夜视镜内的照明技术详解

如果你想在黑暗中看清事物，第一步就是打开车灯。这就是为什么汽车要装前灯、夜间徒步者要戴头灯、遛狗者在日落后要带手电筒。在场景中添加人造光可使场景变得清晰。

但是，还有另一种方法可以在黑暗中看清物体，需要使用军用装备：夜视镜。如果你曾在电影中看到过绿色场景，并想知道这种设备是如何工作的，那么让我们来看看这种设备内部发生的三步过程。

夜视工作原理是什么？

当太阳出来时，你之所以能看到附近的物体（比如树），是因为光线从物体上反射并进入你的眼睛。当然，反射光在夜间的数量并不相同。换句话说，天黑后“光子很少”，L3Harris 的高级工程总监马修·伦齐 (Matthew Renzi) 观察到，L3Harris 是一家国防承包商，为陆军制造一种名为 ENVG-B 的夜视设备。（提醒一下，光既像波又像粒子。光的基本粒子称为光子。）

想象一下，一个光子进入护目镜。夜视设备实现的最初技巧与进入的光子有关。“我们通过光电阴极将光子转换成电子，”伦齐说。“这是一种特殊的材料，可以将单个光子转换为电子。”

简而言之，这一步涉及将粒子从光的领域转换为电的领域。

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下一步是增强该电子的信号，为此，该设备使用机载电池供电，例如一节或两节 AA 电池。“该电子会大幅增加，”Renzi 说道，并指出它可以增加“数万倍”。虽然该设备将光子转换为电子的部分称为光电阴极，但将电子音量调高的部分称为微通道板。

最后，信息需要传输回视觉领域，这样通过护目镜观察的人才能看到场景。这要归功于荧光屏，用户通过目镜观察时可以看到它。“荧光屏从这些电子中吸收能量并将其转换回可见光，”Renzi 说。

白色和黑色是新的绿色和黑色

最后阶段是生成传统的绿色和黑色图像，但 Renzi 表示，如今更先进的设备不是以绿色显示，而是以黑白显示场景。“你可能会说，就可测量的性能而言，绿色和白色是等同的，但人眼对白色和黑色的感知要比对绿色和黑色的感知更好，”他辩称。白色和绿色荧光粉的区别在出售的夜视设备上也很明显。

简而言之，为了让黑暗场景更加清晰，这些设备会吸收光子，将其转换为电子，放大这些电子，然后将这些信息重新转换为可见光。在某些情况下，夜视镜会包含“照明器”，它实际上会产生少量新光来照亮场景，他说。

伦齐指出，这类夜视镜所感知的电磁波谱部分来自可见光范围和近红外光；近红外光是可见光谱中紧挨着红色部分的光谱部分。美国宇航局的这段俗气视频对该光谱进行了分解：

传统夜视镜聚焦于电磁波谱中可见光和近红外部分的光，这些光与短波红外线一起，“属于我们所说的反射带的一部分——你仍然能看到从某物反射回来的光，”他说。

与此同时，另一种设备——热像仪——可以看到电磁波谱的不同部分，即长波红外线；它是发射光，而不是反射光。伦齐说，这部分光谱“超出了传统夜视镜的视觉范围”。L3 Harris 的一款名为 ENVG-B 的小玩意实际上结合了传统夜视镜（其焦点是可见光谱和近红外光（两者都是反射光））和长波红外区域的热感应功能（例如，可以检测到发射的体热）。

在这样的场景中，可以想象这两种信息之间的区别：“假设有人在远处，躲在树叶后面，”他说。“你很可能用长波红外线探测到热量，如果只用反射波段，探测可能更困难——但那时你可能对此了解不多——你只会看到那里有一些热量。”

最后，他说，让人们在黑暗中看东西的技术已经发展了几十年。他说，采用“被动成像”方法的旧系统需要“满月场景或某种环境光”。如今，夜视镜可以“利用星光”。