在正常情况下,人眼只对波长为0.4～0.7微米的可见光敏感,对其他光线则是视而不见。如人眼在月光下只能发现240米处走动的人员;在星光下只能发现70米处的人员;在无月的阴天,观察距离更近,一般只有十几米甚至几米。然而大气层中存在丰富的红外线,这些红外线的强度在夜天光中比可见光的光谱高,它们来源于地球上一切温度高于绝对零度(-273℃)物体的热辐射,这些热辐射红外线含有物体表面和其内部的温差信息。如果人眼对这些热辐射感光,则即使是在漆黑的夜晚也能识别出目标物体。于是人们根据此原理研究出了各种夜视设备———能够将红外线转变为人眼敏感的可见光的专用设备,利用这些夜视设备即使是在伸手不见五指的漆黑夜晚也能“看”清周围的物体。图1为在可见光下的成像(上)与热成像(下)的对比图。热成像图像经图像处理后,就可基本上恢复物体的原貌。
常用夜视设备有微光夜视仪、微光电视、热成像仪、激光成像雷达和微波成像雷达,这些夜视设备主要是经过以下几个过程实现光电转换的。
集光 采用高透光率、大入瞳、大相对孔径的光学系统,延长曝光时间(对于运动目标的曝光时间不允许太长),最大限度地接收目标反射与辐射的光能量,为随后的光电转换单元提供尽可能强的原始信号。
扩角 用物镜、目镜和显示屏将目标图像放大,使人仿佛感到与景物的距离缩短了,从而更容易看清细节。
转换 利用能产生光电效应的特殊材料进行光电转换,将红外、紫外等非可见弱光信号转换成电信号,经放大后送至荧光屏转换成可见光,供人眼观察。
增幅 利用像增强器将微弱的光学图像的亮度增强5万～10万倍,使输出的光学图像的亮度达到人眼能观察的水平,即达到1坎德拉/平方米以上。热成像仪则用电子放大器使信号增幅。
图像处理 利用电子滤波器或计算机处理图像信息,使目标的轮廓更突出、醒目;然后用模式识别技术识别感兴趣的目标物体;将图像存储起来,便于弥补肉眼直接观察时所受的时间限制。图像存储有两种方式,模拟方式(如照相胶片)和数字方式(如摄像磁带、磁盘和光盘等)。
辅助照明 在不造成自我暴露的前提下,用辅助光源照射目标,提高目标的照度,能有效地增大夜视仪的视距。
多光谱探测 收集同一目标在不同波段的辐射,多个光谱通道的信息相互映证,获取和辨识目标的隐性特征。
随着微光夜视仪和红外热成像仪的发展,人眼在夜间的侦察能力与识别能力大大提高。目前,夜视技术发展的主要任务是运用多光谱目标探测与识别技术等多种手段,探测难于发现(或不便探测、识别)的目标。 |
第四版 夜视技术的分类 |
夜视技术通常分为红外夜视技术和微光夜视技术两大类。前者包括红外像转换技术、红外热成像技术、红外照相技术、红外固态成像技术等。后者包括微光像增强技术、微光电视技术、微光照相技术、微光固态成像技术等。
红外像转换技术 将人眼不可见的0.76～1.15微米的近红外辐射图像，通过红外变像管转变为人眼可见的图像。工作时以红外变像管作为探测器和显示器，外加一个红外探照灯作为光源。从目标反射回来的红外辐射，聚焦成像在变像管一端的银氧铯光电阴极上，激发出光电子。这些光电子被管内的电子透镜（电压为20千伏左右）加速并聚焦到荧光屏上，轰击荧光屏发光，显现出可见光图像（图1）。
利用这种技术的夜视器材，称为主动红外夜视仪。它具有场景反差大、闪烁小、成像比较清晰等优点，特别适用于陆地观察。而且红外变像管的工艺比较成熟，造价低廉，受外界自然环境照明情况影响也较小。但红外光源及其供电装置比较笨重，耗电多，观察范围、视距也受到探照灯功率和尺寸的限制。且隐蔽性较差。如苏联的AПН-3型火炮瞄准具：视场2 ω =6°,倍率7.5x,作用距离800～1000米，重量14千克。
红外热成像技术 基于记录目标与背景温度的差别来显示图像。工作时以一种内光电效应的红外探测器作为接收元件，光学系统将目标各处根据自身温度辐射的中长波红外辐射，通过光机扫描或其他扫描技术转变成电信号,经处理后，由显示器转变成可见图像（图2）。利用这种技术的夜视器材，称为热像仪。
热像仪能发现和识别经过一般伪装的目标，隐蔽地实施昼夜观察，具有较高的抗干扰能力。但作用距离受气象条件影响较大,造价太高,在推广使用和广泛装备上受到限制。热像仪的性能现已达到等效噪声温差为0.1K，空间分辨率0.1～0.4毫弧度。红外前视系统所得到的图像在帧频、分辨率和信噪比方面都已达到广播电视水平，作用距离一般可在1公里以内识别人，2公里以内识别车辆，15～20公里以内跟踪飞机。
应用热释电摄像管的热成像系统，频谱响应宽，长波峰值可延伸到14微米，无需制冷，并具有与普通电视兼容、操作简便等优点。在无调制情况下，能区别固定景物和运动目标，发现热辐射变化的物体。在加调制后，能观察固定目标。其缺点是空间分辨率尚差。
微光像增强技术（微光夜视） 直接利用夜间微弱的夜天光（月光、星光和大气辉光）照明，由像增强器将来自目标的反射辐射，转变为增强的光学图像。利用这种技术的夜视器材，称为微光夜视仪。由于无需附加光源,隐蔽性较好。但受自然环境照明情况影响较大,且易受伪装的欺骗和干扰。
这类器材已经发展了三种类型：
①用级联或串联像增强器的微光夜视仪。这种像增强器采用了对夜天光更为灵敏的多碱光电阴极。它的结构和工作原理与红外变像管相似。为了提高亮度增益，多采用光学纤维面极（或薄云母片）将三个单级像增强器耦合起来，成为三级级联(或串联)静电聚焦像增强器。如法国的OB25型微光瞄准具，视场2 ω =11°,倍率4 × ，分辨率1.5毫弧度，在星光下对人的作用距离为400米、对车辆为500米、对坦克为700米,重量2.9千克。
②用微通道板像增强器的微光夜视仪(图3)。微通道板实质上是一个薄的二次电子倍增器。这种像增强器又可分为薄片管和倒像管两种。前者将微通道板放在光电阴极与荧光屏之间，形成双近贴像增强器；后者则相当于在单极像增强器的荧光屏前面，加了一块微通道板。由于微通道板的增益较高，只要用一个单管就够了，因而缩小了体积、减轻了重量。如法国的OB44型微光望远镜,视场2 ω =11°,倍率3 × ,分辨率在10 -3 勒克斯时大于或等于0.6毫弧度,在星光下对人的识别距离为450米、对车辆为650米、对坦克为900米，重量仅1.9千克。
③使用 Ⅲ-Ⅴ族化合物（如砷化镓）光电阴极像增强器的微光夜视仪。由于它的量子效率高，对夜天光光谱响应较好，因而能提高作用距离，分辨率也较高。但由于只能做成平面阴极，尺寸也不易做大，因而在应用上受到一定限制。
微光电视技术 在微弱的光照条件下(10 -1 勒克斯以下)利用电视手段进行观察。 其基本原理与工业电视相同，但灵敏度要求更高。它可在显像之前对信息加以适当处理，使图像质量得到改善。并可在一帧时间内积累信息以提高信噪比，还可供多人、多地点同时观察。缺点是耗电多,体积大，操作维护比较复杂,造价较高。微光电视主要由微光摄像机、监视器和控制器等部分组成。微光摄像机常采用电子轰击硅靶摄像管。为了能在星光条件(10 -3 勒克斯以下)下进行工作,一般还需要再耦合上一级像增强器。此外，还有带微通道板像增强器的视像管摄像系统，带三级像增强器的视像管摄像系统等。随着电荷耦合器件和电子轰击半导体电荷耦合器件的出现和不断发展，为微光摄像机性能的不断提高开辟了新的途径。 |
第五版 夜视技术的应用及其对作战的影响 |
夜视技术在军事、工业、农业、科学研究、医药卫生等领域有着广泛的应用，特别是在军事方面的需求是夜视技术发展的原动力，现代战争要求全天候作战，以增加战争的突发性和作战的时空范围。需要依靠夜视技术，在夜间或微弱照度条件下对整个战场进行全天候观察和监视。
此外，公安、武警、海关等部门在夜间巡逻、侦破、取证、执法、保安缉私、辑毒、扫黄行动中，在银行、金库、文物、重要物资和仓库的夜间监控、保卫工作中、在与犯罪分子作斗争、反间谍保卫国家安全工作中，夜视技术都是最重要的手段之一，在工业领域中，凡需要在黑暗的地方工作时，如感光化学工业、海底资源勘察、海上石油钻井平台的水下部分监视，远洋捕鱼等夜视技术都是最重要的工具。在医药卫生领域，如X光图像的摄取、增强、处理，癌症的普查如早期诊断，在科学研究方面，如卫星的遥感、遥测，天文星系、弱星的夜间观测、记录，植物夜间的生长规律研究，以及夜行动物的生活习性研究，夜视技术更是必不可缺的。 夜视技术对作战的影响
夜视技术的进步，不仅使人的视力延伸到过去被夜幕笼罩的空间，而且使夜战部队的信息获取能力、机动能力、协同能力和打击力倍增，使夜战战术理论和作战方法发生了很大的变化。
夜视技术可以极大提高战斗力在未来战争中，信息力是影响指挥能力和打击能力的重要因素之一。作为一种获取信息的手段，夜视技术不仅使战争舞台在时域上得到延拓，使人员和车辆活动自由度得到扩展，机动和协同能力得到增强，而且使武器系统的瞄准精度得到提高，使后勤支援能力得到增强。
使夜战的重要地位上升夜战和昼战成为全时辰作战的两个相互衔接的阶段。今后，在某些局部战争中，夜间作战甚至会多于昼间作战。以往的夜战，主要是在战术范围内的袭击性交战，而夜视技术则使夜战出现海、天、空、地一体，大纵深、全天时交战的景况。夜战规模扩大到战役乃至战略范围的大兵团作战。夺取夜战胜利成为赢得局部战争全局胜利的重要因素之一。
促使传统战法推陈出新一切战术都离不开技术水平的制约。国外有些军队曾经怯于夜战，并在夜战史上留下了多次败绩，但夜视技术的发展导致对某些传统战术概念的否定和更新。在近期几场局部战争中，工业发达国家展示了一整套新的夜战战法，促使世界各国更加重视夜战理论的发展。寻求对策，击敌之短，加强训练，扬己之长，转变观念，创新战法，是我们打赢现代夜战的当务之急。 |
|
第六版 夜视技术发展趋势 |
目前世界军事强国正致力于采用新技术提高夜视器材性能，进一步解决看得清和看得远的问题 采用“图像融合“技术将“微光夜视“图像和“热成像“图像（以及其他传感、测量结果）合成为一幅图像，这种技术有助于综合发挥微光成像和红外热成像两种技术的各自优势，使图像更逼真，更清晰。扩展成像红外波段在近红外波段以及中红外、远红外波段同时成像，更有利于识别伪装。在宽波段上，伪装网之类的器材很难在近红外和远红外波段同时模仿实物的光谱特征。
发展红外热成像自动识别技术利用前视红外与毫米波、激光雷达、可见光电视组成多功能传感器，采用计算机信息处理技术，帮助作战人员对目标实现高速和自动的探测、识别、测距、跟踪，为灵巧弹药选择瞄准点。 |
|
|
|
