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。

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。

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、白光，直至蓝光。

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。

多数热成像设备的扫描速率为30次/秒。它们能检测的温度范围为-20℃至2000℃，能检测出的温差约为0.2℃。

热成像设备一般有两大类：

非冷却型——这种热成像设备最为常见。其红外探测器元封装在一个单元内，可在室温下工作。这种系统可以迅速激活，工作时完全静音，并且具有内置的电池。

低温冷却型——这种系统价格更高，而且操作不当很容易损毁。这种热成像设备将探测器元封装在一个外包装内，并将其冷却至0℃以下。由于冷却了探测器元，因此这种系统的具有极高的分辨率和敏感度。低温冷却型系统可以“看到”300米以外0.1℃的温差，这样该系统足以判断出一个人手里是不是拿着一把枪！

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。 以下是图像增强系统的工作原理：

一种称为物镜的传统透镜能捕捉环境光线和某些近红外线。

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。

当电子通过管道时，管中的原子会释放相似的电子，其数目为原有电子数乘以一个因数（约为几千倍），利用管道内的微通道板（MCP）就能完成这项工作。微通道板是一个微型玻璃盘，内部含有数百万个微型孔隙（微通道），采用光纤技术制成。微通道板处于真空中，在盘片的两面都安装了金属电极。每条微通道的长度是其宽度的45倍左右，工作原理类似于电子放大器。

当来自光电阴极的电子触击微通道板上第一个电极时，在两电极间5000伏高压作用下电子会加速通过玻璃微通道。电子通过微通道时，会导致通道中数千个电子被释放出来，这一过程称为级联二次发射。简言之，原始电子会撞击微通道的侧边，而后受激发的原子会释出更多的电子。这些新电子也会撞击其他原子，从而造成一种链式反应，其结果是，进入微通道的电子屈指可数，而离开微通道的电子却数以千计。一个有趣的现象是：MCP上的微通道有一个微小的倾斜角（约5-8°），这既是为了能引发电子碰撞，也是为了降低来自输出端磷光质层的离子反馈和直接光反馈。

夜视成像图以其诡异的绿色光泽而著称。

在图像增强管的末端，电子会撞击一个具有磷光质涂层的屏幕。这些电子会保持它们通过微通道时的相对位置，这会确保图像的完好，因为电子排列的方式同起初光子排列的方式相同。这些电子带有的能量会使磷光质达到激发状态并释出光子。这些磷光质会在屏幕上生成绿色图像，这也成了夜视仪的一大特色。 通过另一副称为目镜的透镜，就可以观测到绿色磷光图像，还可以使用目镜放大图像或调节焦距。NVD可以与电子显示设备相连，例如显示器，也可以直接透过目镜观测图像。

NVD已有40多年的历史。这些产品可分为几代。NVD技术发展道路上的每一次重大突破都会催生新一代产品。

最早一代——最早的夜视系统由美国军方研制，它们被应用在第二次世界大战和朝鲜战争的战场上，这些NVD系统采用主动红外线技术。这意味着NVD上须附有一个称为红外辐射源的发射单元。该单元能发射出一束近红外线，类似于普通闪光灯发出的光束。这种光束不能为肉眼所见，它们会从物体上反射出来，然后返回NVD的透镜。这种系统使阳极与阴极相连，以便对电子进行加速。这种方法的问题是，电子加速会使图像扭曲，而且还会大大缩减管道的寿命。这项技术最早用于军事中时，还存在一个重要问题：敌方在短时间内就能仿制出这种系统，这使得敌军士兵也可以用它们的NVD系统观测到设备发射出的红外光束。

第一代——这一代NVD放弃了主动红外技术，转而采用了被动红外线技术。这种NVD能够利用月亮和星星发出的环境光线放大周围的反射红外线，因而曾被美军称为星光。这意味着它们不需要红外线发射源。这也意味着在多云或没有月亮的夜晚时，它们的工作效果不是很好。第一代NVD采用与第0代相同的图像增强管技术，同样靠阴极和阳极进行电子加速，所以仍然存在图像扭曲和管道寿命较短的问题。

第二代——图像增强管技术的重大进步催生了第二代NVD。它们的分辨率比第一代设备更高，性能更为出色，可靠性也更好。第二代技术最大的收获是，它们具备了在极弱的光线条件下（例如在一个没有月亮的夜晚）生成图像的能力。敏感度得以增加，是因为图像增强管附加了微通道板。由于MCP能够增加电子数目而非仅对原有电子加速，所以图像扭曲的程度显著下降，而亮度也高于前几代NVD。

第三代——目前美军采用第三代技术。尽管其原理与第二代相比并无本质区别，但这一代NVD的分辨率和敏感度要更好。这是因为其光电阴极由砷化镓制成，这种物质有助于提高光子转化为电子的效率。另外，MCP上还覆有一个离子壁垒层，能够有效地增加管道寿命。

第四代——通常我们提到的第四代技术亦称“无胶片门限”技术，总体上讲，这一代系统的性能在强光和弱光两种环境中都有较大幅度的改善。

MCP去除了第三代技术加入的离子壁垒，因而背景噪声有所降低，同时信噪比得以提升。去除离子胶片在实际中能够让更多的电子被放大，这样一来图像的扭曲度显著降低，而亮度则有明显提高。

自动门限供电系统的引入，使得光电阴极的电压能够迅速地接通和切断，从而让NVD能够对发光条件的波动做出即时反应。这项技术的进步对于NVD系统来说具有关键意义，具备了这种能力，用户可以迅速从强光环境转移到弱光环境（或从弱光环境到强光环境），而图像不会产生任何颠簸。举例来说，请想象一个随处可见的电影场景：一名特工在使用夜视仪目镜时，如果有人打开了附近的电灯，他就会“失明”。有了最新的门限电源技术，光线条件的变化不会产生这样的恶果，改进的NVD系统能够立即对光环境的变化做出反应。

很多所谓的“便宜”夜视镜采用第0代或第一代技术，如果对于专业设备的敏感度抱有较高期待，您可能会大失所望。第二代、第三代以及第四代NVD一般价格较高，但如果保养得当，可以使用较长时间。还有一点，在极其昏暗乃至几乎不能采集到环境光线的地方，使用红外辐射源对于任何一款NVD系统都是有益的。

一根图像增强管都要进行严格的测试，以判断它能否达到军方设定的标准。达标的管子被归为军用规格（MILSPEC）。哪怕只有一项指标不符合军用标准，管子就会被归为普通规格（COMSPEC）。

夜视设备可以粗分为三大类：

观测镜——观测镜一般为手持型，也可以安装在武器上，它们采用单筒（一只眼睛）镜身。由于观测镜属于手持设备，不像目镜那样佩戴在身上，所以当您想要对某一特定目标进行较为细致的观察，然后回归正常观测条件下时，这种观测镜比较适用。

目镜——尽管目镜也可以手持，但它们通常还是佩戴在额头上。目镜采用双筒（两只眼睛）镜身，根据样式不同可采用单透镜或复合透镜。目镜是进行长时间观测（例如在光线很差的建筑物周围巡逻时）的最佳选择。

夜视仪

摄像头——采用夜视技术的摄像头可将图像传送给显示器，以供即时播放，也可以用录像机将传来的图像记录下来。当我们需要在一个恒定地点进行高品质的夜视观测时，例如在某固定建筑物上，或是将夜视仪装配为直升机的机载设备时，摄像头就能派上用场。很多新型的摄像机已具备内置的夜视功能。

一般来讲，夜视仪的用途包括： 军用、执法、 狩猎、野外观察 、监视、安全 、导航、隐蔽目标观测、娱乐等。

夜视仪最早被用来在夜间对敌方目标进行定位。目前军队系统仍然大范围地使用夜视仪，除了上述用途以外，还包括导航、监视、瞄准等用途。警方和安全部门经常使用热成像和图像增强这两种技术，特别是用它们进行监视。猎手和热爱大自然的旅人们依靠NVD，就能在夜间驾轻就熟地穿过森林。

侦探和私家侦探会利用夜视仪探查人们是否有不轨行为。不少商业机构也会利用安装在固定位置的夜视摄像头监测周围环境。

热成像技术真正令人惊奇的是，它能够揭示出一个地区有没有人类活动过的痕迹 ——即便四周没有任何肉眼可见的明显标记，它还是能告诉我们，一块土地曾被挖开并填埋过一些东西。执法部门也能借此发现一些罪犯企图隐瞒的事证，包括赃款、毒品以及尸体等。此外，利用热成像技术能发现某些区域（如墙壁）最近发生的变化，这能为一些案件提供重要线索。

很多人已经开始探索夜幕下的神奇世界。如果您准备痛痛快快地搞一次野营或狩猎活动，或许夜视设备能对您的旅程有所帮助——不过请务必挑选适合您的类型。

与国外相比，我国对夜视仪的研究起步较晚。从20世纪60年代开始，在中国科学院上海技术物理研究所、昆明物理研究所和一些高校的共同努力下，我国军用领域的夜视技术研究工作有了较快的发展，但在向民用领域扩展方面却一直没有做好。

因此，随着我国夜视仪生产企业数量的不断增加，未来夜视仪产品研发将重点关注民用市场，如汽车用夜视仪、摄像用夜视仪等产品将成为未来市场发展重点。

随着我国经济的继续高速增长，我国夜视仪市场需求将会大幅增长，我们预计未来几年夜视仪市场将维持15%左右的增长，国内品牌将进一步在产品质量和技术方面取得突破，占领更大的市场份额。我国夜视仪企业在投资时应把握好夜视仪行业的发展趋势，以下是我们的一些建议：

一、企业必须进一步加强技术投资，提高生产工艺水平、压缩成本、改善产品质量，我们建议我国企业引进国外企业的先进技术，在引进的基础上消化吸收，再进行自主研发。

二、努力提高产品的质量，在提高设备稳定性、性能参数和寿命，降低故障率上下功夫。

三、由于不同产品的需求具有多样性，就需要一系列不同要求的夜视仪技术来应对不同需求的产品，需要企业在产品创新上下功夫。

四、关注产品的发展趋势，如激光夜视仪的发展趋势，投资和开发出适应行业发展趋势和市场需求的产品。