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夜视仪—为黑夜而生的鹰眼

文章出处:行业新闻 网站编辑: 高迪数码 阅读量: 发表时间:2020-09-11 12:39:05

(1)工作方式

夜视仪按照所处理的光线的类别,可分为微波夜视仪和红外夜视仪,前者处理自然光,后者处理红外线。

夜视仪定制

微光夜视仪能够在夜暗的条件下,将目标反射的少量自然光(月光、星光、大气辉光)进行增强放大,从而实现人类对夜间微光状态下物体及环境的观察和探测。因微光夜视仪是利用夜天光进行工作,属被动方式工作,因此能较好的隐藏自己,非常合适于特殊工作的部门,如军事、刑侦、辑毒、辑私、夜晚监控、保卫等。

红外夜视仪又分为“主动红外夜视仪”和“被动红外夜视仪”。

“主动红外夜视仪”通过接收目标反射的红外线形成图像,这也就要求主动红外夜视要有发射红外线的功能,虽然发射的红外光束是人类肉眼不可见的,但是在发射段还是会有一个红点,容易暴漏使用者的位置,因此主动式红外夜视仪更多用于民用。

“被动红外夜视仪”依靠目标自身的红外辐射形成 “热图像”,故又称为”热像仪”。红外线按照波长范围可以分为近红外线(近IR,波长范围是0.7-1.3微米,与可见光相邻),中红外线(中IR,波长范围是1.3-3微米),热红外线(热IR,波长范围是3-30微米)。近红外线和中红外线主要从是从物体上反射出来,主要应用各种电子设备,例如遥控器、主动式红外夜视仪当中。而热红外线是由物体发射出来的,“被动红外夜视仪”观测的是热红外线,无需附加电源,因此其隐蔽性更好,不易被敌人和猎物发现,更加适合军警使用。

(2)工作原理

微波夜视仪和主动式的红外夜视仪均利用图像增强技术对目标图像进行放大,也称增像管夜视仪。目前市场上我们看到的微波夜视仪也都兼具了主动式红外夜视的功能,也有些厂家称之为微波红外夜视仪。

微光夜视仪包括四个主要部件:强光力物镜、 图像增强器、 目镜、 电源。从光学原理而言 , 微光夜视仪是带有图像增强器的特殊望远镜。增像管夜视仪利用图像增强器采集和放大红外及可见光,通过将光转换成电再转换成光的过程实现图像的放大。微弱自然光和红外线经由目标表面反射 ,通过物镜进入夜视仪 ; 在物镜的强光力物镜作用下光聚焦于图像增强器,激发出光电子 ; 光电子在图像增强器内部电子光学系统的作用下被加速、 聚焦、 成像 , 并以极高速度轰击连接的荧光屏 ,最终激发出足够强的可见光 ,把一个微弱自然光照条件下的远方目标变成适于人眼观察的可见光图像呈现在目镜中。

微光夜视仪按图像增强器技术可分为一代、二代、三代。

第一代微光夜视仪使用阴极真空管做为光电耦合倍增元件,采用级联式图像增强器,图像的增强倍率大约在120-900倍左右。大多数第一代产品只能清晰观测中心区域,而边界处图像分辨率较低,图像有畸变。同时,第一代夜视仪器在观察视野范围内突然出现明亮光源时,设备可能被烧毁,所以严禁在强光环境下使用第一代产品。一代加是从第一代的基础上改进而来,通过添加光学透镜组件来校正光电耦合元件形成的图像畸变和提高分辨率,从而减小图像失真,增强倍率大约在1000倍左右。第一代及一代增强型夜视仪所采用的加快电子的技术,明显地导致了图像质量的降低和显像管的寿命变短。

第二代微光夜视仪采用了带微通道板的图像增强器,光子进入夜视仪后打在金属板上,把光子转换为电子。这些电子又通过一个安放在光屏前的称为微通道板的薄盘片上,盘片上有数百万个微通道,电子进入微通道后通过高压实现电子倍增。因此,微光夜视仪图像扭曲程度明显下降 , 空间分辨力高 , 图像可视性好,同时,还具有自动防强光性能和观察距离远等特点,使用寿命也延长了。

第三代微光夜视仪的突出标志是采用了带有很敏感的砷化镓光电阴极涂层的图像增强器。其形成的图像更清晰,寿命更长,但它工艺复杂 , 造价昂贵 , 即使在发达国家 ,也只有少数几个型号研制成功 。在第二代向第三代过度时发展了一种超二代的光电管称二代加,其技术性能仅次于三代产品。

现在在中国市面上见到的夜视仪最高是第二代加产品,第三代产品一般是美国的军用产品,其在国际市场上的销售需要从美国国务院得到出口许可证,价格也都达到了十多万人民币以上。

夜视仪定制

(3)性能参数指标

夜视仪最为重要的参数指标就是观测距离,微光夜视仪的观测距离主要受到其图像增强器代数的影响。具体分为微光观测距离和全黑观测距离,衡量微光夜视仪好坏主要看微光情况下的观测距离。

微光观测距离一般以天气晴朗、1/4月圆为基准,一般一代或一代加夜视仪,微光观测距离为50到100米;二代及三代夜视仪,微光观测距离约在100都400米。如果环境恶劣,或者光线更微弱,其微光观测距离也会更近。市面上目前几万元的微光夜视仪也无法在微光下观测距离达到400米以上。一般1000到3000元左右的夜视仪,其微光观测距离在50米左右。

全黑观测距离除受到夜视仪图像增强器的质量影响外,红外发射灯距离也是主要因素。目前夜视仪配备的红外发射灯距离一般50米左右。也就是时说,无论多贵的夜视仪,在全黑的情况下,最多能观测到50米远。

2 热成像夜视仪

(1)工作原理

所有温度在热力学绝对零度以上的物体都自身发射电磁辐射,而一般自然界物体的温度所对应的辐射峰值都在红外波段。红外热像仪利用红外探测器和光学成像物镜将被测目标的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元件上,从而获得红外热像图,这种热像图与物体表面的热分布场相对应。通俗地讲,红外热像仪就是将物体发出的不可见红外能量转变为可见的热图像,热图像上面的不同颜色代表被测物体的不同温度。同时,通过检测物体对红外辐射的发射与吸收,可用于分析物质的状态、结构、状态等。热成像夜视仪,在全黑和白天观察目标是完全一样的,不受光线的影响。

(2)性能参数指标

探测器的分辨率:热成像夜视仪最为重要的指标之一就是探测器分辨率,一般有160*120,336*256,384x288,640*480几种。

内置屏幕的分辨率:微光夜视仪是通过镜头直接观测目标,所以视野和望远镜一样是圆形的。 热成像夜视仪通过观察其内部的液晶屏来观测目标,我们眼睛看到的是内部液晶屏上的图像,而不是直接看到目标,所以热成像夜视仪的成像清晰与否取决于内置液晶屏。一般内置屏幕都是彩色LCOS屏或LED屏幕,OLED 800x600超清晰液晶屏则是顶级的内置液晶屏。

单双筒:双筒在使用舒适度和观测效果上都明显远优于单筒,当然双筒热成像夜视仪的价格也会远高于单筒的热成像夜视仪。

放大倍率:夜视仪可以缩短距离,拉近、放大被观察的目标,一般热像仪的倍率是在2倍、4倍。

物镜口径:一般市面上的夜视仪物镜口径在14~75mm之间,大镜头的观看效果和视野范围会比小镜头好很多,夜视仪的价格也因物镜口径不同有较大差异。

帧频:帧频是指内置屏幕每秒钟放映或显示的帧或图像的数量。帧频越大动画的速度就越快,过低的帧频会导致播放时断时续。

3 微光夜视仪与红外热成像夜视仪的主要区别

(1) 在全黑、恶劣环境、光线强度变化大的情况下,红外热成像夜视仪优势明显

红外热成像夜视仪不受可见光线的影响,所以红外热成像夜视仪在全黑和普通光线下的观测距离是完全一样远的,而且不受雾天,雨天等恶劣环境的影响。而微光夜视仪,在全黑的情况下必须借助辅助红外光源,而辅助红外光源的距离一般只能达到50米。传统夜视仪的观测距离会大打折扣。但是红外热成像夜视仪受到的影响会很小。同时,微光夜视仪不宜在白天使用,强烈的光线会损害器部件。也正是因为这个原因,顶级的车载夜视仪,如奔驰宝马车所用的夜视仪的都是采用热成像仪。

(2) 在目标细节的识别能力上,微光夜视仪会比红外热成像夜视仪有优势

红外热成像夜视仪通过目标的形状和颜色来识别目标的类别,分辨目标是人,是动物等。微光夜视仪是通过图像增强的原理来观察目标,在清晰度够的情况下,能够看清人物的五官。 2015年底一段美军轰炸IS军队的视频在网络上广泛流传,而更让人关注的是美军在这场战斗中使用的红外热成像技术。在夜视镜头下可以观测到IS武装周围的的环境、甚至军事目标的行动轨迹。有报道形容:”IS的皮卡如白耗子似的在地面上四处乱窜,地面IS武装人员也如同白色小蚂蚁一样惊慌失措,狼奔豕突。亮白色的IS武装人员和车辆,与黑色背景形成了鲜明的反差。”