讲座四_红外和夜视技术.
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1、红外与微光夜视技术一、夜视的技术原理二、夜视技术的现状和发展趋势三、夜视器材在军事上的应用四、夜视技术对作战的影响五、对抗红外和微光夜视技术的措施一、夜视的技术原理（一）夜视技术概述（三）夜间视觉（二）红外线（四）实现夜视的条件和途径 1、夜视技术是应用光电探测和成像器材，将肉眼不可视目标转换(或增强)成可视影像的信息采集、处理和显示技术。狭义而言，夜视技术装备是人眼夜间观察的助视器。广义而言，夜视技术装备是指能将非可视目标转化为可被人或技术装备感知的信息的传感装置。 （一）夜视技术概述2、夜视器材及其分类根据夜视器材所敏感的光波波段，可分为热(辐射)成像、近红外光及可见光成像、以及紫外光成像
2、三种类型。根据运载方式可分为人员手持、佩带和固定式(安装在飞行器、海陆武器平台)三大类。根据夜视器材是否需配用人工照明光源，可以将其分为被动式成像和主动照明式成像两大类别。根据图像转换与增强原理，将常用微光及非可见光成像器材分为以下五种类型：微光夜视仪，微光电视，热成像仪，激光成像雷达和主动式红外夜视仪。 表1 军用夜视器材(成像器材) 的分类 被动式目标反射夜天自然光微光夜视仪(像增强器)微光电视(电荷耦合器摄像机)微光电视(光导摄像机)目标的热辐射光机扫描型热像仪(红外前视仪)焦平面列阵型热像仪(凝视型)红外电视(热释电摄像机)目标反射夜天自然光和发射红外光微光照相机目标的微波辐射毫米波成
3、像系统合成孔径微波雷达(被动式和主动式)主动式目标被近红外灯照明红外夜视仪目标被红外激光扫描激光雷达目标被紫外灯照明紫外电视红外信标发光敌我识别器化学红外光源发光红外照明弹(与其它观瞄器材配用)目标被近红外光照明近红外照相机3、夜视技术的重要性从古至今，夜战仅仅是一种巧用天时的特种战法而已，夜暗对作战双方均是一种严重的行动障碍。随着高技术兵器和夜视技术的发展，以及夜视器材的大量使用，夜战将变得更加频繁、更为重要，已成为现代高技术战争的主要作战样式。可以预料，现代战争拥有夜视器材优势的一方将越来越重视夜间进攻作战，使其在夜战中处于主动地位。同时，夜视装备处于劣势的一方，也必然会更加重视实施夜间防
4、御作战，从而使得夜战更加重要。 （二）红外线1、红外线的发现2、红外线的特点和规律3、红外线在大气中的传输4、喷气式飞机的红外辐射特征 5、应用：从响尾蛇到红外制导导弹 （二）红外线1、红外线的发现2、红外线的特点和规律把整个红外区划分为四个波段：波长在0.763.0微米之间的为近红外线，波长在3.06.0微米之间的为中红外线，波长在6.015微米之间的为远红外线，波长在151000微米之间的为极远红外线。 把整个红外区划分为三个波段：波长在0.761.5微米之间的为近红外线，波长在1.515微米之间的为中红外线，波长在151000微米之间的为远红外线。 自然界中任何温度高于绝对零度（-273
5、.16）的物体都在向外辐射各种波长的红外线。所以我们周围的一切物体都可看作是红外线的辐射源。 特点和规律： 斯特藩玻耳兹曼定律 黑体的总辐出度(即黑体单位表面单位时间辐射出的所有波长的能量)M0与热力学温度T的四次方成正比。40TM维恩位移定律 黑体辐射中，辐射能量峰值对应的波长与热力学温度T成反比 。bTm反射、折射现象；干涉现象；热效应、光化学效应和光电效应。 图1 景物反射率随照射波长的变化曲线 3、红外线在大气中的传输表2 大气成分 成分浓度(体积百分比)是否吸收红外辐射氮(N2)78.088 氧(O2)20.949 氩(Ar)0.93 二氧化碳(CO2)0.033吸收氖(Ne)1.8
6、10-3 氦(He)5.2410-4 甲烷(CH4)1.410-4 氪(Kr)1.1410-4 氧化氮(N2O)510-5吸收一氧化碳(CO)210-5吸收氙(Xe)8.610-6 氢(H2)510-6 臭氧(O3)可变吸收水蒸汽(H2O)可变吸收重水(HDO)可变吸收图2 海平面上1800m水平路程的大气透过率 0.32.5m、3.24.8m、813m。通常把这三个波段称为“大气窗口”。 4、喷气式飞机的红外辐射特征 表3 喷气式飞机红外辐射源 飞机自身的辐射机身对环境辐射的反射发动机（喷管）尾喷管排出的气体机身（蒙皮）气动加热其它发热部件直射阳光的反射和散射大气辐射地球辐射5、应用：从响尾
7、蛇到红外制导导弹 图3 红外制导导弹示意图 AIM-9M红外制导导弹（三）夜间视觉1、夜间自然光照 2、夜间视觉 1、夜间自然光照 表4 夜间自然光照的组成 光照来源在无阻挡水平面上的照度(单位：10-6勒克斯)百分比()可见星体557其余微弱星体22028黄道光38349大气辉光12516合计783100表5 自然界昼夜照度(单位：勒克斯) 阳光垂直照射下的地面11.3105晴天无阳光直射12104阴天103甚阴天102晨昏朦影10深度晨昏朦影1晴天、满月照射下的地面1210-1上弦、下弦月夜10-2晴天、有星光时10-3阴天、星光下的地面10-42、夜间视觉 暗适应与夜间视觉在目标亮度低于
8、310-2坎德拉米2的黑暗环境下，经过30分钟至60分钟适应时间之后，眼中杆体细胞还原出视紫红质。 明适应与昼间视觉当环境光照快速地由暗变亮时，出现眩目现象。证明眼的“明适应”也需经历一段适应时间(大约10分钟)。 光谱范围 在昼间主要以锥体细胞感光时，视觉对0.380.76微米的可见光敏感，敏感峰值波长位于0.55微米(绿光)，并能分辨景物的颜色。在弱照度下，主要用杆体细胞感光，人眼对0.5微米蓝绿光敏感，对红光不敏感，夜间视物没有颜色的区分。 空间分辨本领 人眼所能分辨的最小视角，昼间达60” (即在100米远处能分辨的最小间隔约为30毫米) ，夜间变钝，昼夜相差约25倍。 2、夜间视觉
9、（四）实现夜视的条件和途径 利用微光和红外线这两个自然条件，通过把微光增强到足以引起人眼视觉的照度，把看不见的红外线转换成可见光，从而改善和扩大了人的视觉范围。沿着这两个途径，发展了微光夜视技术和红外夜视技术。并研制出多种类型的夜视器材。无论哪种类型的夜视器材，它们都是先把来自目标的微光或红外光信号转换成电信号，然后把电信号放大，再把电信号转换成可见光信号。这种“光一电一光”的转换是夜视器材实现夜视的基本途径。 一、夜视的技术原理二、夜视技术的现状和发展趋势三、夜视器材在军事上的应用四、夜视技术对作战的影响五、对抗红外和微光夜视技术的措施二、夜视技术的现状和发展趋势（一）微光夜视技术（二）热成
10、像技术1、微光夜视技术概述3、微光夜视器材的分类和性能4、微光夜视技术的发展趋势1、热成像技术概述3、热成像仪的分类和性能4、热成像技术的发展趋势2、微光夜视仪中的光电放大原理2、热成像技术的工作原理（一）微光夜视技术1、微光夜视技术概述在第二次世界大战末期和美国侵朝战争中，主动式红外夜视仪被用作夜战助视工具。 60年代末期，美国陆军在越南战争中首次装备了手持式“星光镜”像增强器 。 海湾战争中，微光夜视仪被广泛使用。我国设计制造的夜视器材部分型号已经达到80年代国外同类产品的水平，在结构、光学系统设计和功能配备方面均有独到之处。2、微光夜视仪中的光电放大原理图4 级联式象增强器微光夜视仪 3
11、、微光夜视器材的分类和性能微光夜视器材的分类共分三代：第一代微光夜视仪是60年代研制的。它使用三级级联放大的增强管，能把星光放大2000倍以上，在夜间能看清400米处的单兵。第二代微光夜视仪是70年代研制的。它由微通道板以及单级光电阴极和荧光屏构成，称为微通道板(MCP)管。第二代器件要比第一代器件小而轻。其另一重要优点是有自动亮度控制功能，因此即使有强闪光也不会失效。第三代微光夜视仪是80年代研制的。采用对弱光更敏感的砷化镓作光电阴极材料。第三代管虽然比第二代管昂贵，但灵敏度更高，信噪比更佳，图像更加清晰。这种更先进的器件用作兵器瞄准镜和夜视眼镜最理想。名称美军型号用途中距离武器瞄准镜ANP
