浅析影响夜视仪器观察的因素_电子论文发表

浅析影响夜视仪器观察的因素

崔宇，张志平，王大伟

摘 要：本文浅析了影响夜视仪器观察的基本因素。从外部因素(人眼的视觉、辐射源、大气效应)与内部因素(像管、夜视仪的光学系统、高压供电系统)分析了各影响因素的本质和产生影响的特点，以此来论述夜视仪的发展依据及正确使用所应注意的问题。

关键词：夜视仪器；像管；辐射；成像

引言

随着科学技术的不断的发展，各类夜视仪器的广泛使用，影响其夜间观察的因素也同时暴露出来，主要体现在以下几个方面：

1、人眼的视觉：图像探测、识别和辨认目标。

2、辐射源：人工辐射源、自然辐射源。

3、大气效应：辐射在大气中的传输。

4、像管：把辐射能转换为电信号，再将电信号转换为可供观察的可见光学图像。

5、夜视仪的光学系统：接收辐射能与成像。

6、高压供电系统：提供夜视仪工作的直流高压电源。

本文将就以上影响夜视仪器观察的六个主要因素分别加以分析，以便能够对夜视仪器的正确使用、改进与发展等起到一定作用。

一、人眼的视觉

使用夜视仪器的目的是要将人眼的视觉范围扩大到微光以及红外等区域。因此，人眼是夜视问题的出发点和归宿。

人眼的视觉是由于视网膜受光照时，视神经受到刺激而引起的。视网膜的感光结构是锥状细胞和杆状细胞。锥状细胞所占的比例大，具有分辨率高和分辨颜色强的特点；杆状细胞对光灵敏度高，但不能辨别颜色。在白天时是感光灵敏度不高的锥状细胞工作，而夜间则主要是鉴别率低的杆状细胞工作。因此，人眼在夜间很难分辨出远方物体的颜色。同样夜间使用夜视仪时也不能分辨颜色，这也是夜视仪器同可见光观察仪器的根本区别所在。

当人眼通过夜视仪器观察时，观察者在荧光屏上所看到的目标像的亮度，背景亮度，目标对比度，以及最小鉴别角，都与裸眼直接观察时不同。而荧光屏的背景亮度和目标亮度又直接受辐射源所影响。下面我们就对辐射源的有关因素进行分析如下。

二、辐射源

辐射源是影响夜视仪器夜间观察的因素之一，它一般可分为人工辐射源和自然辐射源。

（一）人工辐射源

人工辐射源是指人工制造的、供夜视仪夜间观察所使用的各种灯源。它对于主动式红外夜视仪来说，红外线灯的性能直接影响了主动式红外夜视仪的观察距离和清晰度。因此，对红外线灯有如下要求：

1、光源的光谱分布与系统的工作光谱范围要尽量相匹配；

2、光源启动过渡时间短，能迅速达到稳定辐射状态；

3、发光效率高。

（二）自然辐射源

自然辐射源是指太阳、月球、地球表面、行星、恒星、云、大气等辐射源。对于微光夜视仪来说，自然辐射源的强度，尤其是星光、月光的辐射强度对其观察距离和清晰度的影响最大。

在夜间亮度中，大气辉光占40％以上，而且在红光区增加得很快，以致于波长在1.5～1.7 μm范围内，比满月光还强。因此对红外夜视仪的观察有利。

夜天空辐射是由上述各种自然辐射源的辐射共同形成。它包括有可见光成份和近红外成份。这正是微光夜视系统所利用的波段。其光谱分布线如图1所示。

Fig．1 Spectral remittance of sky at night

三、大气效应

随着夜视技术的发展，愈来愈要求夜视仪器增加作用距离。但这种要求受到许多因素的限制，其中之一就是大气效应问题。即辐射在大气传输中的衰减或透过率问题。辐射的大气透过率取决于大气气体的性质和它的浓度与分布。也取决于气象条件，特别是在下层大气中，水蒸汽、其它气体和尘粒的含量不断变化着，这对夜视仪器的观察距离有很大影响。

四、像管

像管是像增强器和变像管的统称。它是微光夜视仪和主动式红外夜视仪的核心部件。由于像管是实现图像的电磁波谱转换和亮度增强的器件，因而，它对夜视仪器观察效果是一个最重要的决定性因素。它是通过三个环节来完成的。第一个环节是将接受的微弱辐射光学图像转换成电子图像；第二个环节是使电子图像获得能量或数量的增强，并重新聚焦成像；第三个环节是将增强的电子图像转换成可见光图像。这三个环节分别由光电阴极、电子光学系统、荧光屏所构成。这三个部分是影响夜视质量的关键。

五、夜视仪的光学系统

夜视仪器的光学系统同昼视仪器的光学系统有所不同。由于夜视仪器是用于夜间观察和瞄准的，因此，在视场、放大率等方面都有不同于昼视仪器的要求。

（一）夜视系统的视场

夜视系统的视场光栏是光电阴极面的固定框。当物镜确定后，视场越大，则要求像管的有效光电阴极面的直径越大。而反过来则要求物镜适合一定的焦距以适应放大率。总之，确定夜视系统的视场，除了根据系统的使用要求外，还要考虑技术上实现的可能条件，另外还要综合考虑视场和其它性能(例如，放大率)的相互关系。

（二）放大率

夜视系统的放大率由物镜焦距、目镜焦距及夜视器件的线性倍率决定。通常，主动式红外夜视系统的放大率4X～8X之间，而直视微光夜视系统的放大率4X～9X之间。但驾驶员夜视仪的放大率是lX。为的是有一个较大的视场用来观察道路和战场；另外，放大率为lX能使观察感觉不到有失真现象，便于驾驶员判断目标的大小。

六、高压供电系统

无论什么样的夜视仪都有一个高压供电问题。高压供电问题是夜视仪进行正常工作的基本条件之一。高压输出偏低或不稳的原因之一是供给高压电源工作的直流低压电压偏低或供电线路接触不良。其二是稳压电路出现故障也会引起高压输出不稳。此外，由于车辆的剧烈振动，气候的忽冷忽热而导致的连接部位接触不良，也会影响直流高压的正常输出，成为影响夜视观察的一个外部因素之一。

通过对以上影响夜视仪器观察的六个方面的因素分析，系统地阐述了各影响因素的实质。这些因素对于夜视仪器的研制和改进，以及正确使用都有着重要的意义。目前，我国的夜视仪发展水平相对于国外的一些发达国家还有一定差距。但随着我国高新技术的发展，相信一定会在夜视技术上达到或超过发达国家的水平，以适应未来的需要。

参考文献

[1]张敬贤，李玉丹．微光与红外成像技术．北京理工大学出版社，1991；

[2]季向琦，黄应清．夜视原理与仪器．装甲兵工程学院，1993；

[3]王秋贵，薛南斌．光学仪器构造原理与修理．装甲兵技术学院，2000。