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探索夜视世界:微光夜视技术与红外热成像技术解析
发布时间 : 2023-07-12
作者 : admin
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夜视技术

微光夜视技术

红外热成像技术

1.1人类视觉系统

人类视觉系统的局限性和缺陷

1)响应波长的限制

仅对360~760 nm的辐射能(可见光)有响应。对光学波段的X光、紫外光、红

外光没有任何响应。仅利用了光学波段中大约千分之一的波段资源。

2)响应辐射能的限制

作为光能的探测器人眼可以发现六等星(在人眼瞳孔处的照度大约为10-8lx)。

这个值被称为人眼的绝对视觉阈。作为图像传感器,只有当人眼瞳孔处的照度

大于10-1lx时才能形成可识别的图像。但当照度超过10+5lx将产生炫目现象,照

度进一步增加时,会照成眼的损伤,导致失明。即人眼的动态范围为10-1lx~10+5lx。

3)空间分辨力的限制

人眼网膜上视细胞具有马塞克结构,黄斑上圆锥细胞的等效直径大约为5µm,

对应的极限分辨角为1′。人眼在白天照度时能分辨1′的目标。在生理光

学中这个数值被称为视觉锐度。

1.2 夜视技术的任务和范围

夜视技术的定义

夜视技术是研究在夜间或低照度下,光学图像信息的摄取、波段转换、

增强、处理、传输、贮存、显示的专门技术。应该指出的是夜视技术中所指

的 “夜间” 不仅是白天和黑夜这个时间上概念,还具有更广泛的内涵(空间

、波段)。由于人眼对不可见光没有响应,用光度学单位度量的不可见光的

辐射能均为零,对人眼来说均为 “夜间”

。这就是广义的 “夜间”

夜视技术就是将人眼看不见的光学图像转换为适合人眼观察的可见光图像的

技术。

夜视技术就是制造人眼的助视器“夜视眼”的技术。

夜视技术的分类

• 按工作波段可分为:X-光成像技术,紫外光成像技术,微光成像技术(可见、近红

外、短波红外),红外成像技术(短波红外、中波红外、长波红外、远红外);

• 按照明特性可分为:使用不可见的人工照明光源的主动夜视技术; 利用夜天光以及

夜天光的反射、漫射光(微光夜视技术)或自身辐射的(红外夜视技术)被动夜

视技术。

• 按读出或显示方式可分为:直视型(图像的输入、增强、显示、读出在同一器件

)和电视型(图像的输入、增强、显示、读出在不同的器件)。


1.3 基于电真空技术的微光夜视技术

基于电真空技术的微光夜视技术.png

优点:轻、功耗小、图像特质符合人眼视觉习惯。

缺点:需自然微弱光照射

1.4 基于半导体/微电子/精密光机技术的红外热成像技术

红外热成像技术.png

优点:探测距离远,全黑环境可用。

缺点: 雨天等天候下图像清晰度差;不能透玻璃。

1.5 基于雷达的夜视技术

基于雷达的夜视技术.png

优点:探测距离很远,不受天候影响。

缺点:分辨率低,不能精准识别。体积、重量,

2.1 微光像增强器

微光像增强器.png

2.2 固体微光成像器件

固体微光成像器件.png

2.3 红外探测器

红外探测器.png

2.4 AMOLED微型显示器

AMOLED微型显示器.png

3 夜视镜与人眼

人眼成像原理 • 眼睛是人类感官中重要的器官,大脑中大约有80%的知识都是通过眼睛获取的。头部 的宽度大约是210~240mm,头部至肩部大约是280~330mm,眼睛与头边大约60~ 80mm,眼睛至头顶大约120~150mm,正常情况成人瞳距为52~72mm。 • 眼睛通过调节晶状体的弯曲程度(屈光)来改变晶状体焦距获得景物的实像。正常眼 睛的明视距离约250mm。人眼调节能力不够时形成近视或远视,一般近视较多、老年 人大部分为远视。高度近视是指近视度数大于600度(儿童>400度)的屈光不正的近视 程度。

 夜视镜与人眼.png

•倍数、瞳孔 人眼是望远镜放大倍数的基准,就是说放大倍数是1× ,口径就是人眼瞳孔的大小 ,它随着光照强度的变化而变化,一般在2~7mm之间波动。 • 双目立体结构 人眼通过两只眼睛可形成立体视角,判断远近。 视网膜,是一层透明的膜,也是视觉形成的神经信息传递的。具有很精细 的网络结构及丰富的代谢和生理功能。视网膜的视轴正对终点为黄斑中心凹。黄斑区 是视网膜上视觉敏锐的特殊区域,直径约1~3mm,其中央为一小凹,即中心凹。 黄斑鼻侧约3mm处有一直径为1.5mm的淡红色区,为视盘,亦称视乳头,是视网膜上 视觉纤维汇集向视觉中枢传递的出眼球部位,无感光细胞,故视野上呈现为固有的暗 区,称生理盲点。 双眼结构可以解决生理盲点的问题,在双眼观察时会产生更清晰的效果。 瞳距简言之就是瞳孔的距离。正常人的瞳距一般为52~72mm之间。

• 明视距离 适合正常人眼观察近处较小物体的距离,约250mm。这时人眼的调节功能不太紧 张,可以长时间观察而不易疲劳。明视距离小于200mm为近视眼,大于300mm则为远 视眼。 • 视场一般而言,映在人眼视网膜上的图像,只有中心部分能分辨清楚,这叫分辨视域, 约15°;从15~30°之间则称为有效视域,能立刻看清物体的存在和有什么动作;过水平方向视野角30°的周边部分称为诱导视野,俗称眼睛的余光;只能感觉到物体的 存在或有动作出现,并不能看清楚是什么物体或什么动作。当人们感觉到有动体或变化 的时候,就会把眼珠或头颈转过去,让动体落入视角正中以便分清何物;这一角度约为 30~100°。 • 波长 据科学研究表明,眼睛的性能与太阳的关系密切。事实上,人眼发展成为今天 这样一个复杂灵巧、维妙传神的光学系统,是人类在自然选择过程中,漫长进化的一个 结果。人眼适应的是可见光,而不是其它波段。人眼敏感的为可见光的中心波段,约 为550nm左右的黄绿色。

• 放大倍率为1×; • 双目立体成像; • 瞳孔设置覆盖7mm的瞳孔; • 视场诱导视场30° ; • 舒适观察距离250mm(观察距离可以调节到100mm),远无穷远; • 探测器波长与人眼波长相近,屏应与人眼敏感颜色相近为550nm附 近黄绿色光; • 适应不同人的瞳距52~72mm。

技术优势 u GJB369-87光学仪器通用技术条件; u GJB556-88光学仪器三脚架通用技术条件; u GJB 433-88 光学仪器核防护安全技术条件 u GJB704-89瞄准镜通用规范; u GJB851-90夜视仪通用规范; u GJB1240-91望远镜通用标准; u GJB 2000-1994 象增强器通用规范; u GJB3203-98光学仪器目镜物镜系列; u GJB369A-98光学仪器通用规范; u GJB 5695-2006 微光夜视观察镜通用规范; u GJB 7351-2011 加强二代像增强器通用规范; u GJB 743A-2019 光学仪器术语、符号; u GJB 10087-2021飞行员头盔夜视镜通用规范。共计省部级以上科技奖励100 余项。 Ø GB7660.1-87 光学棱镜、光轴、光轴长度、光 轴截面与光学平行性; Ø GB7661-87光学零件气泡度; Ø GB/T17117-97棱镜式双目望远镜标准; Ø GB/T17118-97伽利略式望远镜标准; Ø GB/T 1224-1999 几何光学常用术语。

产业优势 l 微光夜视成像装备的主要科研生产基地 l 是红外热成像装备 的主要科研生产基地。 l 是我国光学装备 的主要科研生产基地。 l 背靠夜视院集团是我国微光像增强器 研发和批生产基地; 集研发生产一体的微型OLED研发生产基地; 红外材料、红外光学加工中心; 是拥有完整的夜视技术、光电技术产业链的产业集团。 (产业链含:材料/器件/整机/系统的研发、生产、测试、仿真及评价等)

 

 


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