數(shù)（約為幾千倍）,，利用管道內(nèi)的微通道板（MCP）就能完成這項工作。微通道板是一個微型玻璃盤,，內(nèi)部含有數(shù)百萬個微型孔隙（微通道）,，采用光纖技術(shù)制成。微通道板處于真空中,，在盤片的兩面都安裝了金屬電極,。每條微通道的長度是其寬度的45倍左右，工作原理類似于電子放大器,。

當(dāng)來自光電陰極的電子觸擊微通道板上第一個電極時,，在兩電極間5000伏高壓作用下電子會加速通過玻璃微通道。電子通過微通道時,，會導(dǎo)致通道中數(shù)千個電子被釋放出來,，這一過程稱為級聯(lián)二次發(fā)射。簡言之,，原始電子會撞擊微通道的側(cè)邊,，而后受激發(fā)的原子會釋出更多的電子。這些新電子也會撞擊其他原子,，從而造成一種鏈?zhǔn)椒磻?yīng),，其結(jié)果是，進入微通道的電子屈指可數(shù)，而離開微通道的電子卻數(shù)以千計,。一個有趣的現(xiàn)象是：MCP上的微通道有一個微小的傾斜角（約5-8°）,，這既是為了能引發(fā)電子碰撞，也是為了降低來自輸出端磷光質(zhì)層的離子反饋和直接光反饋,。

夜視成像圖以其詭異的綠色光澤而著稱,。

在圖像增強管的末端，電子會撞擊一個具有磷光質(zhì)涂層的屏幕,。這些電子會保持它們通過微通道時的相對位置,，這會確保圖像的完好，因為電子排列的方式同起初光子排列的方式相同,。這些電子帶有的能量會使磷光質(zhì)達到激發(fā)狀態(tài)并釋出光子,。這些磷光質(zhì)會在屏幕上生成綠色圖像，這也成了夜視儀的一大特色,。通過另一副稱為目鏡的透鏡,，就可以觀測到綠色磷光圖像，還可以使用目鏡放大圖像或調(diào)節(jié)焦距,。NVD可以與電子顯示設(shè)備相連,，例如顯示器，也可以直接透過目鏡觀測圖像,。

歷代產(chǎn)品

NVD已有40多年的歷史,。這些產(chǎn)品可分為幾代。NVD技術(shù)發(fā)展道路上的每一次重大突破都會催生新一代產(chǎn)品,。

最早一代——最早的夜視系統(tǒng)由美國軍方研制,，它們被應(yīng)用在第二次世界大戰(zhàn)和朝鮮戰(zhàn)爭的戰(zhàn)場上，這些NVD系統(tǒng)采用主動紅外線技術(shù),。這意味著NVD上須附有一個稱為紅外輻射源的發(fā)射單元,。該單元能發(fā)射出一束近紅外線，類似于普通閃光燈發(fā)出的光束,。這種光束不能為肉眼所見,，它們會從物體上反射出來，然后返回NVD的透鏡,。這種系統(tǒng)使陽極與陰極相連,，以便對電子進行加速。這種方法的問題是,，電子加速會使圖像扭曲,，而且還會大大縮減管道的壽命。這項技術(shù)最早用于軍事中時,，還存在一個重要問題：敵方在短時間內(nèi)就能仿制出這種系統(tǒng),，這使得敵軍士兵也可以用它們的NVD系統(tǒng)觀測到設(shè)備發(fā)射出的紅外光束,。

第一代——這一代NVD放棄了主動紅外技術(shù)，轉(zhuǎn)而采用了被動紅外線技術(shù),。這種NVD能夠利用月亮和星星發(fā)出的環(huán)境光線放大周圍的反射紅外線,，因而曾被美軍稱為星光。這意味著它們不需要紅外線發(fā)射源,。這也意味著在多云或沒有月亮的夜晚時,，它們的工作效果不是很好。第一代NVD采用與第0代相同的圖像增強管技術(shù),，同樣靠陰極和陽極進行電子加速,，所以仍然存在圖像扭曲和管道壽命較短的問題。

第二代——圖像增強管技術(shù)的重大進步催生了第二代NVD,。它們的分辨率比第一代設(shè)備更高,，性能更為出色，可靠性也更好,。第二代技術(shù)最大的收獲是,，它們具備了在極弱的光線條件下（例如在一個沒有月亮的夜晚）生成圖像的能力。敏感度得以增加,，是因為圖像增強管附加了微通道板。由于MCP能夠增加電子數(shù)目而非僅對原有電子加速,，所以圖像扭曲的程度顯著下降,，而亮度也高于前幾代NVD。

第三代——目前美軍采用第三代技術(shù),。盡管其原理與第二代相比并無本質(zhì)區(qū)別,，但這一代NVD的分辨率和敏感度要更好。這是因為其光電陰極由砷化鎵制成,，這種物質(zhì)有助于提高光子轉(zhuǎn)化為電子的效率,。另外，MCP上還覆有一個離子壁壘層,，能夠有效地增加管道壽命,。

電影當(dāng)中的夜視儀

電影當(dāng)中的夜視儀

第四代——通常我們提到的第四代技術(shù)亦稱“無膠片門限”技術(shù)，總體上講,，這一代系統(tǒng)的性能在強光和弱光兩種環(huán)境中都有較大幅度的改善,。

MCP去除了第三代技術(shù)加入的離子壁壘，因而背景噪聲有所降低,，同時信噪比得以提升,。去除離子膠片在實際中能夠讓更多的電子被放大，這樣一來圖像的扭曲度顯著降低,，而亮度則有明顯提高,。

自動門限供電系統(tǒng)的引入,，使得光電陰極的電壓能夠迅速地接通和切斷，從而讓NVD能夠?qū)Πl(fā)光條件的波動做出即時反應(yīng),。這項技術(shù)的進步對于NVD系統(tǒng)來說具有關(guān)鍵意義,，具備了這種能力，用戶可以迅速從強光環(huán)境轉(zhuǎn)移到弱光環(huán)境（或從弱光環(huán)境到強光環(huán)境）,，而圖像不會產(chǎn)生任何顛簸,。舉例來說，請想象一個隨處可見的電影場景：一名特工在使用夜視儀目鏡時,，如果有人打開了附近的電燈,，他就會“失明”。有了最新的門限電源技術(shù),，光線條件的變化不會產(chǎn)生這樣的惡果,，改進的NVD系統(tǒng)能夠立即對光環(huán)境的變化做出反應(yīng)。

很多所謂的“便宜”夜視鏡采用第0代或第一代技術(shù),，如果對于專業(yè)設(shè)備的敏感度抱有較高期待,，您可能會大失所望。第二代,、第三代以及第四代NVD一般價格較高,，但如果保養(yǎng)得當(dāng)，可以使用較長時間,。還有一點,，在極其昏暗乃至幾乎不能采集到環(huán)境光線的地方，使用紅外輻射源對于任何一款NVD系統(tǒng)都是有益的,。

一根圖像增強管都要進行嚴(yán)格的測試,，以判斷它能否達到軍方設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)。達標(biāo)的管子被歸為軍用規(guī)格（MILSPEC）,。哪怕只有一項指標(biāo)不符合軍用標(biāo)準(zhǔn),，管子就會被歸為普通規(guī)格（COMSPEC）。

類型

夜視設(shè)備可以粗分為三大類：

觀測鏡——觀測鏡一般為手持型,，也可以安裝在武器上,，它們采用單筒（一只眼睛）鏡身。由于觀測鏡屬于手持設(shè)備,，不像目鏡那樣佩戴在身上，所以當(dāng)您想要對某一特定目標(biāo)進行較為細致的觀察,，然后回歸正常觀測條件下時,，這種觀測鏡比較適用。

目鏡——盡管目鏡也可以手持,，但它們通常還是佩戴在額頭上,。目鏡采用雙筒（兩只眼睛）鏡身,，根據(jù)樣式不同可采用單透鏡或復(fù)合透鏡。目鏡是進行長時間觀測（例如在光線很差的建筑物周圍巡邏時）的最佳選擇,。

攝像頭——采用夜視技術(shù)的攝像頭可將圖像傳送給顯示器,，以供即時播放，也可以用錄像機將傳來的圖像記錄下來,。當(dāng)我們需要在一個恒定地點進行高品質(zhì)的夜視觀測時,，例如在某固定建筑物上,，或是將夜視儀裝配為直升機的機載設(shè)備時,，攝像頭就能派上用場,。很多新型的攝像機已具備內(nèi)置的夜視功能,。

應(yīng)用

一般來說夜視儀的用途包括：軍用,、執(zhí)法、狩獵,、野外觀察,、監(jiān)視、安全,、導(dǎo)航、隱蔽目標(biāo)觀測,、娛樂等,。

夜視儀最早被用來在夜間對敵方目標(biāo)進行定位,。目前軍隊系統(tǒng)仍然大范圍地使用夜視儀，除了上述用途以外,，還包括導(dǎo)航,、監(jiān)視、瞄準(zhǔn)等用途,。警方和安全部門經(jīng)常使用熱成像和圖像增強這兩種技術(shù),，特別是用它們進行監(jiān)視。獵手和熱愛大自然的旅人們依靠NVD,，就能在夜間駕輕就熟地穿過森林,。

偵探和私家偵探會利用夜視儀探查人們是否有不軌行為。不少商業(yè)機構(gòu)也會利用安裝在固定位置的夜視攝像頭監(jiān)測周圍環(huán)境,。

熱成像技術(shù)真正令人驚奇的是,，它能夠揭示出一個地區(qū)有沒有人類活動過的痕跡——即便四周沒有任何肉眼可見的明顯標(biāo)記,，它還是能告訴我們，一塊土地曾被挖開并填埋過一些東西,。執(zhí)法部門也能借此發(fā)現(xiàn)一些罪犯企圖隱瞞的事證,，包括贓款,、毒品以及尸體等,。此外，利用熱成像技術(shù)能發(fā)現(xiàn)某些區(qū)域（如墻壁）最近發(fā)生的變化,，這能為一些案件提供重要線索,。

很多人已經(jīng)開始探索夜幕下的神奇世界。如果您準(zhǔn)備痛痛快快地搞一次野營或狩獵活動,，或許夜視設(shè)備能對您的旅程有所幫助——不過請務(wù)必挑選適合您的類型,。

現(xiàn)狀分析

與國外相比，我國對夜視儀的研究起步較晚,。從20世紀(jì)60年代開始,，在中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所、昆明物理研究所和一些高校的共同努力下,，我國軍用領(lǐng)域的夜視技術(shù)研究工作有了較快的發(fā)展,，但在向民用領(lǐng)域擴展方面卻一直沒有做好。

因此,，隨著我國夜視儀生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量的不斷增加,，未來夜視儀產(chǎn)品研發(fā)將重點關(guān)注民用市場，如汽車用夜視儀,、攝像用夜視儀等產(chǎn)品將成為未來市場發(fā)展重點,。

隨著我國經(jīng)濟的繼續(xù)高速增長,，我國夜視儀市場需求將會大幅增長,，我們預(yù)計未來幾年夜視儀市場將維持15%左右的增長,，國內(nèi)品牌將進一步在產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)方面取得突破,，占領(lǐng)更大的市場份額,。我國夜視儀企業(yè)在投資時應(yīng)把握好夜視儀行業(yè)的發(fā)展趨勢，以下是我們的一些建議：

一,、企業(yè)必須進一步加強技術(shù)投資,，提高生產(chǎn)工藝水平、壓縮成本,、改善產(chǎn)品質(zhì)量,，我們建議我國企業(yè)引進國外企業(yè)的先進技術(shù)，在引進的基礎(chǔ)上消化吸收,，再進行自主研發(fā),。

二、努力提高產(chǎn)品的質(zhì)量,，在提高設(shè)備穩(wěn)定性,、性能參數(shù)和壽命，降低故障率上下功夫,。

三,、由于不同產(chǎn)品的需求具有多樣性，就需要一系列不同要求的夜視儀技術(shù)來應(yīng)對不同需求的產(chǎn)品,，需要企業(yè)在產(chǎn)品創(chuàng)新上下功夫,。

四、關(guān)注產(chǎn)品的發(fā)展趨勢,，如激光夜視儀的發(fā)展趨勢,，投資和開發(fā)出適應(yīng)行業(yè)發(fā)展趨勢和市場需求的產(chǎn)品。