汪月伦2013032088光电成像应用

光电成像在军用夜视上的应用汪月伦2013032088成都信息工程大学摘要：文章对红外成像技术在军事上的应用进行了研究。对目前国内外在军事领域上对红外成像技术的应用进行了概述，并对以后的发展趋势经行了研究和预测。而微光夜视技术作为主要为夜战服务的军用光电子高新技术,其在现代高新技术局部战争和夜战中的作用和地位变得更加突出和重要。、在对国外超二代、三代和四代微光像增强器技术发展思路、管型特点和关键技术进行深入分析的基础上,介绍了国内外微光夜视技术的发展现状和最新进展。结合我国目前的设备条件、元器件性能和技术水平的现状,对我国微光夜视技术的发展方向和重要的关键技术进行了阐述。关键词：红外；微光；夜视仪；前言：文章通过调研的方式对光电成像在军事领域的运用进行概括，分别介绍军用夜视仪应该具有的特点和它的发展史，及不同军用夜视仪成像原理，军用夜视仪的代数，其分类。一、军用夜视仪的主要应具备以下特点：a)军用夜视仪应该有高隐蔽性军用夜视仪要求必须有高隐蔽性，这就要求军用夜视仪绝对不能被对方发现。由于红外辅助光源，虽然发出的红外光肉眼不可见，但是红外发射器发射红外光，从远处看是能看到红外发射器上发光点。所以军用夜视仪要求在使用的时候绝对不能使用红外发射器作为辅助光源。所以部分军用夜视仪都不配备红外发射器，大多配备红外发射器的军用夜视仪，配备的红外发射器都非常小，最远距离在10-20米。b)军用夜视仪具有高清晰度，远距离军用夜视仪发展到现在，对其清晰度要求越来越高，所以军用夜视仪都选用的是二代及以上增像管。目前一代夜视仪，已经不被军方采购，一代夜视仪由于大多数情况下都需要使用红外发射器，所以不能被军方选中。西方及美国这几年采购的军用夜视仪，已经开始大批采购3代和4代的夜视仪，由于成本原因，虽然2代夜视仪被军方采购的数量依然最大，但是3,4代的成长速度非常快。c)军用夜视仪具有高耐用性军用夜视仪有一个非常明显的特点是，是要求高耐用性，必须适合各种恶劣环境下使用，所以军用夜视仪大多采用强度比较高军用塑料包裹。相对于专门的民用产品，会感觉军用夜视仪的外观粗糙，但是在这种外观下，更代表了其非常卓越的抗恶劣环境。比如高温。传统民用夜视仪，在沙漠等高温极端环境下，无论外观塑料等都有可能出现问题。d)军用夜视仪具有长时观测性军用夜视仪还有一个非常显著的特点，就是长时间使用，眼睛不会有不适的感觉。目前美国军方对夜视仪这方面的性能要求越来越严格。其要求士兵可以长达24小时佩戴，这就对夜视仪的成像的柔和度和清晰度有非常高的要求。进入二十一世纪，美国军方和ORPHA以及RNO配合，研制出了新一代的长时观测性产品，其中最为知名的产品是ORPHA的G350+和RNO的RN400.这两款机型显著的特点就是成像高清晰，且柔和度非常高。二、军用夜视仪的成象原理如果人眼能感受到红外线，那么人眼也能直接看到黑夜中的物体。夜视仪以像增强器为核心器件的夜间外瞄准具，其工作时不用红外探照灯照明目标，而利用微弱光照下目标所反射光线通过像增强器在荧光屏上增强为人眼可感受的可见图像来观察和瞄准目标军用夜视仪是利用光电转换技术的军用夜视仪器。它分为主动式和被动式两种。对于主动红外，就相当于你晚上拿着手电筒看东西一样，它是利用红外灯照明，然后目标反射回来的红外线会被探测器感应到，然后探测器进行光电转换。对于被动红外，是利用高于绝对零度的物体都会向外辐射能量的原理。目标辐射出能量，通过红外物镜，聚集到探测器上，然后探测器进行光电转换。这种探测器探测的是温度的分布图。对于微光夜视仪，首先它必须是微光环境下才能用，就是说至少得有光线，对于“伸手不见五指”还是看不见的。原理：目标反射的自然光，通过物镜聚集到探测器上，探测器会将光子转换为电子，并进行放大，就是类似一个电子变成100个电子，然后电子打在磷屏上使磷屏发出人眼可以观察到的光线。三、军用夜视仪的分类军用夜视仪可以分为单筒夜视仪，双目夜视仪，双筒夜视仪，单筒头盔夜视仪，双目头盔夜视仪五种。其中头盔夜视仪主要作为行军及短距离观察使用，而前三者主要为观测目标使用。需要说明一下，双目夜视仪和双筒夜视仪的区别。双目夜视仪是两个目镜，一个物镜。而双筒夜视仪是两个目镜，两个物镜。在使用的感觉上，二者没有太大区别。由于双筒夜视仪价格会比双目夜视仪高上万元，在资金不够的情况下，双目夜视仪是一个不错的选择。目前军用转民用的夜视仪主要有：ORPHA的G350+,S128，ONV2+,S350，S450，TRACKER560二代+。而RNO主要转民用的二代夜视仪有RN100，RN200，RN300和RN400这四款机型。下图是ORPHAS128和S350这款机型原型主要北约使用的，北约部队两款机型的保有量都接近10万台。综上所述，军用夜视仪主要特点是高清，耐用，而且隐蔽性非常强。在选择夜视仪时，选择具有军用背景的夜视仪，是一个比较好的选择。四、军用夜视仪的发展史军用夜视仪的发展历史其实就是整个夜视仪技术的进步历史，在长达近100年的发展过程，夜视仪经历了从一代到四代的变迁，目前五代夜视仪已经研制成功。在军用夜视仪的发展中，美国和前苏联军方起到了非常重要的作用，而全球最大的两家高端夜视仪厂家：ORPHA和RNO，则承担着产品研发的工作。二战以后，美国和北约主要的配合厂家是ORPHA，而苏联的主要配合厂家是RNO。冷战以后，RNO逐渐转换部分军用产品为民用，通过民用市场与美国军方逐渐配合，到上世纪80年代，美国军方注资RNO，RNO正是成为美俄合资企业，并同时在美国成立RNO热像仪公司，这种合作关系，其实宣告了美俄双方在夜视仪及热像仪领域的全面配合。这种配合关系，也大大加快了夜视仪技术的发展。2012年，几乎同时ORPHA和RNO都宣布第五代夜视仪实验室产品宣告成功。五、军用夜视仪的代数军用夜视仪的代数，指的就是夜视仪的增像管代数，理论上代数越高，看得越远，越清晰。第一，第二，第三，第四代夜的主要区别就是增像管代数的不同了，现在世界上最流行的就是二代+管，目前国内市场上都是二代+。一代的产品渐渐不适合在日常工作使用，三四代的一般看不到。被美国军方管制。1.第一代夜视仪，让你在晚上看清目标，这个目标的五官、就不清楚。费用相对也低廉些。2、二代夜视仪在性能上比一代夜视仪有明显的质的区别，二代夜视仪在非常暗的微光情况下，是能清晰看到目标的，二代夜视仪的观测距离可以达到上百米。二代夜视仪在野外大部分情况，都是不需要红外发射器作为辅助光源，红外发射器的左右，只是把成像的噪点降低而已，二代夜视仪目前在市面上是比较流行的。在技术与质量上都是比较成熟的。三代与四代红外夜视仪目前国内基本没有，技术掌握在美国，不允许出口。其特点是比二代红外夜视仪噪点更少，清晰度更高。结束语：随着新工艺和新技术的出现，夜视仪的技术处于不断发展之中，向着高灵敏度，高响应度，高分辨率低噪声宽光谱响应，大动态范围，小型化方向发展，有微光成像与红外成像结合的技术发展趋势。参考文献：[1]周立伟.夜视像增强器的近期进展[M].北京:北京理工大学,1996.[2]周立伟.微光成像技术的进展与展望[C]∥母国光.现代光学与光子学进展——庆祝王大珩院士从事科学活动65周年专集.天津:天津科学技术出版社,2003,3162339.[4]艾克聪.微光夜视技术的现状和发展设想[J].应用光学,1995,16(3):11222.[5]向世明,倪国强.光电子成像器件原理[M].北京:国防工业出版社,1999.