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漆黑的夜晚“张嘴看不见牙”,夜视仪却视黑夜如白昼,什么原理?

制造原理 2019-11-05 08:32 发文

人类经过数百万年的进化,终于站在了食物链的最顶端,但是征服了其它物种的我们却从来没有征服黑暗,在光线照耀不到的黑暗中,是人类感官无法抵达的禁区,隐藏着让人不安的危险和未知,人类从诞生的那一刻起便期盼着能透视黑暗,感知危险,在过去那只能是幻想,而今天借助工具和智慧这已成为可能。


人类具有五种感官,眼镜对应视觉,用以感知周围的世界,按照常理推断有人能接收到五感之外讯息的话,那么这个人就会被看作具有超能力,现在利用夜视技术,研发出来的夜视产品就能让人类拥有这样的超能力,如夜视镜,监视摄像头,军用夜视仪以及有的手机都有这样的能力。



夜视技术是利用光电成像技术和相应的设备,将黑暗中人类肉眼看不见的目标,增强或者转化成可以看见的影像。


夜视技术可以分为微光夜视技术和红外夜视技术,微光夜视技术是利用微弱的光线通过增强器对目标进行成像,红外夜视技术是利用主动照射目标或者借助目标自身热量,形成的热成像。


夜视技术的发展


夜视技术的发展过程都是伴随着它在军事上的使用,夜色的掩盖总能给战争中的一方提供优势,而具有夜视能力无疑能将这种优势无限放大。


最早在夜间只有使用火把或电筒等解决黑暗问题,但作用有限,还容易暴露自己。


1929年匈牙利物理学家在英国发明了一种红外线电视摄像机,能将不可见的红外图像转化成可见光图像,这项技术很快就被英国投入到防空用途上。


1939年英国人将夜视技术应用在情报战上,他们发明了一种单眼侦测器材,装备给情报人员,在二战中大量使用。


到了二战后期,从红外望远镜,装甲部队配备的夜视仪,夜视装备在各种装备上的应用也越来越多。


进入新世纪一场场局部战争,让夜视装备再次成为焦点,夜视装备也发展到令人意想不到的地步。



拥有像动物一样的夜视能力一直是人类的梦想,那些能在夜里从眼睛中散发出诡异光芒的猫科动物,看着即吓人又很好奇,它们能在黑夜里看清楚任何物体,而人类的眼睛怎么就不行呢?


这些猫科动物的眼睛结构和我们人类的还是有很大不同,它们的眼睛就是专门为了适应黑暗而进化的。


这些夜行动物,为了能在夜里寻找食物和躲避天敌,它们必须让自己的眼睛接收到更多的光线,瞳孔也可以调节大小,可以通过放大瞳孔来接收更多的光线,或者是缩小瞳孔来阻挡强光。


同时它们眼球后面的视网膜上,有一个类似反光板的物质,就像一面镜子,也正是这种物质让它们在夜间可以看清黑暗的环境,也同时让它们的眼睛看起来像在发光一样,其实这只是它们对接收到的光线的一种反射。


而我们人类的眼睛这方面的能量就比较差,所以夜间很难看清楚周围的物体,同样眼睛看起来也不会像猫科动物的眼睛一样会发光,如果人类长期也生活在黑暗的环境中或许也能进化出这样的眼睛。


图片来源:pixabay


夜视原理


在这个世界上,没有什么比在黑咕隆咚的环境中看见四周更难,所以夜视就是一项必备的技能,夜视之所以应用如此广泛,因为它可以根据不同的情况有不同的应用。


一般来说人们说起“夜视”时,联想到的是图像增强或者图像加强技术,这都是军用夜视仪或者动作片里面,常出现的绿色版本夜视图像,这个绿色是有一定用意的,因为比起其它颜色,人眼对绿色更敏感。



微光夜视是通过将微弱的光线增强其亮度来实现夜视,当组成光线的光子进入到图像增强器的时候,它们会首先撞击一个叫广电阴极特殊的涂层,从而释放电子,接着这些电子会撞击第二个叫微通道板的涂层,它会在电子撞击荧光屏之前增加电子的数量,在这里电子重新转化成光,由于电子增多,所以生成的图像亮度就会更高,让你更清楚的看到周围的环境。



那如果亮度小到图像增强器都“看不见”呢?这就需要热成像了,物理学的研究表明,所有温度高于绝对零度,也就是零下273摄氏度的物体每时每刻都在发出红外波段的电磁波,产生热辐射又称红外辐射,物体热辐射能量的大小与物体的温度有关,温度高的物体发出的热辐射较强,温度低的物体发出的热辐射较弱。



红外夜视,热辐射也是光的一种,波长大于可见光又称红外线,通过物理过程把不可见的热辐射转换成电信号,进而以人眼可以看见的图像显示出来,这就是红外热辐射技术。


来自目标的热辐射,通过红外光学系统聚焦到探测器平面上,红外吸收层吸收红外能量后温度发生变化,从而引起热敏层电阻值发生改变,接着转换成电信号输出,再经过数据处理,最终得到反应目标温度分布情况的可视化电子图像。



不管是红外夜视还是微光夜视都不能还原物体原来的颜色,随着技术的发展,现在已经出现了还原真实颜色的全彩夜视仪,有了它就能将黑夜变成白天。


它通过将电子流放大再打到特殊的低照度半导体发电器上,它们再经过高速模拟数字电路后,可以转换成数字信号,最后经过中央处理器就形成全彩高分辨率画面,令人惊奇的是它的夜间成像效果几乎达到了和白天无异的程度,就连物体的颜色都能清晰可见。



现在还出现了一种石墨烯薄膜,这种薄膜能与光子产生反应使人眼看到的物体变亮,一旦技术成熟,这种薄膜有望贴在战机座舱,车辆玻璃,甚至眼镜上,随着这些夜视黑科技的不断问世,黑夜正在被点亮,人类征服黑夜的目标终将实现。


文中Gif截取自Youtube《STARLIGHT NIGHT TEST X27 color Low Light night vision imaging camera sensor shootout》《Armasight PVS7 Night Vision Goggles Generation 3 Alpha》《How Does Night Vision Work》《How Does Thermal Imaging Work》

文中图片截取自《How Does Night Vision Work》

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