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      发表人m_xiang 发表时间2019-2-1 16:40:00

       

       本栏论题 热视觉与红外成像技术赋予美军超能力  [216]

          据麦姆斯咨询报道美国国防部部长James Mattis近日强烈表示我们一直在致力于提高我国近地作战军队的战备杀伤力生存能力和灵活性尽管美国军方在军事实力方面仍然保持着世界强国的优势但与几十年前相比这种差距也正在慢慢缩小为了实现作战人员的超能力?#20445;?#22914;今的军队不仅要不断扩充作战人才还必须要增强设备和技术的现代化
         
          目前军方正为实现超能力进行现代化的一项技术为夜视技术具体来说就是在低光照或无光照下作战的能力虽然传?#25104;?#20316;战人?#22791;览?#20110;图像增强技术并且目前看来这项技术仍然是作战关键技术之一但在使用多波长红外传感器的士兵?#20302;?#20013;需要继续进行重大的技术改进
         
          传统的图像增强Image Intensified简称II设备工作原理是先将极低水平的可见光光子转换为电子然后放大这些电子再将电子转换回光子来自低光源的光子进入物镜物镜将图像聚焦到光电阴极管上?#27604;?#23556;光子?#19981;?#20809;电阴极?#20445;?#20809;电阴极再通过光电效应释放电子
         
          电子通过高压电势加速进入微通道板Microchannel PlateMCP每个?#19981;MCP的高能电子都会使MCP释放出更多电子这一过?#22363;?#20026;二级联射MCP由成千上万甚至数百万个微导电通道组成这些通道再通过组成一定角度来实现更多的电子碰?#29627;?#24182;能够在受控的电子雪崩过程中发射二次电子?#23616;?#19978;?#29627;MCP其实是光放大器但至少需要一些光才能工作
         
          在II设备的示意图中上图来自低光源的光子进入物镜左并?#19981;?#20809;电阴极灰色光电阴极通过光电效应释放电子微通道板红色可通过二级联射增加电子数最后这些电子?#19981;?#33639;光屏绿色产生光子可通过?#20063;?#30340;透镜观察
         
          II设备是美军作战的主力传感器几乎用于各个军事领域弱光增强设备在近零光照条件下可提供出色的夜视图像?#34892;直?#29575;高达1300万像素成本相对较低?#22812;?#32791;极低能够在小型电池上长时间运行然而该管线设备缺点是体积大且笨重又因为是模拟信号很难?#35270;?#25968;字战场
         
          虽然在数字低光传感器方面人们已经进行了大量工作但是要以低功率和低成本实现管线设备的性能还有很长的路要走就近期来说该技术可能还是站不住脚的目前空军部队特种部队和陆地部队通过多种配置使用II设备包括单目护目镜热融合即增强型夜视镜武器瞄准器等
         
          利用红外光谱的传感器在不断发展并为实现作战人员的超能力做出了重大贡?#20303;?br>   
          红外传感器特别是热传感器近几十年来一直是军方作战的关键技术之一然而该技术的局限性也限制了其应用?#22982;段?br>   
          传?#25104;ϣ?#20256;感器体积大耗电大且价格昂贵因此他们仅用于最紧急的军事任务如消防或远程监视但是据悉目前该技术的最?#38470;?#23637;可以使红外传感器更广泛地应用于更多任务中随着该技术的进一步发展这将成为实现作战人员超能力的关键组成部分
         
          红外传感器可根据他们探测到的波长分成几类红外光谱与可见光光谱相近可见光和红外光的波长以光速传播然而红外光和可见光我们的眼睛所看到的的能量存在显著差异
         
          在大多数情况下红外光谱主要分为近红外NIR短波红外SWIR中波红外MWIR和长波红外LWIR热像仪利用MWIR或LWIR传感器探测从目标发射出的热能简单地说他们探测到的是热而不是光与图像增强?#20302;诚?#27604;这是显著的优势因为II设备至少需要一定量的环境光才能工作热成像摄像头无需可见光即可工作因为它只探测从场景中的目标发出的热量
         
          当热像仪首次开发并用于军事领域中?#20445;?#20351;用的传感器主要是需要低温冷却?#28872;?#27694;温度77K或-200棩的LWIR或MWIR传感器他们需要保持这一温度以提高热敏性并降低噪音最初这些?#20302;?#21253;含单个或多个元件传感器或线性阵列并?#19968;?#37197;备机械扫描设备用于绘制完整的热像图这些组合在一起?#25176;?#25104;了一台非常复杂的设备体积庞大且笨重价格昂贵并?#19968;?#39057;繁出现维护问题而在当时的技术看来人们还无法做到真正的便携?#36739;低场?br>   
          20世纪90年代初随着二维焦平面阵列?#20302;?#30340;出现该技术从基于扫描的?#20302;?#21457;展到凝视?#20302;场?#26368;初这些焦平面阵列?#22982;直?#29575;相对较低128 x 128或256 x 256像素每个像素都很大为50m或更大相比之下典型的消费类可见光CMOS传感器的像素大小为1~3m最初使用的传感器是MWIR传感器由硅化铂PtSi或锑化铟InSb等材料制成他们必须被冷却到同样的温度77K但随着更先进的机?#36947;?#21364;器被开发出来该技术又朝着正确?#22982;较?#36808;近了一步创造了更便携的?#20302;常?#20294;这仍远非理想状态来源:OFweek传感器网
         
          MWIR适合于多种应用但并非所有应用?#38469;视֙LWIR是众多地面军事应用的首选由于在较低的温度下LWIR通量较大所以LWIR在通过大气?#22791;?#28165;晰最重要的是LWIR比MWIR能够更好地穿透烟雾?#39029;?#21644;战场障碍物然而在20世纪90年代由于没有实用的二维LWIR传感器因此也没有实用的LWIR解决方案因此军方仅限于使用LWIR的扫描设备
         
          20世纪90年代末微测辐射热计技术开始解决LWIR在军事应用中无法解决的问题我们将在下一篇文章中详细解释微测辐射热计技术的进步是如何让LWIR传感器在更多的作战应用中得到更广泛的应用

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