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1、,微光夜视仪技术,夜视仪效果图,一、简介 微光夜视技术致力于探索夜间和其它低光照度 时目标图像信息的获取、转换、增强、记录和 显示。它的成就集中表现为使人眼视觉在时域、 空间和频域的有效扩展。 在军事上，微光夜视技术已实用于夜间侦查、 瞄准、车辆驾驶、光电火控和其它战场作业， 并可与红外、激光、雷达等技术结合，组成完 整的光电侦查、测量和警告系统。,微光夜视技术的发展以1936年P.Grlich发明 锑铯(Sb-Cs)光电阴极为标志。A.H.Sommer1955 年发明了锑钾钠铯(Sb-K-Na-Cs)多碱光电阴极 (S-20)，使微光夜视技术进入实质性发展阶段。 1958年光纤面板问世，加之
2、当时荧光粉性能的 提高，为光纤面板耦合的像增强器奠定了基础。 62年美国研制出这种三级及联式像增强器，并 以次为核心部件制成第一代微光夜视仪，即所 谓的“星光镜”AN/PVS-2,并用于越战。,62年出现了微通道电子倍增器，70年研制出 了实用电子倍增器件MCP-微通道板像增强器， 并在此基础上研制了第二代微光夜视仪。 70年代发展起来的高灵敏度摄像管与MCP像增 强器耦合，制成了性能更好的微光摄像管和 微光电视。82年英军在马岛战争中使用，取 得了预期的夜战效果。 65年J.Van Laar 和J.J.Scheer制成了世界上第 一个砷化镓(GaAs)光电阴极。79年美国ITT 公司研制出利
3、用GaAs负电子亲和势光电阴极,与MCP技术的成像器件（薄片管），把微光夜视仪 推进到第三代，工作波段也向长波延伸。 60年代研制出的电子轰击硅靶(EBS)摄像管和 二次电子电导(SEC)摄像管与像增强器耦合产生 第一代微光摄像管。 80年代以来，由于电荷耦合器件(CCD)的发展， 不断涌现新的微光摄像器件。像增强器通过光纤 面板与CCD耦合，做成了固态自扫描微光摄像 组件，和以它为核心的新型微光电视。,二、黑天辐射基础 黑天辐射来自于太阳、地球、月亮、星球、 云层、大气等自然辐射源。 1、自然辐射 太阳 直径：1391200公里 辐射类似于色温为5900K的黑体辐射 辐射之地表的光波范围0.
4、33m 可见光区0.38 0.76m更为突出,月亮 辐射有两部分:反射太阳的辐射;自身辐射. 月亮自身辐射与色温为400K的黑体辐射相似,地球 辐射有两部分:反射的太阳辐射，峰值在 0.5m 附近;自身的辐射,峰值约波长为10m。夜间以后者为主。,显然，地球自身的辐射大部分在814m的远红外，正好是大气的第三个窗口。,星球 贡献较小，照度为2.210-4 lx，约为无月夜空光 量的1/4。 大气辉光 大气辉光产生于地球上空约70100km高度的大 气层中，是夜天辐射的重要组成部分，约占无 月夜天光的40%。 阳光中的紫外辐射在高层大气中激发原子，并 与分子发生低频率的碰撞，是产生大气辉光的 主
5、要原因。表现为原子钠、原子氢、分子氧、 氢氧根离子等成分的发射。,其中波长为0.752.5m的红外辐射则主要来自氢氧根离子的气辉，它比其它已知的气辉发射约强1000倍。,2、黑天辐射的特点特点： 夜天辐射除可见光外，还包含丰富的近 红外辐射。且无月星空天近红外辐射为 主要成分。故伟光也是技术必须充分考 虑这一点，有效利用波长延伸至1.3m 的近红外辐射。 有月和无月夜天辐射的光谱分布相差较 大，满月月光的强度比星光高出约 100倍。,无月时各辐射的比例为： 星光及其散射光 30% 大气辉光 40% 黄道光 15% 银河光 5% 后三项的散射光 10% 3、夜天辐射产生的景物亮度,三、微光夜视仪
6、概论 以像增强器为核心部件的微光夜视器材称 之为微光夜视仪。它使人类能在极低照度 (10-5 lx)条件下有效地获取景物图像的信 息。 1、组成与原理 主要部件：强光力物镜、像增强器、 目镜和电源。 从原理上看，微光夜视仪是带有像增强 器的特殊望远镜。,微弱自然光由目标表面反射进入夜视仪； 在强光力物镜作用下聚焦于像增强器的光 阴极面（与物镜后焦面重合），即发出电 子；光电子在像增强器内部电子光学系统 的作用下被加速、聚焦、成像，以及高速 度轰击像增强器的荧光屏，激发出足够强 的可见光，从而把一个被微弱自然光照明 的远方目标变成适于人眼观察的可见光图 像，经目镜的进一步放大，实现有效地目 视观
7、察。,2、对各部件的技术要求物镜： 为使像面有足够的照度，物镜应有尽可 能大的像对孔径(D/f)。 为了像增强器阴极上目标图像照度均匀， 轴外物点的光线应尽量多地参与成像， 从而要求物镜的渐晕系数尽可能大。 E = kE0(cos )4 E -轴外像点照度 k-渐晕系数 由于一般像增强器极限空间分辨力不高，,为3040lp/mm,故要求物镜具有很好的低 通滤波性能。,调制传递函数 调制度可见度 M = (Imax-Imin)/Itol 调制度传递因子与空间频率的函数关系 称为调制传递函数。 MTFModulation Transfer Function 如希望其在12.5及25lp/mm频率上
8、分别有 MTF0.75及MTF0.55的对比传递特性. 像增强器: 要求像增强器具有足够高的亮度增益GL.,相关最小光增益 Gm 4.33103/2 -人眼暗适应时量子效率 -目镜倍率 像增强器响应度应尽量高。 良好的光谱匹配是像增强器能有效工 作的必要条件。这是指：光阴极光谱 响应与自然微光辐射光谱的匹配、荧 光屏辐射光谱与人眼光谱响应的匹配、 前级荧光屏与后级光阴极的光谱匹配 等。 由于自然热发射等因素，像增强器总,会产生噪声。噪声在荧光屏上产生与之 相对应的背景亮度，从而限制了像增强 器可探测的最小照度值。此值叫等效背 景照度(EBI). 通常为 10-7 lx数量级。 频率传递性能应尽
9、量好。作为一种低通 滤波器，像增强器的传递特性可用MTF 曲线来描述。 MTF v,故电子束总是 趋于“发散”，使电子透镜系统不能实现理想 的“聚焦”，即存在所谓的电子透镜的像差。 例：加速电压 104伏，则电子速度为 0.2c, 两力的比为25。 由于电子透镜系统与电子流密度无关，且由 于库伦力本身的性质，使得电子光学系统不 可能消除这种像差。,荧光屏： 常用于像增强荧光屏的材料有两种： 以硫化锌为基质参银激活的ZnS:Ag 以硫化锌镉为基质参银激活的ZnSCdS:Ag 荧光屏的底层是以这类晶态磷光体微细颗粒 (直径为 1m)沉积而得到的薄层，其厚 度稍大于颗粒直径，为 18m。显然，颗 粒越细则图像分辨率越高，但发光效率就 越低。一般取颗粒直径与底层厚度相近。 底层厚度大有利于对入射电子的吸收，,
