论文红外与夜视仪
红外热成像系统论文
摘要近年来，红外热成像仪在军事和民用方面都得到了广泛的应用，红外探测器是红外热成像仪的基础，成像电路性能的好坏直接决定着最终的成像效果，因此，设计优秀的红外成像电路有着十分重要的意义。
本文设计了一种基于ULIS公司的非制冷红外焦平面探测器——UL03191的成像电路。
系统采用Altera公司的Cyclone系列FPGA EP1C12Q240作为核心完成成像电路的硬件设计，包括电源电路，存储电路，晶振和复位电路等，使用Ti公司的专用CCD采样芯片VSP2262进行A/D转换，并且在FPGA上实现了盲元替换和使用两点法进行红外成像的非均匀性校正。
本设计在Altera公司的Quartus Ⅱ环境中使用VHDL语言进行开发，并在Quartus Ⅱ自带的仿真器中进行仿真、验证，很好地完成了图像信号的读出与处理，保证了图像信号的实时性和准确性。
关键词：成像电路设计，非均匀性校正，FPGA，VHDLAbstractIn recent years, the infrared thermal imaging instruments have been widely used in the military and civilian aspects, infrared detector is the basis for infrared thermal imaging instruments, imaging circuit’s performance will determine the final results directly, and therefore, designing excellent infrared imaging circuit is very important.In this paper, an infrared imaging circuit is designed based on UL03191-a ULIS's uncooled infrared focal plane detector. The system uses Altera's Cyclone series FPGA EP1C12Q240 as a core to complete the circuit design of hardware, including power circuit, storage circuit, crystal and reset circuit, uses Ti's exclusive CCD sampling chip VSP2262 as a A/D converter, and uses FPGA to achieve bad pixel replacement and non-uniformity correction based on two-point correction.Using VHDL language, the design is developed in Altera's Quartus ⅡⅡe, to environment , using the Quartus 's own simulator to simulate and validat complete the image signal processing and read out, ensuring that the image signals in real time and accuracy.Key words: imaging circuit design, non-uniformity correction, FPGA, VHDL目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (III)第1章绪论 (1)1.1课体背景 (1)1.2红外热像仪发展情况 (1)1.3课题任务 (2)1.3.1非制冷红外焦平面探测器读出电路设计 (2)1.3.2非均匀性校正与盲元替换在FPGA上的实现 (2)1.4论文主要完成的工作 (3)1.5本章小结 (3)第2章非制冷红外焦平面探测器分析 (4)2.1概述 (4)2.2UL03191典型参数 (5)2.3UL03191外部引脚图 (5)2.4UL03191时序分析 (6)2.5本章小结 (6)第3章成像电路设计 (7)3.1总体设计框图 (7)3.2红外焦平面阵列单元电路设计 (9)3.3温度控制模块电路设计 (10)3.4A/D转换单元电路设计 (10)3.5缓存单元电路设计 (12)3.6Flash单元电路设计 (13)3.7电源电路设计 (13)3.8晶振与复位单元电路设计 (14)3.9JTAG单元电路设计 (15)3.10FPGA单元设计 (15)3.11本章小结 (15)第4章程序设计与仿真 (16)4.1Quartus Ⅱ开发环境 (16)4.2VHDL语言简介 (16)4.3程序整体构架 (17)4.4分频程序单元设计 (18)4.5红外焦平面阵列驱动程序单元设计 (19)4.6A/D转换驱动程序设计 (21)4.7盲元替换程序单元设计 (23)4.8非均匀性校正程序单元设计 (24)4.9灰度储存 (25)4.10本章小结 (25)第5章总结 (26)致 谢 (27)参考文献 (28)第1章绪论1.1 课体背景红外线是太阳光谱中红光外侧的不可见光，其显著特征是具有热效应。
红外线毕业论文
红外线毕业论文红外线毕业论文红外线技术是一种在现代科学和工程领域中广泛应用的技术。
它不仅在军事、安防、医学等领域发挥着重要作用，还在日常生活中得到了广泛应用。
本文将探讨红外线技术的原理、应用以及未来发展趋势。
一、红外线技术的原理红外线是一种电磁波，其波长介于可见光和微波之间。
红外线的产生主要是由于物体的热辐射。
根据物体的温度不同，会产生不同波长的红外线。
红外线的波长范围通常被分为近红外、中红外和远红外三个区域。
红外线技术的原理主要包括红外辐射、红外传感器和红外成像。
红外辐射是指物体根据其温度发出的红外光，红外传感器则可以接收并转换这些红外光信号。
红外成像则是利用红外传感器对红外光信号进行处理和分析，从而得到物体的热分布图像。
二、红外线技术的应用1. 军事领域红外线技术在军事领域中有着广泛的应用。
例如，红外线夜视仪可以通过接收周围环境中的红外辐射，将其转换成可见光，从而使士兵在夜间或恶劣的天气条件下能够清晰地观察到目标。
此外，红外线导弹制导系统也是军事领域中红外线技术的重要应用之一。
2. 安防领域红外线技术在安防领域中也扮演着重要的角色。
红外线感应器可以通过检测物体的红外辐射来实现入侵检测、人员跟踪等功能。
此外，红外线摄像机也被广泛应用于监控系统中，可以在夜间或低照度环境下提供清晰的图像。
3. 医学领域红外线技术在医学领域中也有着广泛的应用。
例如，红外线热成像技术可以通过检测人体表面的红外辐射来获得人体的热分布图像，从而实现早期疾病的诊断和治疗。
此外，红外线激光也被用于医疗手术中，例如激光手术刀可以用于眼科手术和皮肤手术等。
三、红外线技术的未来发展趋势随着科技的不断进步，红外线技术也在不断发展和创新。
未来，红外线技术有望在以下几个方面得到进一步的应用和发展。
1. 智能家居随着物联网的兴起，智能家居已经成为一个热门的领域。
红外线技术可以与智能家居系统结合，实现对家庭设备的远程控制。
例如，通过红外线遥控器可以控制电视、空调等设备，实现智能化的家居体验。
红外与夜视
红外成像技术作业专业：光信息科学与技术班级：xxx姓名：xxx学号：xxx红外成像1.应用背景及现状分析1.1应用背景1.1.1 红外成像具有作用距离远、抗干扰性好、穿透烟尘雾霾能力强、可全天候、全天时工作等优点，在军用和民用领域都得到了极为广泛的应用。
在军事上，包括对军事目标的搜索、观瞄、侦察、探测、识别与跟踪；对远、中、近程军事目标的监视、告警、预警与跟踪；红外成像的精确制导；武器平台的驾驶、导航；探测隐身武器系统，进行光电对抗等。
在民用领域，在工业、遥感、医学、消费电子、测试计量和科学研究等许多方面也得到广泛应用。
目前国外红外成像器件已发展到了智能灵巧型的第四代，在光电材料、生产工艺、成像质量及系统应用等方面都取得了丰硕的成果，但是国内红外相关技术研究与生产起步较晚，并且受工业基础制约，发展远滞后于国外，而市场需求却持续强劲，无论在军用还是民用领域都有巨大的发展空间。
1.1.2以下红外成像新技术发展及其市场前景进行展望：国内从上世纪80年代后期陆续开始了红外焦平面探测器的研制。
尽管国内的第二代、第三代红外焦平面技术在材料、器件工艺、读出电路、杜瓦和致冷等方面取得一些进展，完成了少数器件的研制，但还有许多关键技术还没有完全突破，可靠性、工程化、通用化与标准化水平有待进一步提高；第四代产品还刚开始进行技术突破，到目前为止，只有为数很少的工程化产品提供军方使用。
目前实现批量生产的焦平面探测器组件相当于西方国家较早一段时期的水平。
红外探测器技术总体水平与西方发达国家相比仍有较大差距。
未来红外焦平面探测器的主要发展趋势包括：更大规格、更高性能、多色/多波段探测、信息处理高速智能化、非致冷（含提高工作温度）、光机电集成一体化等，器件制作将主要依托分子束外延（MBE）多层材料精密生长技术、微电子行业中的超大规模集成电路技术和微纳结构精细加工技术。
当前红外成像光学系统的发展，采用了当今各种先进的设计方法和新型技术，包括采用新型光学材料、无热技术、多色宽波段消热差/消色差技术、全局优化设计方法与新型结构，如非球面光学系统、二元衍射光学系统、混合折叠系统等，直至近年来发展到新的自由曲面（free form）成像系统，对红外光学系统能很好地适应恶劣现实环境，满足多色宽波段共孔径、小体积、集成化、高像质等要求，有着极其重要的意义。
红外夜视技术漫谈-夜视仪和战争
红外夜视技术漫谈----夜视仪和战争古今中外的战场上，人们十分重视利用夜幕掩护，夺取白天难以取得的战果。
在朝鲜战场上，美军曾发出"太阳是我们的，月亮是中国人的"叹息。
然而，纵观近期几场局部战争，美军却几乎全是从夜间发起的。
正如海湾战争中的美军空战主要指挥官、空军少将格罗松说："永远不要忘记，海湾战争的开始、作战和获胜都是在夜间。
"美军从怯于夜战到敢于夜战，要归功于夜视技术。
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。
在夜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，所以又叫作夜微光。
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"。
这是造成人们在夜暗环境中不能正常观察的一个原因。
夜暗环境中，除了有微光存在外，还有大量的红外光。
世界上一切物体每时每刻都在向外发射红外线，所以无论白天黑夜，空间都充满了红外线。
但红外线不论强弱，人们都不能看到。
夜视器材就是利用微光和红外线这两个条件，把来自目标的人眼看不见的光（微光或红外光）信号转换成为电信号，然后再把电信号放大，并把电信号转换成人眼可见的光信号。
这种光-电-光的两次转换乃是一切夜视器材实现夜间观察的共同途径。
1934年，荷兰的霍尔斯特（G·Holst）等人制成第一只近贴式红外变像管，树立起了人类冲破夜暗的第一块里程碑。
随着夜视技术的不断进展，品种不断增多，目前主要有：一、主动式红外夜视仪主动式红外夜视仪目前发展较为成熟，造价低廉，而且由于自身携带红外光源，所以受环境照明条件的影响较小，观察效果比较好。
观察实用距离一般300米左右，主要用于近距离侦察与搜索、短射程武器的夜间瞄准和各种车辆的夜间驾驶。
缺点主要是容易暴露。
因为红外探照灯发射的红外光束虽不能被肉眼察觉，但能被对方用仪器探测到。
红外高清夜视仪
奥尔法B550是在夜视镜上第一次采用双筒望远镜的结构，是一款真正能够成为双筒夜视镜，不但使用方便，另外一点这种结构，大大加大了通光率，提高了夜视镜的亮度，观测距离和清晰度。在2010年奥尔法B550（560升级版）前560面市有，在市场上引起巨大轰动，当年就成为双筒夜视镜全球销售冠军。
博士能260501是世界首款双筒数码夜视仪，2014年在美国上市，就被警用、执法部门、军方大量采购，销量最大的双筒数码夜视仪，4月份在中国上市，为双目数码夜视仪。是世界上唯一一款双筒数码夜视仪，这款数码夜视仪2014年在美国销量为新品销量最大的数码夜视仪，此款仪器可支持SD卡，可拍照、摄像、白天彩色成像，夜晚黑白成像，红外灯有三种高、中、低、来设置，亮度可调，可连接TV、显示屏显示。在中国上市两个月，迅速成为数码夜视仪的佼佼者，在数码夜视仪里面与奥尔法CS-8相提并论。这款产品清晰度极其的高，是1代+夜视的精品。如果您觉得二代夜视仪2万多的价格太高，选择这款博士能260501，售价在6980元。
育空河 海盗3X42 1代 物镜调焦 不可调 低 3500
育空河 美双 2.5X42 1代 物镜调焦 不可调 低 3000
脉冲星 75096 2.7X50 1代+ 物镜调焦 不可调 中 5000
脉冲星 75097 3.5X50 1代+ 物镜调焦 不可调 中 5500
2. 中央调焦
中央调焦，是所有光学设备的主流调焦方式。其优点是调焦快捷，并且非常准确，同时中央调焦设计，能够提高光线进入增像管的通光率，所以中央调焦的双筒望远镜清晰度更高，观测距离更远。。作为双筒夜视仪，其缺点是：生产成本高，技术要求高。
大家会觉得，几十元的双筒望远镜都是中央调焦的，既然中央调焦的结构好，为什么夜视仪不都采用中央调焦。这是因为，双筒望远镜是纯光学设备，不涉及到电子部件，所以中央调焦对于望远镜来说非常简单。但是对于夜视仪来说，就非常复杂了。加上夜视仪内部还有一个最为重要的设备-增像管。所以中央调焦对夜视仪的生产技术要求非常高，一旦品牌技术不成熟，就会导致不同轴的问题。
红外线夜视仪原理
红外线夜视仪原理红外线夜视仪是一种利用红外线技术来观察黑暗环境下物体的设备。
它通过接收和处理环境中的红外辐射，将其转化为可见光，从而使用户能够在夜间或低光条件下看清物体。
红外线夜视仪的原理是基于红外线的物理特性和人眼对不同波长光的感知能力。
首先，红外线是一种波长长于可见光的电磁波，它在光谱中的位置介于可见光和微波之间。
红外线夜视仪利用的是红外线在环境中的发射和反射特性。
在夜间或低光条件下，物体会发出或反射出一定强度的红外辐射，而人眼无法直接感知这种辐射。
红外线夜视仪的传感器可以接收并放大这种红外辐射，然后将其转化为可见光信号，使用户能够看清周围的环境。
其次，红外线夜视仪利用的是人眼对不同波长光的感知能力。
人眼对于不同波长的光有不同的感知能力，其中包括可见光和一部分红外光。
红外线夜视仪通过将接收到的红外辐射转化为可见光信号，使用户能够在黑暗中看到物体的轮廓和细节。
这种原理类似于热成像技术，但红外线夜视仪更加便携和实用，广泛应用于军事、安防、夜间观测等领域。
红外线夜视仪的工作原理可以简单总结为，接收红外辐射、放大信号、转化为可见光。
它通过高灵敏度的传感器接收周围环境中的红外辐射，然后经过信号放大和处理，最终转化为用户可以看到的图像。
这种技术在黑暗中具有重要的应用价值，不仅可以提供夜间观测和监控功能，还可以用于搜索救援、夜间驾驶、狩猎等活动。
总的来说，红外线夜视仪是一种利用红外线技术实现夜间观测的设备，其原理基于红外辐射的接收和转化。
通过将环境中的红外辐射转化为可见光信号，红外线夜视仪使用户能够在黑暗中看清物体，具有广泛的应用前景和重要的实用价值。
随着红外技术的不断发展和成熟，红外线夜视仪将在更多领域得到应用，并为人们的生活和工作带来更多便利。
战争中的夜视与红外技术应用
战争中的夜视与红外技术应用战争是人类历史上的重要现象，而现代战争已经进入了高科技时代。
在现代战争中，夜视与红外技术的应用起到了至关重要的作用。
本文将从夜视技术和红外技术两个方面，探讨其在战争中的应用，并分析其对战争的影响。
一、夜视技术的应用夜视技术是一种利用光电子器件将弱光增强的技术。
在夜晚或光线较暗的环境下，夜视技术可以通过有效地获取周围的微弱光线，使人眼看到更清晰的图像。
在战争中，夜视技术的应用可以大大提高士兵的作战能力，为敌情侦查、夜间巡逻、特种任务等提供有力的支持。
首先，夜视技术可以大幅度提升战场的情报收集能力。
士兵配备夜视仪后，能够在夜间获取敌军的情报，提前了解对方的动态。
夜视仪可以将微弱的光线转变成清晰的图像，使士兵能够更容易观察到敌方的行动，从而采取相应的应对措施。
这在夜间阵地防守和突袭等作战行动中尤为重要。
其次，夜视技术还可以增强士兵的作战意识和反应能力。
在黑暗环境下，士兵的视野受限，容易受到敌方的偷袭。
而夜视仪的使用，则使得士兵能够清晰地观察到周围的环境，提前掌握敌人的存在。
这样一来，士兵不仅能够更准确地目标射击，还能更加灵敏地做出反应，保护自己和战友的安全。
再次，在夜间追踪和搜捕敌人时，夜视技术能够大大提高士兵的作战效率。
夜视仪的应用可以帮助士兵发现隐藏在黑暗中的敌人，追踪其行动轨迹，更好地展开搜捕行动。
这对于打击敌方游击队、切断敌人后方补给线等任务，有着重要的意义。
二、红外技术的应用红外技术是一种利用物体自身的红外辐射进行侦测和观测的技术。
在战争中，红外技术的应用可以在夜间或低能见度条件下，实现对敌方目标的探测、识别和跟踪。
首先，红外技术可以进行隐蔽目标探测。
在夜间或者有烟雾、浓雾等条件下，常规的观察手段往往不起作用。
而红外技术则可以通过探测物体的红外辐射，精准地寻找隐藏在黑暗中的敌人。
这种能力在山地战和丛林作战中尤为重要，可以有效地发现并消灭隐藏在地形、植被中的敌人。
其次，红外技术可以进行目标识别和跟踪。
红外夜视探讨
红外夜视探讨0点视频监控的发展方向在于室外，室外监控的发展方向在于夜视，夜视的发展方向在于红外，这个趋势越来越明显。
在红外夜视这个领域，中国企业已经走在世界最前列，一些先进技术令国外同行望尘莫及。
但是，这毕竟是一个新兴产业，大量劣质产品泛滥市场，影响了人们对红外夜视产品的信任。
还有一些当年很领先的企业，死抱暴利不放，技术上固步自封，被快速发展的市场抛在后面，很是遗憾。
在深圳安防展会上，看到一个似乎很专业的红外灯厂家，做了一个很大的圆形红外灯，标称可以达到几千米，咨询他配套什么样的摄像机，什么样的镜头，在什么环境下才可以达到标称的效果，则不知所云。
那么多的红外灯制造商都信誓旦旦地标称自己的红外灯是100米或200米等等，从而误导工程商好像红外灯真的有固定照射距离。
而不管厂家如何宣传，工程商就是不信，100米灯能勉强用到50米就不错了，很多负责任的工程商，更是买了无数的红外灯也达不到用户要求。
那么，红外灯真的有固定照射距离吗？红外夜视监控就是红外灯技术吗？从某一方面来看，红外灯不存在固定的照射距离。
客观地说，红外灯要想达到效果，需要优秀的摄像机和性能出色的红外镜头，最好是搭配0.001勒克思以上的红外感应摄像机，最好是黑白的，需要特别的红外镜头，红外透过率达到百分之九十五以上。
问题是，这种摄像机一般价格昂贵，而真正红外透过率达到百分之九十五以上的镜头更是比较难做。
所以，能够最大限度提高红外灯在标称距离内的发光强度则是我们首要考虑的，我们要求做到即便客户是使用普通彩转黑摄像机和普通镜头也能达到一个比较满意的效果。
1、红暴问题：有些厂家把能不能做出无红暴红外灯当做一个技术问题来宣传，好像有红暴就是低技术，没有红暴就是高技术。
其实，有没有红暴只是一个选择问题，并不是技术问题。
我们知道，波长超过700nm的光线叫做红外线，900nm以上的红外线基本没有红暴，波长越短（越接近可见光），红暴越强，同时，摄像机感应红外线效率也越高。
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1基于微光与红外融合的夜视技术关键字：红外器件红外焦平面阵列微光夜视仪夜视技术光机扫描红外热成像红外热像红外图像量子效率BCG-MCPIV摘要：以像增强器为主线概述微光成像技术,以红外探测器为主线概述红外热成像技术,分别介绍各自的发展历程、技术特点和发展趋势,并对这二种夜视技术进行了比较,最后介绍微光图像和红外图像的融合技术。
将微弱的光信号转换成电信号，并进一步放大、转换成可视信号的固态电子器件。
是在黑夜或低照度（小于1勒克斯）下扩展人眼视力的微光夜视技术的关键部件。
其中包括：①直接微光成像器件。
功能是把微弱的光学图像转换成电子图像，再经过增强传递到荧光屏上，以得到人眼可视的照度(1～105勒克斯)和可见的光谱范围(350～760纳米)。
②把微弱光信息转换成视频信号的微电摄像器件。
把收集到的光学图像以其光强的分布转换成电荷量的分布并存储，随后将存储的电荷图像转换成视频信号，从而扩展人眼接收微光信息的范围。
在工、农业、航天、科研、国防、公安等部门中，凡需要采集低照度下的光学信息时，都离不开微光器件。
由微光器件组成的微光夜视仪广泛应用于战术武器和防盗系统。
1背景：20世纪40年代研制成功的主动式红外夜视仪是夜视器材的鼻祖，它的出现使人类第一次看到黑暗中的目标。
主动式红外夜视仪成像清晰，对比度好，但由于需要红外光源照射，存在着能耗大，易暴露的缺点。
1962年，美国人研制成功像增强器，使得夜视器材的发展产生了一个飞跃。
我们平时所谓的黑夜，很少是绝对黑暗的，因为自然界总是存在着微弱的光线，例如星月光，大气的辉光和黄道光。
即使肉眼不容易察觉的星星，对地面的照度仍然可以达到2x10负4次方勒克司。
能够利用如此微弱的光线进行观测，是因为两个技术上的重大突破。
首先，研制成功了灵敏度极高的光电阴极，既S-20多碱光电阴极。
比以前的光电阴极灵敏度提高了一个数量级，使得夜视仪的光电增益大大提高。
另一个突破是采用了光学纤维面板。
既一种由大量光导纤维组成的薄板阵列，每根纤维传导一个像素减少了光的散射，传导效果好，由于可以将纤维的末端排列成曲面，天然的避免了像差，大大提高了成像质量。
将多个上述结构的像增强管串联起来，将光线逐级放大，使得极其微弱光线下的图象放大到了人眼可以清晰观看的程度，便实现了无须红外照明的微光观测。
越南战争时期，美国将利用级联像增强技术投入实战应用，研制成功了第一带微光夜视仪，主要有AN/PVS-2星光镜，AN/TVS-2班组武器瞄准镜和AN/TVS-4微光观察镜。
微光夜视仪的工作原理可以归纳为：目标反射的微弱光线经物镜会聚后在像增强器的阴极面上成像，逐级放大并将红外光转变为可见光，在最后一级的荧光屏上形成有足够亮度和清晰度的图象，供使用者观察。
第二代微光夜视仪微光夜视仪能耗小，但是体积仍然嫌大，越战期间，美国人又研制成了微通道板像增强器，于是第二代微光夜视仪应运而生。
有些材料具有在电子的撞击下能够发射出更多的电子的特性，60年代，材料研究获得突破，导致了微通道板像增强器的诞生。
连续型通道像增强器的原理是一根内壁涂有电子发射材料的细管子，在管子两端的电极上加上直流电压，当电子从管子一头射入时，便在管内来回碰撞，激发出越来越多的电子，这些电子被管壁的电压加速，并且碰撞出的几何级数增加的电子，使得管子末端出射的电子获得很高的增益。
通道电子倍增器的电子增益与管壁内的电子发射材料有关，与通道的长径比有关，与电压有关，但与通道的大小无关，所以可以做的极小，将其并列起来组成阵列，就可以用来传递显示图象了。
单根通道的直径一般为10-12微米，长500微米，一块通道板包含数百万根通道管，既数百万像素，可以使图象的亮度增加几千乃至上万倍。
微通道的制作对工艺的要求很高。
微通道板的制作方法有多种，一般采用实芯拉制法。
所制成的夜视仪像增强器有两种，一种叫做近贴式，一种叫做倒像式。
近贴式微通道板像增强器将通道板放置在光电阴极和荧光屏之间。
阴极发射的电子束在电场作用下打到微通道板上，经过倍增后，投射到荧光屏上成像。
由于结构的关系，这种夜视仪尺寸小，但鉴别率较低，光学增益相对小些，需附加正像装置，又称为薄片管。
倒像式微通道板像增强器，是在荧光屏前面放置微通道板，能达到几万倍以上的光学增益，而且不用再次倒像始于20世纪60年代的微光夜视技术靠夜里自然光照明景物,以被动方式工作,自身隐蔽性好,在军事、安全、交通等领域得到广泛的应用。
近年来,微光夜视技术得到迅速发展,在第一代、第二代、第三代的基础上,第四代技术应运而生。
始于20世纪50年代的红外热成像技术也走过了三代的历程,它以接收景物自身各部分辐射的红外线来进行探测,与微光成像技术相比,具有穿透烟尘能力强、可识别伪目标、可昼夜工作等特点。
可以说,微光成像技术和红外热成像技术已经成为夜视技术的二大砥柱。
2 微光夜视技术及其发展2.1 第一代微光夜视技术20世纪60年代初,在多碱光阴极(Sb-Na-K-Cs)、光学纤维面板的发明和同心球电子光学系统设计理论的完善的基础上,将这三大技术工程化,研制成第一代微光管。
其一级单管可实现约50倍亮度增益,通过三级级联,增益可达5x104～105倍。
第一代微光夜视技术属于被动观察方式,其特点是隐蔽性好、体积小、重量小、成品率高,便于大批量生产;技术上兼顾并解决了光学系统的平像场与同心球电子光学系统要求有球面物(像)面之间的矛盾,成像质量明显提高。
其缺点是怕强光,有晕光现象。
2.2 第二代微光夜视技术第二代微光夜视器件的主要特色是微通道板电子倍增器(MCP)的发明并将其引入单级微光管中。
装有1个MCP的一级微光管可达到104—105亮度增益,从而替代了原有的体积大、笨重的三级级联第一代微光管;同时,MCP微通道板内壁实际上是具有固定板电阻的连续打拿级,因此,在恒定工作电压下,有强电流输入时,有恒定输出电流的自饱和效应,此效应正好克服了微光管的晕光现象;加之它的体积更小、重量更轻,所以,第二代微光夜视仪是目前国内微光夜视装备的主体。
2.3 第三代微光夜视技术第三代微光夜视器件的主要特色是将透射式GaAs光阴极和带Al2O3,离子壁垒膜的MCP 引入近贴微光管中。
与第二代微光器件相比,第三代微光器件的灵敏度增加了4倍-8倍,达到800μA/Im～2600μA/Im,寿命延长了3倍,对夜天光光谱利用率显著提高,在漆黑(10-4lx)夜晚的目标视距延伸了50％-100％。
第三代微光器件的工艺基础是超高真空、NEA表面激活,双近贴、双铟封、表面物理、表面化学和长寿命、高增益MCP技术等,又为发展第四代微光管和长波红外光阴极像增强器等高技术产品创造了良好的条件。
图1所示是用三代微光夜视仪在同样条件下分别获取的图像,从图中可明显看出第三代要优于第二代,而第二代又远远优于第一代。
2.4 微光夜视技术的发展趋势微光夜视器件的研究方向是致力于提高已有的几代产品的性能,降低成本,扩大装备;进一步延伸新一代产品的红外响应和提高器件的灵敏度。
2.4.1 超二代微光夜视技术超二代微光管采用与第三代微光近贴管结构大体相同的技术,主要技术特点是将高灵敏度的多碱光电阴极引入到第二代微光管中,并借用第三代微光MCP、管结构、集成电源以及结晶学、半导体本体特性等机理和工艺研究成果,其成像质量大幅度提高,由于工艺相对简单,价格相对较低,因而成为目前的主流产品。
2.4.2 第四代徽光夜视技术近来,微光管的设计者从MCP中去除离子壁垒膜以得到无膜的微光管,同时增加1个自动门开关电源,以控制光电阴极电压的开关速度,并且改进了低晕成像技术,有助于增强在强光下的视觉性能。
1998年Litton公司首先研制成功无膜MCP的成像管,在目标探测距离和分辨力上有很大的提高,尤其是在极低照度条件下。
其关键技术涉及到新型高性能无膜MCP、光电阴极与MCP间采用的自动脉冲门控电源及无晕成像技术等。
这种无膜的BCG-MCPIV代微光管技术虽然刚刚起步,但良好的性能使其必然成为本世纪微光像增强技术领域的新热点。
3 红外成像技术及其发展3.1 第一代红外热像技术热成像技术的发展始于上世纪50年代,起初只能研制出基于单元器件的热像仪,场频较低,只限于小范围应用。
直到20世纪70年代中长波碲镉汞(MCT)材料与光导型多元线列器件工艺成熟之后,热像仪才开始大量生产并装备军队。
热像仪的种类繁多,可大致分为二类：一类是通用组件化的热像仪;另一类是按特殊要求设计的热像仪。
美国发展的是60元、120元与180元光导线列器件并扫的通用组件化热成像体制。
它们的帧频与电视兼容,也是隔行扫描制,每场只有60行、120行和180行,并分别由同步扫描的60元、120元和180元发光二极管对应地显示每帧的图像。
在欧洲,以英国的热像仪为代表采用了串并扫体制。
它以扫积型光导MCT探测器为基础构成了英国的第二类通用组件热像仪。
这是一种完全电视兼容、分辨率与普通电视相同的热像仪。
不论串扫、并扫或串并扫体制的热像仪都需要光机扫描。
因此,此类热像仪统称为第一代热像仪。
3.2 第二代红外热像技术最近,正在大力发展不用光机扫描而用红外焦平面阵列(IRFPA)器件成像的热像仪。
由于去掉了光机扫描,这种用大规模焦平面成像的传感器被称为凝视传感器。
它的体积小、重量轻、可靠性高。
在俯仰方向可有数百元以上的探测器阵列,可得到更大张角的视场,还可采用特殊的扫描机构,用比通用热像仪慢得多的扫描速度完成360。
全方位扫描以保持高灵敏度。
这类器件主要包括InSb IRFPA、HgCdTeIRFPA、SBDFPA、非制冷IRFPA和多量子阱IRFPA等。
此类热像仪被称为第二代热像仪。
3.3 第三代红外热像技术第三代红外热像技术采用的红外焦平面探测器单元数已达到320x240元或更高(即105-106),其性能提高了近3个数量级。
目前,3μm-5μm焦平面探测器的单元灵敏度又比8μm-14μm探测器高2～3倍左右。
因而,基于320x240元的中波与长波热像仪的总体性能指标相差不大,所以3μm-5μm焦平面探测器在第三代焦平面热成像技术中格外的重要。
从长远看,高量子效率、高灵敏度、覆盖中波和长波的HgCdTe焦平面探测器仍是焦平面器件发展的首选。
3．4 红外技术的发展趋势红外技术的发展以红外探测器的发展为标志,可以从红外探测器的发展来推断其发展趋势。
(1)红外焦平面器件发展到高密度、快响应、元数达到106—10。
元以上的大规模集成器件,由二维向三维多层次结构发展,在应用上就可以实现高清晰度热像仪,极大地缩小整机体积,增强功能。
(2)双色、多色红外器件的发展使整机可同时实现不同波长的多光谱成像探测,成倍扩大系统信息量,成为目标识别和光电对抗的有效手段。