浅析红外夜视技术发展及其市场应用

浅析红外夜视技术发展及其市场应用

柳森

（汉口学院光电信息科学与工程专业湖北省武汉市430212）

摘要：人眼的可视波长只有400到760nm的可见光，对于身边无处不在的红外线，我们人眼就像面对空气，知道他的存在，却难以形成真正的感官认知。这对于那些包含许多信息的红外线来说，无异于一种浪费。这种情况在夜间以及恶劣天候表现的尤为突出。为此我们有必要研制出一种媒介帮助我们加强对红外线的感官认知。

关键词：可视波长；红外线；媒介；感官认知

一、红外夜视技术发展历程

早期的红外探测器主要采用的是单元探测器，成像质量较差；考虑到成像质量不高，人眼识别度不高，逐渐改为多元线列探测器，成像质量有了不错的提升；随着相应技术的发展进步，现已向多元面阵红外探测器发展，成像更为清晰，获取的信息更加准确。相应的系统也有了进一步优化，实现了由点成像到面成像的跨越式转变。

（1）主动红外夜视技术（近红外区，波长大约在750～1300nm范围内）。

主动红外夜视技术是利用光电图像转换原理，通过用红外光源照射目标单位，将目标单位反射回来的的红外线转化为电荷，再借由CCD成人眼可视别的图像。当红外光源照射到目标时，夜视镜将目标反射回来的红外线汇聚图像转换成人眼可识别的可见图像。这类技术在很早就开始了研究，最先在二战中崭露头角。直观体现便是装有主动红外夜视仪的步枪被广泛地用于太平洋战场上，效果是大家有目共睹的。再后来，主动红外技术趋于成熟，观察距离更是直线上升，可以实现远距离的观测，被广泛装备部队，但因它成像质量不佳，携带不便，批量生产难，观察距离有限以及易于暴露等不足，被之后发展起来的被动式夜视技术所逐渐取代。

（2）被动红外夜视技术（中、远红外区。中红外区，大概在在1300～3000nm范围内；远红外区，大概在3000～14000nm范围内。

被动式红外夜视采用一种内光电效应技术，将目标单位辐射的红外能量汇聚并转换成电荷图像，经计算机处理后，于屏幕上成人眼可辩识的图像。由于它克服了主动红外夜视易于暴露的致命不足，所以，它一出现，便后来居上，在夜视领域上大放异彩，逐渐代替原先的主动红外夜视技术，引领夜视发展的新航向。发展到现在，夜视仪技术发展仍存在的两个瓶颈：（1）当外界强光照射夜视仪时，会有部分微光图像丢失；（2）现今使用的像增强管大多为平面式成像面(即在焦平面上的是平面式微通道板)，其结果就是造成光畸变，成的像人眼并不能很好的识别。

二、红外夜视原理

通俗的说：夜视的原理与应用。从目标发出的不可见光（微光或红外光）信号转换成电信号。然后放大并转换成肉眼可见的光信号。

专业的说：夜视产品使用目镜将光线聚焦在像增强器上，以捕获和增强现有的光线。在增强器内，光阴极被光“激活”并转换光子。把光子能量变成电子。这些电子通过位于增强器内的静电区域加速，并击中磷光表面屏幕，形成人眼可见的图象,通过电子的加速，增强了图像的亮度和清晰度。

三、红外夜视技术未来的发展及应用

3.1未来可能的发展趋势

红外夜视术所提供的红外图像借由不同物体辐射的红外线强度差距，成热相图。通过红色区域的深浅对比度显示目标的红外信息，对比度越高越能清晰目标的轮廓，结合当今电子产品日趋迷你化，智能化。对于我们的红外夜视设备也是适用的，当然了，除了上述的“两化”，咱的红外夜视设备还应具备清晰化。下面将从“三化”方面探究其发展前景。

图1迷你化简化图

首先来看迷你化，较小巧的电子设备无论是在储存还是携带上都更加便捷，迷你化的红外夜视设备必将是一大发展方向。通过原理简图不难发现光路较为单一，只有透镜组的一系列折射，想要在不影响成像质量的前提下迷你化设备，除了缩小相应的物件的体积外，调整光路也是个不错的选择。可以通过在红外光线汇聚CCD的过程中在适宜位置添加合适的道威棱镜，缩短透镜组到CCD的距离，进而达到迷你化的目的。

再来看清晰化，红外夜视设备的应用就是为了让人类看见红外线，没有清晰化的成像，红外夜视设备也就没了存在的意义。通过参考相机拍照，我们不妨也在变焦，滤光，胶卷上对我们的红外夜视设备进行优化。首先来看变焦，众所周知强大的变焦能力可以很好的将目标单位的像成在恰当的位置，这对我们结构较为固定的红外夜视设备很必要；再来看滤光，外在的大环境总会存在数不清的杂光，对于我们想要获取目标单位的红外线有着不小的影响，通过适当的滤光能有效避免这种情况的发生；最后来看看我们的“胶卷”——CCD，好的胶卷是一个摄影爱好者不可或缺的搭档，好的胶卷的重要性可见一斑。胶卷的作用就是感光，所以我们不妨从增加CCD的感光能力上来成就一个好的胶卷。结合CCD的原理，我们可以在优化微小感光物质（像素）上下下功夫，在更小的面积上增加像素点，进而优化它的感光能力。相信三管齐下，咱的红外线夜视设备将会有不错的清晰度。

最后便是较为前沿的智能化了，单调的图像往往很难勾起人们的探知分析欲，对于颜色较为单一的热像图，人们难以向对待美图，风景图那样长时间的观摩。而热像图的分析又恰恰需要如此，为此我们不妨把这项比较乏味的的工作交给人工智能，让它识别图像中对我们有用的信息，我们人类就只需要分析这些信息就行了。相信在之后红外夜视设备的使用，就像使用siri这样的人工智能一样，照上一张目标单位的热像图，对着咱的红外线夜视设备说出自己所需要的红外信息，设备立即回应一句，“好的，主人！以下是您需要的红外信息。”多么有意思。相信这种情景会出现在不久的将来。

3.2未来的应用

3.2.1深海，航天探测方面

海洋是孕育生命的地方，太空更是一直蒙着一层神秘面纱，以那未知深深吸引着人们。海底以它那恐怖的液压及伸手不见五指的客观环境，太空也以它那绝对的黑暗与缺氧环境影响着人们对未知的深层次探测。今后不妨给我们的红外夜视技术打造一副强大的的盔甲，借由高度灵敏的红外夜视技术，远程操控仪器对未知进行探测，加深对深海，太空中未知红外事物的探测研究。

3.2.2驾驶报警方面

在夜间或者不良天候，人们视线受阻，路况难以准确判断，会危害到驾驶员以及行人的人身安全。通过给汽车搭载红外夜视技术，能及时有效的回避危险，保障生命财产安全。

3.2.3飞行方面

速度极快的飞机与空中飞行的鸟类相撞，往往会造成严重的飞行事故，严重危害飞行员的人身安全，一不小心就是个机毁人亡的下场。失控的飞机更是一枚目标随机的重磅炸弹，给国家带来难以估量的损失。运用被动式红外夜视技术能及早的发现航线上的鸟类，及时排除相关隐患，给飞行安全加上一把保障锁。

参考文献

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[4]曹海洋.基于红外热成像技术的变压器热故障在线检测与诊断[J].实验室研究与探索,2012.