主动式红外夜视仪

主动式红外夜视仪
主动式红外夜视仪很像主动式雷达，依靠自身的人造红外光源发射近红外波段的光线去
照射目标，同时接收目标反射的红外线，通过红外变像管转换为可见图象。

其组成包括：红外探照灯，是红外光源或加装红外滤光片的白炽灯；
光学系统，有物镜和目镜，物镜置于变像管前面，对接收的红外线进行聚集并进入变像管，目镜置于变像管后面，对变像管荧光屏的图象进行放大，以便于观察；
红外变像管，是设备的心脏部件，真空管内有光电阴极、电子透镜和荧光屏。

变像管输入窗口内表面的银氧铯材料，在1.2 m波长红外线照射下向外发射电子，影响光电阴极各部位发射电子的密度，从而形成与输入红外线图象对应的电子图象；电子透镜是圆筒形金属阴极，工作时为较高正电压，迫使光电阴极发射的电子加速聚集到荧光屏对应的点上，形成较强可见光的电子荧光图象；电源，为仪器提供所需电压和电流。

1.原理
通过红外辐射源照（红外探照灯）照射被测物体后，经物体反射的红外辐射通过光学物镜聚焦成像于红外变像管的光电阴极上，经外光电效应产生的电子经电子光学系统加速打在荧光屏上形成图像，实现红外光转换为可见光，再通过目镜放大后直接观测。

2.优缺点
优点：由于不同物体对红外光的反射不同，所以可以识别人眼难以识别的伪装，而且背景反差好，成像清晰及不受外界照明条件的影响。

缺点：采用主动红外光源，仪器体积较大且笨重，耗能大，易于暴露自己。

3.结构
红外辐射源（红外探照灯）
红外探照灯的结构：红外光源、红外滤波片、反射镜（一般为抛物面）
•红外光源种类：热辐射源、气体放电光源、半导体光源、激光光源
热辐射源包括卤钨灯，气体放电光源包括氙灯，半导体光源包括砷化镓发光管
（led），激光光源包括钕玻璃或掺钕钇铝石榴石激光器（ld）
•红外滤波片
由于红外光源的发光光谱一般包含可见光部分，容易暴露自己，同时也为了匹配红外变像管光电阴极的光谱响应，所以采用红外滤波片对光源进行滤波。

滤波之后，
波长主要在近红外波段，即0.8-1.2微米范围内。

•反射镜（抛物面为主）
抛物面反射镜主要是用于产生平行光和调节光源发散角的，红外光源一般放置在抛
物面反射镜的焦点处，这样光源可经过抛物面反射镜发射出平行光。

红外探照灯的基本性能要求：光束散射角、全发光距离、轴向距离、光强分布等物镜（折射或反射成像于红外变像管光电阴极上，基本要求是特定工作波长可以透射）红外夜视仪可以加装不同倍率的物镜，图象越放大，失去的光线却多，所以一般物镜
以一倍为主。

一般常见镜头有一倍，三倍，五倍。

•成像物镜的基本成像类型：全折射型、全反射型、折反型
全折射型：容易出现像差，成本较高，一般采用双高斯型与匹兹伐型。

全反射型：可以做成大口径，且焦距可以较长，对材料要求不高，不产生色差，不过也存在体积大和次镜遮挡等问题。

一般分为单反射镜和双反射镜。

单反射镜：一般包括球面、抛物面、椭球面和双曲面四种。

折反射型：由于全反射镜工艺要求较高（非球面加工），所以采用球面反射镜加上校正透镜以降低成本，即折反射型。

一般包括斯密特系统、曼金折反射镜、包沃斯—马克苏托夫系统和包沃斯—卡塞格伦系统。

• 红外变像管（包括光电阴极、电子光学系统、荧光屏） 利用外光电效应将入射红外辐射转变为电子，在电子光学系统中加速后撞击荧光屏 成像。

光电阴极：主要分为银氧铯光阴极和锑一减类光电阴极、ni —w 族负电子亲和势光 电阴极三大类。

电子光学系统：近贴聚焦系统、静电聚焦系统和磁聚焦系统三种。

荧光屏：主要采用（Zn , Cd ） S ・Ag 荧光粉。

荧光屏的铝化，使屏幕的亮度提高、 对比度改善。

• 目镜（适当的放大倍率,分划板,出瞳距离） 目标镜将影象聚焦在增强管的前面,增强管将图象转变成电子流,然后重新在管底 成像。

要看到清晰的图象,需要将眼睛聚焦在增强管底部成像的地方。

每个人的眼 图E - 28 施赛特校正板工作原理
D 威里特校正板 改进后的施留特校正板
图6-29受金折反射嘘 图6-3口包沃斯——马克苏托夫系统 1 一
校正透快的交售位置圈一孔径光阑। 3一
校正进看14 一黑面15—球面反射镜
睛视力都不相同，因此眼部聚焦也非常重要。

首先将视线聚焦，再转移到目标镜， 以保证看到清晰的图象。

主动式红外夜视仪的系统参数： 有效直径（输入/输出）、放大率、畸变、分辨率、传递函数、光电阴极灵敏度、增益、 等效背景照度和信噪比等。

大气后向散射和选通原理 大气后向散射：由于红外探照灯与红外接收器的光轴很近，当照射较远物体时，红外探 照灯的光线经大气微粒的散射后会有一部分散射辐射进入接收系统，照成对比度下降。

选通原理：为了减少大气后向散射，采用选通成像技术解决。

该技术采用短时脉冲信号 光源和时间选通系统区分不同距离上的背景散射光和物体反射光，即当物体反射光进入 接收器时可以成像，而背景散射光与物体反射光进入接收器有时差，利用这个时差使背 景散射信号无法成像，即为选通成像系统。

特点及应用 主动式红外夜视仪具有技术成熟、造价低廉、观测效果比较好的特点；自带光源，不受 环境照明条件影响，可以获 得较大的反差，易于区别目 标和背景、涂复绿色伪装的 坦克和绿色植被。

作用距离 与发射的红外线功率有关， 一般用30瓦红外探照灯的 侦察距离为200到300米。

但是，易于被敌方红外探测 器发现，应用时务必加强隐 蔽（如断续开机、频繁变换位 置），减少暴露的机会。

红外夜视仪的品牌，主要有德国ORPHA （奥尔法），俄罗斯的Yukon ，美国的Bushne （博士能）、美国爱吉、OWL （猫头鹰）等。

适用于军队，海关、边防、治安守卫的夜间巡逻，侦破取证。

银行、金库文物重要物资 仓库的夜间监控。

海底资源的夜间探查，海上石油平台水下部分监控，远洋捕鱼，红外 夜视仪器都重要的工具。

卫星遥感遥测，天文星系弱星的的夜间观察。

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。

现在，红外夜视仪器的使用范围已经越 来越广泛。

其他问题
为什么红外夜视仪的成像是绿色的而不是呈红色的红外光谱？
绝对0度以上的物体都要辐射能量。

温度越低，波长越长。

一般室温时，为红外线。

当温度为800度左右，辐射为可见光，就是为什么铁烧红了你能看到亮光。

红外线我们 是看不见的，晚上了，没有可见光，但是仍在辐射红外线，人和周围的树木的温度不同, 辐射的红外线波长也不同。

红外夜视仪的原理是将我们肉眼看不红外线转化成为可见 光。

因为辐射的红外线很弱，所以转化成的可见光也很弱。

图像呈绿色是因为我们的眼 睛对绿光感光性最敏感，而且容易疲劳，这些都是使我们对弱光看得更清楚些。

而且红 光和绿光的区别就是波长不一样而已，很容易转变的。

夜间模糊的图象一光电阴极（把 光子转化为电子）一微通道板（通过高压使电子数量增加）一荧光屏（电子撞击一个具有磷 光质涂层的屏幕）所以红外夜视仪看到的景象大多是绿色的
为什么红外夜视仪怕强光？
4.
5.
6. 7. 自创步检
红外夜视仪的原理是通过微通道板把电子放大,所以是需要微弱的光线的。

强光能转化放大更多的光子，转化的瞬间，电流太大（应该是电流），烧坏图像增强器，造成红外夜视仪无法使用。

不过很多优秀的夜视仪都有强光保护，比如ORPHA奥尔法ONV2+ 就具有强光保护，强光保护的概念就是强光下，夜视仪会自动关闭。

达到保护作用。

8. 夜视仪种类
一、主动式红外夜视仪。

原理：仪器向外发射红外光束，照射目标，并将目标反射的红外图像转化成为可见光图像，从而进行夜间观察，军事上主要用于夜间瞄准、驾驶车辆、侦察照相等。

特点：不受照度的限制，全黑情况下可以进行观察，且效果很好，价格便宜。

但是观察距离近，在观察时很容易被对方发现，从而暴露自己，现军事上已很少采用。

如今主要用于民用，博士能（Bushnell），ATN，育空河（Yukon）脉冲星（Pulsar）都有很多这方面的产品。

二、微光夜视仪。

原理：仪器利用夜间目标反射的低亮度的夜天光星月光大气辉光等自
然光，将其增强放大到几十万倍，从而达到适于肉眼夜间进行侦察、观察、瞄准、车辆驾驶和其它战场作业。

特点：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，对从事特殊工作的部门，如军事、刑侦、辑毒、辑私、夜晚监控、保卫的应用等、它都是最合适的。

微光夜视仪现已发展了三代、第一代为三级级联式微光夜视仪（由3个0 代光电管串联组成）。

第二代为微通道板式微光夜视仪，第三代为I-V族负电子亲和势光电阴极像增强器微光夜视仪。

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。

微光夜视仪如细分类那么就是0代、1代、2代、2代加、3代、共五个档次。

微光夜视仪发展到今天，技术上已比较成熟且成像质量好，造价低、因此在今后相当一段时期里，它们仍然是世界夜视装备一主要装备。

二代加和三代产品具有体积小，重量轻、图像清晰、功能全、实用等特点。

是军队、公安、武警、海关、石油行业、新闻采访、旅游、水产养殖、大自然爱好者、及其它行业夜晚工作不可缺少的装备。

但是由于其核心部件微光像增强器属高科技产品，工艺特别复杂、成本高、价格相对较高。

但从性能价格比看，还是相当好的。

三类、热成像红外仪
原理：热成像红外仪是根据凡是高于一切绝对温度零度（-273℃）以上的物体都有辐射红外线的基本原理、利用目标和背景自身辐射红外线的差异来发现和识别目标的仪器。

特点：由于各种物体红外线辐射强度不同、从而使人、动物、车辆、飞机等清晰地被观察到，而且不受烟、雾及树木等障碍物的影响，白天和夜晚都能工作。

是目前人类掌握的最先进的夜视观测器材。

但由于价格特别昂贵，目前只能被应用于军事上，但由于热成像的应用范围非常广泛、电力、地下管道、消防医疗、救灾、工业检测等方面都有巨大的市场，随着社会经济的发展、科学技术的进步、红外热成像这项高技术在二、三十年内必将大规模地应用于民间市场、为人类做出贡献。

目前市场上最低价的热成像也得几万块，好的更不用多说。

短时间内是流行不起来了。

注释
1.像差以及种类
球面像差（对称的像差）：当沿着光轴的平行入射光不能完全聚焦时，我们称为「球面像差」。

彗形像差（不对称的像差）：倾斜于光轴的平行入射光无法完全聚焦的情况，我们称为「彗形像差」。

色像差：若是不同的颜色光线有不同的聚焦点，我们称为「色像差」。

通常红色光的焦距比蓝光大一些。

弯曲的像场：即使光学系统能完美地聚焦，但是却常发生它们的聚焦平面与我们希望的成像平面不一致。

因此透镜会有bending的设计。

Astigmatism：因为物体经由透镜成像时，常会发生X轴与丫轴的聚焦点不一致。

变形：基本上变形的发生不能看似完全的像差。

它并不是因为影像的聚焦不良所致，相反的它是清晰的成像，但是却发生与原来的物体的外型不一致。

2.红外变像管
当目标受到红外光源照射后，在光电阴极上形成由目标反
射红外光形成的红外图像，阴极面上各点产生正比于入射
红外辐射强度的光电子发射，形成电子图像。

电子光学成
像系统将电子图像传递到荧光屏上，因为在传递过程中，
电子经高压电场的加速和聚焦，因此屏上发光亮度得到加
强，而且与电子图像上的电子密度分布成正比，从而在屏
上显示出具有明暗差异的光学图像。

1、光电阴极
红外变像管采用对红外光敏感的银氧铯光电阴极。

像增强器采用对可见光（微弱光）敏感的单碱或多碱光电
阴极，如 Sb—Cs、Sb—K—Na—Cs。

另外，其他特殊的变像管（如紫外变像管）和像增强器（如
X射线增强器）则采用适应各自不同需求的光电阴极等。

像管中的光电阴极一般是透射式的，光从玻壳端面的光窗入射进来，所以这类光电阴极应是半透明的。

2、电子光学系统
像管中的电子光学系统完成对光电阴极发射的光电子进行加速和在荧光屏上成像。

电子光学系统可以是静电系统，也可以是电磁复合系统，在静电系统中光电子的加速和聚焦都由静电场完成，在电磁复合系统中由静电场对光电子加速而由磁场实现聚焦，不过在目前，一般像管都采用静电电子光学系统。

电子光学系统采用的是静电聚焦系统，一般为双电极系统，玻璃外壳的红外变像管由不等直径的双圆筒组成，其中阴极圆筒由阴极端玻壳内壁上涂覆的导电层形成，阳极圆筒则为镍筒，其前端带有小孔光阑。

静电聚焦像增强器的典型结构如图所示，它实际上是金属一玻璃外壳红外变像管的结构，其电子光学系统为准球面对称式。

3、荧光屏
红外变像管的荧光屏通常采用（Zn,Cd）S-Ag荧光粉，其发光颜色为黄绿色。

荧光屏涂覆在人眼观察的玻壳端的内壁，其作用是将电子的动能转换成光能，所以它应该有高的转换效率，而且他的辐射光谱要适于人眼的观看，或者在多级像增强器中应与其下一级光电阴极的响应一致。

由于荧光屏材料的电阻较高，介于绝缘体与半导体之间，为了及时导走打上荧光屏的电子，应在屏上蒸铝层。

采用金属一玻璃外壳可以消除玻璃外壳产生电荷积累的弊端，以避免电荷积累破坏电场分布的稳定性。

但金属外壳的阴极端和荧光屏端还必须采用玻璃作为输入窗和输出窗，所以这是一种复合结构。