紫外成像技术及其应用

紫外成像技术及其应用
滕鹤松
(南京电子器件研究所,南京,210016)
2001年3月28日收到摘　要　紫外光应用技术正处于快速发展时期,从20世纪80年代末开始,已进入实质性的研究和应用;紫外成像技术早期主要应用于军事领域,现又可用于警用刑侦的现场侦查取证等领域。

本文介绍了紫外成像系统的主要组成部分以及在军事、警用领域的原理及实际的应用。

关键词　紫外　成像　系统　军事　警用　原理
中图分类号:T N 23文献标识码:A
文章编号:1005-488X (2001)04-0294-04
1　引　言
当今世界光电子技术已不再局限于可见光,非可见光如红外光和紫外光的应用技术发展也很迅速。

紫外成像技术从20世纪80年代末开始进入实质性的研究和应用,但当时的主要应用领域为军事领域,所以各国对其技术发展和应用都进行了严格的保密;在20世纪90年代末期,美国一家公司率先打破技术禁区,将该技术推向警用应用市场,使紫外成像技术在民用市场得以迅速地普及和推广,同时也进一步促进了紫外成像技术的研究和生产。

国内的相关技术研究也和国外的技术发展路线一样,前期主要是针对军事应用进行了研究开发,并有少许产品用于装备,但和先进国家相比我们的差距还很大;另外,有些单位在警用紫外成像技术上也已做出了实用化的样品,并已交付用户使用。

本文主要介绍了紫外成像技术的基本组成、应用原理及其应用典型。

2　紫外成像系统的主要组成部分
紫外成像系统的组成与常规的微光成像系统相似,所不同的只是把对微光灵敏的像增强器换成了对紫外灵敏的像增强器,再加上获取目标用的紫外镜头;而实时观察用的目镜以及保证像增强器正常工作的高压电源都和常规的微光成像系统一样。

图1为紫外成像核心系统组成图。

第21卷第4期2001年12月 光　电　子　技　术OPTOELECTRONIC T ECHNOLOGY Vol.21N o.4Dec.2001
滕鹤松　男,高级工程师,从事光电子、平板显示技术的研究开发。

图1　紫外成像系统核心结构图Fig.1　K ey co nsist ing par ts of the U V imaging system
从图1可以看出,紫外成像系统中的核心部件就
是紫外像增加器,其性能的好坏将直接影响和决定着
整个系统的性能,也可以说整个系统的许多指标,实
质上就是紫外像增强器的技术指标,如工作波段、工
作电压等,而整个系统中其它部件,如系统前端的紫
外取景镜头和系统后端实时观察用的目镜都可根据
不同的应用场合进行不同的配置。

3　军事应用原理及典型应用
从物理光学中我们知道,在自然界中太阳的紫外光大部分被大气中的氧和臭氧层强烈地吸收掉了,其中0.2～0.3 m 波长的紫外光几乎被完全吸收了,所以这段波长的紫外光区域(中紫外,即MU V )常被称为“日盲区”;而0.3～0.4 m 波长的紫外光是能透过地球大气层最多的一段,因而该波段的紫外光区域(近紫外,NUV )常被称为“紫外窗口”。

在大气层中该段紫外光是均匀分布的。

军事领域的应用主要是利用了中紫外的“日盲”和近紫外“窗口”特性来进行工作的,在“日盲”区,由于军事攻击目标的紫外辐射强于太阳的紫外辐射(如飞机的尾焰),所以目标很容易就被显现出来,相关的紫外系统正是利用“日盲”特性迅速而准确地探测和跟踪到攻击目标;在近紫外区,由于军事攻击目标挡住了大气散射的太阳紫外光,因而目标会形成一个“暗点”呈现在均匀的紫外光背景之上,相关探测和跟踪设备正是利用了这种“暗点”特性而将所探测和跟踪的目标锁定。

一般讲,在军事上紫外应用技术有成像和非成像技术之分,在有些场合是不需要图像的,如导弹紫外制导等;而在另一些场合则需要对目标的紫外图像进行观察分析和处理应用,如紫外预警目标观察系统,紫外火控目标瞄准系统等。

紫外预警目标观察系统是作为综合预警系统中的一个子系统,它在综合预警系统必须保持电子静默和在雷达低空盲区的情况下,能够非常出色地完成预警任务;在太阳直射的情况下,人的肉眼无法对特定目标进行观测时,它却可以很好地完成跟踪观察任务;尤其在相关系统遭到敌方红外干扰的时候,它还作为红外的预备补充系统完成红外系统的任务。

紫外火控目标瞄准系统是相关装备火控系统的子系统,它主要将紫外成像仪、激光测距仪、火控数据计算机等设备进行合理配置,以完成对目标进行探测、跟踪,并指挥火力装置打击敌对目标的任务。

图2为紫外火控目标瞄
准系统基本结构图。

图2　紫外火控目标瞄准系统基本结构图F ig.2　Basic str uctur e diagr am of U V w eapon tar get ing co ntr o l system
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我军已有少量的紫外装备配置部队,但和美国及其北约盟国的军队相比,我们存在的差距还很大,所以这方面还有很多的工作要做。

4　警用原理及应用
人体的指纹印、体液(血液、精液、唾液)以及违禁的火药、麻醉品等物质,对紫外线具有特殊的吸收、反射、散射及荧光特性,警用紫外成像技术正是利用了这些物质对紫外光所呈现出的特性,用紫外成像仪将所摄取的紫外图像放大并转化为可见光图像使其隐藏的信息得以暴露,以供刑侦人员方便地进行实时的观察,在找寻到相关重要被检物后,还可利用其进行照相取证。

数字化照相取证样板,又可以通过计算机联网对罪犯进行及时地对照查寻,大大地缩短了办案时间,提高了工作效率。

在使用警用紫外成像系统时,要注意应用场合,否则将会影响使用效果。

大多数非渗透性的光滑表面,如陶瓷、玻璃、光面塑料、打腊的表面、油漆家具的表面、照相像片表面等物体之上的无色汗液、精液及指印,都能得到较好的紫外图像。

与传统的现场侦查痕迹提取工作相比,用警用紫外成像系统来进行同样工作的话,其最大的优点就在于它不必进行任何处理即可进行快速观察、搜索和定位、取证及照相,这不仅大大地提高了工作效率,同时也由于其搜索的快速、直观,它还能及时地发现传统方法所不能发现的一些痕迹和物证;另外,由于这种方法不接触物证表面,从而大大提高了物证的提取率和利用率,所有这些优点使得它深受刑侦界的好评,近几年在国内的普及较快。

图3为
警用紫外成像系统组成示意图。

图3　警用紫外成像系统组成示意图
F ig .3　Constructur e diag r am of police U V ima ging system
目前,国内已有相关单位在从事警用紫外成像系统产品的开发和生产,但产品在性能上和国外产品还存在一定的差距,在紫外像增强管许多指标上国产的产品还需要进一步地完善,如寿命:国内产品为≥1000h ,而国外产品为≥5000h (说明书指标为5000～7000h );再如分辨率:国内产品最大分辨率为25lp/mm ,而国外产品分辨率为28lp/mm;还有,国外296光 电 子 技 术第21卷
的产品灵敏度可达32mA/W (190nm ),而国内产品虽没有给出该项指标,但从使用的效果看区别较大;最后,就是国内产品的本底噪声还是偏大,这将直接影响到现场侦查的结果,有些本来就已模糊的指纹或其它痕迹就可能不被发现。

但无论如何,这项工作已经有了一个好的开端,在技术人员的努力工作下,相关的质量和性能的提高问题都会在较短的时间内得到改善和解决。

5　结　论
紫外光应用技术是一种新的应用技术,发展速度很快。

1989年美国就已在航天飞机上开始使用紫外尾焰摄像机和紫外跟踪摄像机。

在军事上它的应用也越来越多,现在已在海陆空各军种中都有应用。

随着国际、国内对紫外技术在军事应用和其它应用的研究进一步深化,其很可能会和红外应用技术一样,在军事装备和其它领域的设备中得到较广泛的应用。

应该说该项技术的发展不仅在国防上有着十分重大的意义,在民用产品的市场潜力也是十分巨大的,所以,国内相关研究开发单位应该紧紧地抓住时机,充分利用已经取得的相关研发、生产的技术和经验,进行更高层次的研究,开发出性能更好的产品,进行更大规模的生产。

相信在不远的将来,紫外技术在我国也会大力地发展起来,在军事应用领域不仅会有紫外技术的国产设备装备部队,同时在公安、安全、消防以及相关技术领域中也会有相应的应用紫外技术的国产设备出现。

参　考　文　献
1　李朝木.紫外光智能电视在舰船装备中的应用.上海电真空,1998;1:12～21
U V Imaging Technology and Its Applications
T eng Hesong
(N anj ing Electronic Devices I nstitute ,N anj ing ,210016)
Abstract Early at the end of 80s ’
,U V im aging technolo gy came to practical r esearch and application and now it is undergo ing a rapid development.Its early application is in military field and today ex tends to police for detection and inspection.T his paper intro -duces consisting parts of the U V imaging system.Practical applications in military and po -lice and applicatio n principle are also presented .
Key words UV ,imaging ,sy stem ,military application ,police applicatio n ,pr inciple 297第4期滕鹤松:紫外成像技术及其应用　。