夜视仪的基本原理?
发布时间:2013-03-14
夜视仪的基本原理?
提到夜视仪,多数人想到的是图像增强技术。事实上,图像增强系统一般称为夜视设备(NVD)。NVD内有一种图像增强管,可以用来采集、放大红外线及可见光。
夜视仪想要理解夜视仪的原理,就必须对光的原理有所了解。光波的能量大小与其波长有关:波长越短,能量越高。在可见光中,紫光的能量最高,而红光的能量最低。与可见光光谱相邻的是红外线光谱。 红外线分为三类:
近红外线(近IR)——近红外线与可见光相邻,其波长范围是0.7-1.3微米(1微米等于百万分之一米)。
中红外线(中IR)——中红外线的波长范围是1.3-3微米。近红外线和中红外线应用到各种电子设备中,例如遥控器。
热红外线(热IR)——热红外线占据了红外线光谱中最大的一部分,其波长范围是3-30微米
热红外线与其他两种红外线的主要区别是,热红外线是由物体发射出来的,而不是从物体上反射出来的。物体之所以能够发射红外线,是因为其原子发生了某种变化。
夜视仪的原子理论
夜视仪原子是永恒运动的。它们不停地振动、移动和旋转。即便是构成我们座椅的原子也是不断运动着的。原子有几种不同的激发状态。换言之,它们具有不同的能量。如果我们将大量的能量赋予一个原子,它就会摆脱基态能级而达到激发水平。激发水平取决于以热、光或电等形式施加到原子上的能量的多少。
原子由原子核(包括质子和中子)和电子云构成。我们可以将电子云中的电子设想成在不同轨道上围绕着原子核运动。现在还无法观察到电子的离散轨道,但把这些轨道设想成原子不同的能级会更容易理解。换句话说,如果我们向原子施加一定的热能,可以预见的是,一些处于低能轨道的电子会转移到高能轨道上,即离原子核更远。
电子转移到高能轨道后,最终仍要回到基态。在此过程中,电子会以光子(一种光线粒子)的形式释放能量。您会发现,原子不断地以光子的形式释放能量。举例来说,当烤面包炉内的发热器之所以会变成亮红色,就是因为原子被热力激发,释放出了红色的光子。激发态的电子比未受激发的电子具有更高的能量,并且正是由于电子吸收了若干能量才达到了激发水平,它会将这一能量释放出来以回归基态。这一能量会以光子的形式(光能)被释放出来。发射出的光子具有特定的波长(颜色),这取决于释出光子时电子的能量。
夜视仪任何生物都要耗费能量,很多没有生命的物品也是如此,例如引擎和火箭。能量消耗会产生热量。反过来,热能会促使物体中的原子发射出位于热红外线光谱中的光子。物体温度越高,释出的红外线光子的波长就越短。如果物体的温度非常高,它发出的光子甚至能进入可见光光谱,从红光开始,然后是橙光、黄光、蓝光,直至白光。
夜视仪的工作原理?
1.用一种特制的透镜,能够将视野内物体发出的红外线会聚起来。
2.红外线探测器元上的相控阵能够扫描会聚的光线。探测器元能够生成非常详细的温度样式图,称为温谱图。大约只需1/30秒,探测器阵列就能获取温度信息,并制成温谱图。这些信息是从探测器阵列视域场中数千个探测点上获取的。
3.探测器元生成的温谱图被转化为电脉冲。
4.这些脉冲被传送到信号处理单元——一块集成了精密芯片的电路板,它可以将探测器元发出的信息转换为显示器能够识别的数据。
5.信号处理单元将信息发送给显示器,从而在显示器上呈现出各种色彩,色彩强度由红外线的发射强度决定。将从探测器元传来的脉冲组合起来,就生成了图像
收集到的光线会传送给图像增强管。在多数NVD中,图像增强管的供电系统会从两节N-Cell或“AA”电池中获取电力。管道会向图像管组件输出约为5000伏的高压。图像增强管中有一个光电阴极,能将光子转化为电子。
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