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夜视仪的技术简介和应用
[ 2011-4-13 ] [转载请注明来源：就是要仪器网 www.94117.net]
一．夜视技术简介
古今中外，人们常常利用夜幕的掩护，实现白天难以完成事情。纵观近期几场战争，美军几次致命的战争都是从夜间发起的，可以说美军从怯于夜战到敢于夜战要归功于夜视技术。同时，夜视仪对发现各种夜间的犯罪活动等安全监控方面也起到了不可忽视的作用。
那么何为夜视技术呢？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。夜视技术产品按成像原理可分为微光夜视、红外热像夜视两类。在黑暗环境中存在着少量的自然光，如月光、星光、大气辉光等，统统称为夜天光。因为它们和太阳光比起来十分微弱，所以又叫夜微光。人眼视网膜的感光灵敏度不高，在微光条件下不能充分“曝光”。一般的夜视器材都是利用目标的反射光线成像，利用电子放大器，将收集的微弱光线放大数千倍,以在黑暗中产生可辨认的图像将极微弱的光照目标信号增强，显示成肉眼容易看见的图像。这种原理的仪器为微光夜视仪，显然这种仪器在完全无光或距离较远时就无能为力了。
红外热像仪与它们不同，它既不依靠夜天光，也无须主动携带红外光源，而是靠接收目标自身的红外辐射（一切物体，只要其温度高于绝对零度，就会有红外辐射）来工作的，自然界中一切温度高于绝对零度（－273．16摄氏度）的物体都不断地辐射着红外线，这种现象称为热辐射。红外线是一种人眼不可见的光波，无论白天黑夜，物体都会辐射红外线，但红外线不论强弱，人们都看不到。红外热像仪就是利用红外探测器、光学成像物镜接收被测目标的红外辐射信号，经过红外光学系统红外探测器的光敏源上利用电子扫描电路对被测物的红外热像进行扫描转换成电信号，经放大处理、转换或标准视频信号通过电视屏或监测器显示红外热图像。利用这种原理制成的仪器为红外热像仪。它通过探测微小的温度差别,产生的图像是热图像，可见红外热像仪在完全无光、距离较远时都可对物体成像，红外热像仪不仅可在完全无光的情况下观测而且可以在黑夜或浓厚的烟幕、云雾中探测到对方的目标，包括已伪装的目标和高速运动目标，同时还要求在远距离上识别目标，因而红外热像仪属现今最高档的夜视仪。具有军事意义的目标（如飞机、坦克等）一般都比周围环境温度高，因此也就成了热像仪最好的观察对象。
热成像夜视仪是目前技术最为先进的夜视器材，它的第一代产品为光机扫描型热成像仪，主要由光学系统（含扫描器）、红外探测器（含制冷器）、电子放大线路和显示器等几部分组成。其中红外探测器是热成像仪的核心部件和关键技术，它基于内光电效应进行光电探测。为保证红外探测器具有足够的探测灵敏度，需由专门的制冷器对其进行低温制冷。
热像仪的第二代是采用红外CCD焦平面阵列技术的凝视型热像仪。红外焦平面阵列是指放在光学系统焦平面上的一块芯片，在这块如同邮票大小的芯片上，不仅集成了成千上万个红外探测器，而且与各探测器相匹配的信号放大与处理电路也集成在一起，形成一个整体，使第二代热像仪不仅取消了光机扫描器，能够像眼睛一样摄取目标的完整图像，而且缩小了体积，降低了功耗。不仅如此，由于CCD成像器件具有更高的灵敏度和热分辨率，使探测距离和识别能力也有明显提高。
热像仪的工作波段（即红外探测器的敏感范围）可达到中、远红外区域，但由于大气对波长为3—5微米和8—14微米以外的红外线有强烈的衰减作用，所以实际上热像仪主要工作在3—5微米和8—14微米两个红外波段。
综上所述，尽管微光和热成像技术统称夜视技术,而二者又存在区别,即在没有任何光亮的情况下,热像仪可以使用,微光镜则不能看到东西,而且,在明亮的环境中也不能用微光镜观察。相反热像仪不管白天黑夜都能产生图像,因为只要存在温差,就能产生红外线,它看得见任何发射红外线的东西。红外热像仪的缺点是不能给出特别清晰的图像,所以不能说出那人穿什么衣服、长的什么样。在执法行动中两种技术经常配合使用。热像仪用于发现嫌疑犯,而微光镜则用于确认目标。对于执法人员来说,在黑暗中能够看得见十分重要。德克萨斯州乔治敦的巡警兼热像摄像员凯利·德沃尔对此深有感触："利用这种技术,警员要安全得多,它能使警员发现周围潜在的威胁,沿尽可能安全的路线,接近并逮捕嫌疑犯,没有夜视器材,有时难免会和犯罪分子直接碰面。"
随着夜视技术的不断进步，使人的视力延伸到过去被夜幕笼罩的空间，而且使夜战的获取能力、机动能力、协同能力和打击力增倍。
随着夜视技术的不断进步，使人的视力延伸到过去被夜幕笼罩的空间，而且使夜战的获取能力、机动能力、协同能力和打击力增倍。
二．警用热像仪的应用
犯罪分子可能从未想到,在寥寥星光的夜幕下,他们的一举一动会清楚地收人警察的眼中。据统计,世界上47%的暴力犯罪案件发生在晚6点到早6点之间。原因很简单----在夜幕的笼罩下,犯分子易于隐蔽,易于接近受害者,犯罪场面也不容易被看见。如今这种情况得到了改观,随着夜视技术的发展,夜幕已不再是犯罪分子的保护伞。相反,通过夜视装置,执法人员可以很容易地发现并惩治企图犯罪的人。
目前,夜视技术在寻找并营救失踪人员、搜寻逃犯、缉毒、监视周边情况等方面都得到了广泛的应用,成为执法中不可缺的工具。在设计者和工作人员的努力下,夜视技术特别是热成像技术的用途越来越广泛,就目前的用途,归纳起来有十几项之多,已经得到广泛认可的几种警察经常用到的有：
1. 建筑物轮廓显示 如今，缉毒行动日渐复杂,许多地方的大麻种植也由室外转到了室内,这给执法人员调查取证增添很大的麻烦。夜视技术的应用解决了这一难题,因为室内种植大麻时要用1千瓦的大卤光灯照明以提供生长所需的光和热。这些灯在加热建筑物内部的同时.热量会向建筑物外表面辐射,通过热像仪能够看到这种热量在挥发,从而为警察缉毒行动提供帮助。
1. 建筑物轮廓显示 如今，缉毒行动日渐复杂,许多地方的大麻种植也由室外转到了室内,这给执法人员调查取证增添很大的麻烦。夜视技术的应用解决了这一难题,因为室内种植大麻时要用1千瓦的大卤光灯照明以提供生长所需的光和热。这些灯在加热建筑物内部的同时.热量会向建筑物外表面辐射,通过热像仪能够看到这种热量在挥发,从而为警察缉毒行动提供帮助。
2. 完成营救任务、搜寻逃犯 用微光镜和热像仪可以通宵寻找失踪人员或逃犯。人是热的强辐射体,通过热像仪很容易确定他们的位置。使用热像仪还可以发现躲藏在隐蔽物内的人。例如,乔治敦警察局在押送两名罪犯时,由于疏忽致使罪犯逃脱,于是警察立即开始追捕行动。其中有一名逃到一片草木丛生的地带后，隐藏了起来.警察三次经过罪犯藏身的地点,用手电筒也没找到。最后使用雷西昂公司生产的手持式热像仪,仅用了25秒就抓到了罪犯。
3. 保障警员安全 使用夜视技术警员能在夜间发现嫌疑犯,而自己不被看到。在加利福尼亚曾有这样一个案例,毒品管制局的执法人员用热像仪监视一伙涉嫌秘密制造毒品的犯罪团伙,这伙不法之徒在山里的据点中活动猖獗。每到夜里都要出来寻找在树林中监视他们的警察,警员们在林地中用热像仪使自己一直未被这伙歹徒发现,保证了自身的安全。
4. 车辆跟踪 车辆在使用时和使用之后都散发出大量的热。热辐射不仅来自发动机,而且来自轮胎、刹车和排气管。用配有热像仪的警用直升机可以从空中跟踪嫌疑犯的车辆,即使在其不开车灯时也一样能做到。装有车载热像仪的巡逻车还可以靠探测刚熄火车辆的散热,跟踪驶入停车场中的或已远离的疑犯车辆。
5. 发现弄乱的表面 用肉眼也许看不出复原的土壤表面,但用热像仪则可以看出来,因为当某处的表面被弄乱时,该表面的热轮廓也会被破坏,翻过的土壤热辐射也和压实的土壤不同。通过热像仪的这种功能可以找到被埋的东西。警察曾处理过这样一个案例,一男子盛怒之下,杀死自己的妻子,为掩盖罪证,该男子将尸体埋在后院,并用草皮盖住埋尸地点,该男子自以为做得天衣无缝,但警察使用热像仪很快就找到了尸体。如今,执法机关已经开始使用热像仪寻找受害者的埋藏地点。一般认为用热像仪能找到90天内的新坟,但最近美国地理协会用热像仪发现了2000年前的一座埃及古基。
6. 发现暗藏的隔层 汽车厂经常用热像仪检查汽车是否存在故障。警察将热像仪的这一用途用于检查车辆有无隔层。毒品贩子常常将毒品放在轮胎、假的气罐和回气管或车辆的其它舱室中,光靠肉眼检查很难发现这些破绽。通过热像仪则简单的多,如车辆有两个回气管并有一个是假的,通过热像仪观察会发现,使用中的回气管显得发白发热,而另一个则无此现象。据悉,美国一墨西哥边界的联合联邦检查组采用这种方法,已经发现企图过境的几千件毒品和不法侨民的走私物品。
7. 周边监视 在搜捕疑犯或处理紧急情况的时候,警察所采取的第一个行动就是对事故地点进行封锁并在周边派出警戒,防止疑犯逃跑或有人进入警戒区域干扰办案,通过手持的或装在车上的热像仪可以使周边控制更加有效。如今,许多国家已经开始使用夜视技术对罪犯管教机构、工厂和机场等地的周边地带进行昼夜监视,防止意外。热像仪还可以帮助警察检查商业区的安全。因为热像仪不能透视玻璃,通常窗户看上去与墙是一体的,如果用热像仪看到了屋子里的东西,就说明窗户是打开的或是被打破了,因而该房子已经或正在被盗。利用这一办法既有效又节省时间。
8. 环境保护 油、化学物品等污染物发出的热辐射与其周围的土壤或水发出的辐射不同。通过热像仪能够跟踪这些污染物并寻其源头。这一用途是在美国毒品管制局跟踪一条来自南美洲的船只时发现的。该船驶进纽约港时,通过热像仪观察到了它将污水系统打开并将污水倒入海港的过程。此次事件后,美国毒品管制局、联邦调查局等机构开始借助自身优势,自觉地参与到了环境保护中。如今,热像仪已被环保组织大量用于寻找那些造成污染的工厂、清除水上浮油等行动中。
9. 检测遗留痕迹 热像仪对交通警察同样也有很大的帮助,在交通事故现场使用热像仪有助于他们更准确地测定滑行痕迹,考察滑行情况。刹车时,仅会有较少的橡胶留在路面上,采用传统方法很难准确测定滑行距离及撞车时车辆的速度。但轮胎在与路面摩擦时会产生热量,而热像仪能够看到这些痕迹,所以热像仪可以用于获得滑行数据。在驾驶员开始踩刹车的地方就会有滑行的影像痕迹,由此就能确定该驾驶员实际上开得有多快。
热像仪也可帮助警察确定滑行痕迹是属于哪一辆车的。当有若干可见的滑行痕迹与事故无关时,这一用途就显得很重要,因为要确定哪条痕迹是哪辆车留下的并不容易。
犯罪现场调查是热像仪的又一新用途。热像仪可以协助警察收集证据,或确认关键证据。墙上或地板上的血虽然经过清洗,仍然会留下热像仪能够看出来的热特征。热像仪不能识别该物质的类型,但是它可以引起调查人员的注意。美国普莱诺警察局的警员曾经做过这样一个试验,在墙上写字后,将字涂掉,用热像仪仍能发现字的痕迹。但是这些热特征的存在时间很短,时间长短取决于大气条件。手印可存留15分钟，但如果天气寒冷或有风,痕迹将很快消失。
4. 车辆跟踪 车辆在使用时和使用之后都散发出大量的热。热辐射不仅来自发动机,而且来自轮胎、刹车和排气管。用配有热像仪的警用直升机可以从空中跟踪嫌疑犯的车辆,即使在其不开车灯时也一样能做到。装有车载热像仪的巡逻车还可以靠探测刚熄火车辆的散热,跟踪驶入停车场中的或已远离的疑犯车辆。
5. 发现弄乱的表面 用肉眼也许看不出复原的土壤表面,但用热像仪则可以看出来,因为当某处的表面被弄乱时,该表面的热轮廓也会被破坏,翻过的土壤热辐射也和压实的土壤不同。通过热像仪的这种功能可以找到被埋的东西。警察曾处理过这样一个案例,一男子盛怒之下,杀死自己的妻子,为掩盖罪证,该男子将尸体埋在后院,并用草皮盖住埋尸地点,该男子自以为做得天衣无缝,但警察使用热像仪很快就找到了尸体。如今,执法机关已经开始使用热像仪寻找受害者的埋藏地点。一般认为用热像仪能找到90天内的新坟,但最近美国地理协会用热像仪发现了2000年前的一座埃及古基。
6. 发现暗藏的隔层 汽车厂经常用热像仪检查汽车是否存在故障。警察将热像仪的这一用途用于检查车辆有无隔层。毒品贩子常常将毒品放在轮胎、假的气罐和回气管或车辆的其它舱室中,光靠肉眼检查很难发现这些破绽。通过热像仪则简单的多,如车辆有两个回气管并有一个是假的,通过热像仪观察会发现,使用中的回气管显得发白发热,而另一个则无此现象。据悉,美国一墨西哥边界的联合联邦检查组采用这种方法,已经发现企图过境的几千件毒品和不法侨民的走私物品。
7. 周边监视 在搜捕疑犯或处理紧急情况的时候,警察所采取的第一个行动就是对事故地点进行封锁并在周边派出警戒,防止疑犯逃跑或有人进入警戒区域干扰办案,通过手持的或装在车上的热像仪可以使周边控制更加有效。如今,许多国家已经开始使用夜视技术对罪犯管教机构、工厂和机场等地的周边地带进行昼夜监视,防止意外。热像仪还可以帮助警察检查商业区的安全。因为热像仪不能透视玻璃,通常窗户看上去与墙是一体的,如果用热像仪看到了屋子里的东西,就说明窗户是打开的或是被打破了,因而该房子已经或正在被盗。利用这一办法既有效又节省时间。
8. 环境保护 油、化学物品等污染物发出的热辐射与其周围的土壤或水发出的辐射不同。通过热像仪能够跟踪这些污染物并寻其源头。这一用途是在美国毒品管制局跟踪一条来自南美洲的船只时发现的。该船驶进纽约港时,通过热像仪观察到了它将污水系统打开并将污水倒入海港的过程。此次事件后,美国毒品管制局、联邦调查局等机构开始借助自身优势,自觉地参与到了环境保护中。如今,热像仪已被环保组织大量用于寻找那些造成污染的工厂、清除水上浮油等行动中。
9. 检测遗留痕迹 热像仪对交通警察同样也有很大的帮助,在交通事故现场使用热像仪有助于他们更准确地测定滑行痕迹,考察滑行情况。刹车时,仅会有较少的橡胶留在路面上,采用传统方法很难准确测定滑行距离及撞车时车辆的速度。但轮胎在与路面摩擦时会产生热量,而热像仪能够看到这些痕迹,所以热像仪可以用于获得滑行数据。在驾驶员开始踩刹车的地方就会有滑行的影像痕迹,由此就能确定该驾驶员实际上开得有多快。
热像仪也可帮助警察确定滑行痕迹是属于哪一辆车的。当有若干可见的滑行痕迹与事故无关时,这一用途就显得很重要,因为要确定哪条痕迹是哪辆车留下的并不容易。
犯罪现场调查是热像仪的又一新用途。热像仪可以协助警察收集证据,或确认关键证据。墙上或地板上的血虽然经过清洗,仍然会留下热像仪能够看出来的热特征。热像仪不能识别该物质的类型,但是它可以引起调查人员的注意。美国普莱诺警察局的警员曾经做过这样一个试验,在墙上写字后,将字涂掉,用热像仪仍能发现字的痕迹。但是这些热特征的存在时间很短,时间长短取决于大气条件。手印可存留15分钟，但如果天气寒冷或有风,痕迹将很快消失。
应用 一般来讲，夜视仪的用途包括：
军用
执法
狩猎 野外观察
监视
安全
导航
隐蔽目标观测
娱乐
夜视仪最早被用来在夜间对敌方目标进行定位。目前军队系统仍然大范围地使用夜视仪，除了上述用途以外，还包括导航、监视、瞄准等用途。警方和安全部门经常使用热成像和图像增强这两种技术，特别是用它们进行监视。猎手和热爱大自然的旅人们依靠NVD，就能在夜间驾轻就熟地穿过森林。
侦探和私家侦探会利用夜视仪探查人们是否有不轨行为。不少商业机构也会利用安装在固定位置的夜视摄像头监测周围环境。
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