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    淺談紅外夜視技術

    人氣:發表時間:2018-6-6 15:29:37 【

        目錄:

    1、前言

    2、主動式紅外夜視系統主要原理

    3、主動式紅外成像系統的核心-紅外變像管



     

        1、前言

    在一個晴朗的夜晚仰望天空,我們可能見到一輪明月正泛著銀白的月光,也許也能見到滿天繁星在夜空中閃爍,月亮和星光使四周明亮讓我們感受到大自然靜謐安祥。然而,若是在一個風雨凄迷的夜晚,站在雨夜之中,我們的感覺則是仲手不見五指,黑暗似乎與恐怖聯系在了一起。

    紅外夜視.jpg

    同樣是在夜晚,為什么我們會有截然不同的感覺?那是因為月光和星光使我們能"看到"一切,我們因為能"看到"所以才具有安全感。那么,人為何會產生"看不見"的感覺呢?科學家們是這樣解釋道的,人之所以感到"黑",是由于環境光照度太低(星光下光照度僅為0.001勒克斯),因此人眼無法"曝光",才使得人"看不見"。而在晴朗的夜晚,星光和月光還能勉強使人眼"曝光"。那么,遇見伸手不見五指的雨夜我們該怎么辦?怎樣才能讓我們能看見四周?

    不要緊,科學家們已經發明了一雙即使在漆黑的環境也能看見的"火眼金睛",這雙"眼鏡"就是能把一切黑夜都會變成白晝的夜視技術,可想而知,夜視技術在我們生活當中處于十分重要的地位,近些年,夜視技術也得到了迅猛的發展,但還是存在一些不足之處,如果我們能夠提出一些新方案來解決或者避免這些缺點,我們將極大的提高夜視技術不管在軍事、交通、安全等領域的廣泛的運用。

    2、主動式紅外夜視系統主要原理

    在先進夜視技術中,主動式紅外夜視成像系統是利用紅外變像管作為光電轉換器件,在工作時必須具有紅外輻射照明場景的直視光電成像系統。主動式紅外夜視系統最早運用于二戰期間,它背景反差好,成像清晰且不受外界照明影響,可以在全黑時工作,至今為止仍在軍事、公安以及其他部門大量使用。

    隨著夜視技術的逐漸發展,人們發現主動式紅外夜視儀自帶光源容易暴露己方,因此又研發了微光夜視儀以及熱成像儀,前者是借助夜天光中的紅外光進行成像,而后者則是利用物體溫度不同而自身散發的輻射不同的原理研制而成的,但是這兩者雖然體積小了,且像質好,不容易暴露己方,但是不僅價格相對昂貴而且成像不夠清晰。

    因此,主動式紅外系統的一系列優點使得它仍在公安部門、航空、航海或夜間駕駛等部門大量應用。我們這里主要研究的就是主動式紅外夜視儀。

    紅外夜視1.jpg

    紅外光照射到前方物體上,之后又反射回來,由紅外夜視系統的接收物鏡接收到,并聚焦到紅外變像管前端的鍍了銀氧銫的光電陰極面上,鍍有銀氧銫的光電陰極接受光照后激發出光電子,產生的光電子隨光照的強弱不同而不同,因此實現了光電轉換。

    這些電子在光電陰極與電子透鏡之間的靜電場中加速運動,在管內來回碰撞,激發出越來越多的電子,這些電子被管壁的電壓加速,并且碰撞出的幾何級數增加的電子,使得管子末端出射到熒光屏上的電子獲得很高的增益,放大或者更多一點,發出肉眼可見的熒光,光的強弱與電子的數目成正比。

    顯然,變像管可以對不可見的紅外線圖像進行光譜轉換和亮度增強,最終,在熒光屏上顯示出目標的可見光圖像,通過目鏡放大被人眼所觀察。主動式紅外夜視儀的工作波段在0.76~1.2um的近紅外光譜區,其長波限由變像管的光電陰極決定。運用以上波段有幾個優點:

    在此波段內,一般綠色波段的反射率比暗綠色涂漆高得多,這使得主動式紅外夜視儀在觀察地面背景的目標時,能得到高對比度的圖像。

    實踐證明,摘下的綠葉在幾個小時后,其紅外反射率急速下降。利用這點,紅外夜視儀容易識別用砍下的樹葉形成的偽裝。

    相對于可見光,近紅外輻射的大氣散射小,有更好的穿透能力。

    主動式紅外夜視儀的夜視系統具有成像質量好、圖像信噪比高、結構簡單、無需夜光等優點,同時它也具有成像距離有限以及易受其他燈源影響等缺點。

    3、主動式紅外成像系統的核心-紅外變像管

    紅外變像管是一種真空光電管,它由三個部分組成,即銀氧銫光陰極,電子光學系統以及熒光屏。遠紅外輻射目標圖像成像在光電陰極上,光陰極產生正比于各點入射輻射強度的電子發射,而形成了電子流密度與紅外輻射強度相應的電子圖像;該電子圖像被電子光學系統加速并成像在熒光屏上;熒光屏在高能電子轟擊下發射出正比于電子密度與動能的可見光圖像;從而完成了從近紅外輻射到可見光輻射的圖像轉換過程。

    夜視.jpg

    這里光電陰極是對近紅外敏感的銀氧銫光敏層,光譜響應范圍是0.3~1.2um.峰值靈敏度在0.8um左右。

    電子光學系統則是負責把光電陰極上的電子圖像傳遞到熒光屏上,并在傳遞過程中完成電子能量的增強和圖像幾何尺寸的縮放。

    熒光屏是完成電光轉換的單元,它是在基底上涂敷熒光粉制成的,現在所用的熒光粉一般是銀激活的硫化鋅、硫化鎘及統計獲得硫化鋅、硒化鋅及統計獲得硫化鋅等物質。為提高屏的質量,需要在粉層上蒸鍍鋁層,及熒光屏的鋁化。

    將紅外變像管的熒光屏端與CCD耦合在一起的話,就可以得到高分辨力的紅外成像裝置。

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