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夜視儀的技術(shù)簡介和應(yīng)用
[ 2011-4-13 ] [轉(zhuǎn)載請注明來源：就是要儀器網(wǎng) www.mrboha.com]
一．夜視技術(shù)簡介
古今中外，人們常常利用夜幕的掩護，實現(xiàn)白天難以完成事情。縱觀近期幾場戰(zhàn)爭，美軍幾次致命的戰(zhàn)爭都是從夜間發(fā)起的，可以說美軍從怯于夜戰(zhàn)到敢于夜戰(zhàn)要歸功于夜視技術(shù)。同時，夜視儀對發(fā)現(xiàn)各種夜間的犯罪活動等安全監(jiān)控方面也起到了不可忽視的作用。
那么何為夜視技術(shù)呢？夜視技術(shù)是應(yīng)用光電探測和成像器材，將肉眼不可視目標轉(zhuǎn)換（或增強）成可視影像的信息采集、處理和顯示技術(shù)。夜視技術(shù)產(chǎn)品按成像原理可分為微光夜視、紅外熱像夜視兩類。在黑暗環(huán)境中存在著少量的自然光，如月光、星光、大氣輝光等，統(tǒng)統(tǒng)稱為夜天光。因為它們和太陽光比起來十分微弱，所以又叫夜微光。人眼視網(wǎng)膜的感光靈敏度不高，在微光條件下不能充分“曝光”。一般的夜視器材都是利用目標的反射光線成像，利用電子放大器，將收集的微弱光線放大數(shù)千倍,以在黑暗中產(chǎn)生可辨認的圖像將極微弱的光照目標信號增強，顯示成肉眼容易看見的圖像。這種原理的儀器為微光夜視儀，顯然這種儀器在完全無光或距離較遠時就無能為力了。
紅外熱像儀與它們不同，它既不依靠夜天光，也無須主動攜帶紅外光源，而是靠接收目標自身的紅外輻射（一切物體，只要其溫度高于絕對零度，就會有紅外輻射）來工作的，自然界中一切溫度高于絕對零度（－273．16攝氏度）的物體都不斷地輻射著紅外線，這種現(xiàn)象稱為熱輻射。紅外線是一種人眼不可見的光波，無論白天黑夜，物體都會輻射紅外線，但紅外線不論強弱，人們都看不到。紅外熱像儀就是利用紅外探測器、光學成像物鏡接收被測目標的紅外輻射信號，經(jīng)過紅外光學系統(tǒng)紅外探測器的光敏源上利用電子掃描電路對被測物的紅外熱像進行掃描轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)放大處理、轉(zhuǎn)換或標準視頻信號通過電視屏或監(jiān)測器顯示紅外熱圖像。利用這種原理制成的儀器為紅外熱像儀。它通過探測微小的溫度差別,產(chǎn)生的圖像是熱圖像，可見紅外熱像儀在完全無光、距離較遠時都可對物體成像，紅外熱像儀不僅可在完全無光的情況下觀測而且可以在黑夜或濃厚的煙幕、云霧中探測到對方的目標，包括已偽裝的目標和高速運動目標，同時還要求在遠距離上識別目標，因而紅外熱像儀屬現(xiàn)今最高檔的夜視儀。具有軍事意義的目標（如飛機、坦克等）一般都比周圍環(huán)境溫度高，因此也就成了熱像儀最好的觀察對象。
熱成像夜視儀是目前技術(shù)最為先進的夜視器材，它的第一代產(chǎn)品為光機掃描型熱成像儀，主要由光學系統(tǒng)（含掃描器）、紅外探測器（含制冷器）、電子放大線路和顯示器等幾部分組成。其中紅外探測器是熱成像儀的核心部件和關(guān)鍵技術(shù)，它基于內(nèi)光電效應(yīng)進行光電探測。為保證紅外探測器具有足夠的探測靈敏度，需由專門的制冷器對其進行低溫制冷。
熱像儀的第二代是采用紅外CCD焦平面陣列技術(shù)的凝視型熱像儀。紅外焦平面陣列是指放在光學系統(tǒng)焦平面上的一塊芯片，在這塊如同郵票大小的芯片上，不僅集成了成千上萬個紅外探測器，而且與各探測器相匹配的信號放大與處理電路也集成在一起，形成一個整體，使第二代熱像儀不僅取消了光機掃描器，能夠像眼睛一樣攝取目標的完整圖像，而且縮小了體積，降低了功耗。不僅如此，由于CCD成像器件具有更高的靈敏度和熱分辨率，使探測距離和識別能力也有明顯提高。
熱像儀的工作波段（即紅外探測器的敏感范圍）可達到中、遠紅外區(qū)域，但由于大氣對波長為3—5微米和8—14微米以外的紅外線有強烈的衰減作用，所以實際上熱像儀主要工作在3—5微米和8—14微米兩個紅外波段。
綜上所述，盡管微光和熱成像技術(shù)統(tǒng)稱夜視技術(shù),而二者又存在區(qū)別,即在沒有任何光亮的情況下,熱像儀可以使用,微光鏡則不能看到東西,而且,在明亮的環(huán)境中也不能用微光鏡觀察。相反熱像儀不管白天黑夜都能產(chǎn)生圖像,因為只要存在溫差,就能產(chǎn)生紅外線,它看得見任何發(fā)射紅外線的東西。紅外熱像儀的缺點是不能給出特別清晰的圖像,所以不能說出那人穿什么衣服、長的什么樣。在執(zhí)法行動中兩種技術(shù)經(jīng)常配合使用。熱像儀用于發(fā)現(xiàn)嫌疑犯,而微光鏡則用于確認目標。對于執(zhí)法人員來說,在黑暗中能夠看得見十分重要。德克薩斯州喬治敦的巡警兼熱像攝像員凱利·德沃爾對此深有感觸："利用這種技術(shù),警員要安全得多,它能使警員發(fā)現(xiàn)周圍潛在的威脅,沿盡可能安全的路線,接近并逮捕嫌疑犯,沒有夜視器材,有時難免會和犯罪分子直接碰面。"
隨著夜視技術(shù)的不斷進步，使人的視力延伸到過去被夜幕籠罩的空間，而且使夜戰(zhàn)的獲取能力、機動能力、協(xié)同能力和打擊力增倍。
隨著夜視技術(shù)的不斷進步，使人的視力延伸到過去被夜幕籠罩的空間，而且使夜戰(zhàn)的獲取能力、機動能力、協(xié)同能力和打擊力增倍。
二．警用熱像儀的應(yīng)用
犯罪分子可能從未想到,在寥寥星光的夜幕下,他們的一舉一動會清楚地收人警察的眼中。據(jù)統(tǒng)計,世界上47%的暴力犯罪案件發(fā)生在晚6點到早6點之間。原因很簡單----在夜幕的籠罩下,犯分子易于隱蔽,易于接近受害者,犯罪場面也不容易被看見。如今這種情況得到了改觀,隨著夜視技術(shù)的發(fā)展,夜幕已不再是犯罪分子的保護傘。相反,通過夜視裝置,執(zhí)法人員可以很容易地發(fā)現(xiàn)并懲治企圖犯罪的人。
目前,夜視技術(shù)在尋找并營救失蹤人員、搜尋逃犯、緝毒、監(jiān)視周邊情況等方面都得到了廣泛的應(yīng)用,成為執(zhí)法中不可缺的工具。在設(shè)計者和工作人員的努力下,夜視技術(shù)特別是熱成像技術(shù)的用途越來越廣泛,就目前的用途,歸納起來有十幾項之多,已經(jīng)得到廣泛認可的幾種警察經(jīng)常用到的有：
1. 建筑物輪廓顯示 如今，緝毒行動日漸復(fù)雜,許多地方的大麻種植也由室外轉(zhuǎn)到了室內(nèi),這給執(zhí)法人員調(diào)查取證增添很大的麻煩。夜視技術(shù)的應(yīng)用解決了這一難題,因為室內(nèi)種植大麻時要用1千瓦的大鹵光燈照明以提供生長所需的光和熱。這些燈在加熱建筑物內(nèi)部的同時.熱量會向建筑物外表面輻射,通過熱像儀能夠看到這種熱量在揮發(fā),從而為警察緝毒行動提供幫助。
1. 建筑物輪廓顯示 如今，緝毒行動日漸復(fù)雜,許多地方的大麻種植也由室外轉(zhuǎn)到了室內(nèi),這給執(zhí)法人員調(diào)查取證增添很大的麻煩。夜視技術(shù)的應(yīng)用解決了這一難題,因為室內(nèi)種植大麻時要用1千瓦的大鹵光燈照明以提供生長所需的光和熱。這些燈在加熱建筑物內(nèi)部的同時.熱量會向建筑物外表面輻射,通過熱像儀能夠看到這種熱量在揮發(fā),從而為警察緝毒行動提供幫助。
2. 完成營救任務(wù)、搜尋逃犯 用微光鏡和熱像儀可以通宵尋找失蹤人員或逃犯。人是熱的強輻射體,通過熱像儀很容易確定他們的位置。使用熱像儀還可以發(fā)現(xiàn)躲藏在隱蔽物內(nèi)的人。例如,喬治敦警察局在押送兩名罪犯時,由于疏忽致使罪犯逃脫,于是警察立即開始追捕行動。其中有一名逃到一片草木叢生的地帶后，隱藏了起來.警察三次經(jīng)過罪犯藏身的地點,用手電筒也沒找到。最后使用雷西昂公司生產(chǎn)的手持式熱像儀,僅用了25秒就抓到了罪犯。
3. 保障警員安全 使用夜視技術(shù)警員能在夜間發(fā)現(xiàn)嫌疑犯,而自己不被看到。在加利福尼亞曾有這樣一個案例,毒品管制局的執(zhí)法人員用熱像儀監(jiān)視一伙涉嫌秘密制造毒品的犯罪團伙,這伙不法之徒在山里的據(jù)點中活動猖獗。每到夜里都要出來尋找在樹林中監(jiān)視他們的警察,警員們在林地中用熱像儀使自己一直未被這伙歹徒發(fā)現(xiàn),保證了自身的安全。
4. 車輛跟蹤 車輛在使用時和使用之后都散發(fā)出大量的熱。熱輻射不僅來自發(fā)動機,而且來自輪胎、剎車和排氣管。用配有熱像儀的警用直升機可以從空中跟蹤嫌疑犯的車輛,即使在其不開車燈時也一樣能做到。裝有車載熱像儀的巡邏車還可以靠探測剛熄火車輛的散熱,跟蹤駛?cè)胪＼噲鲋械幕蛞堰h離的疑犯車輛。
5. 發(fā)現(xiàn)弄亂的表面 用肉眼也許看不出復(fù)原的土壤表面,但用熱像儀則可以看出來,因為當某處的表面被弄亂時,該表面的熱輪廓也會被破壞,翻過的土壤熱輻射也和壓實的土壤不同。通過熱像儀的這種功能可以找到被埋的東西。警察曾處理過這樣一個案例,一男子盛怒之下,殺死自己的妻子,為掩蓋罪證,該男子將尸體埋在后院,并用草皮蓋住埋尸地點,該男子自以為做得天衣無縫,但警察使用熱像儀很快就找到了尸體。如今,執(zhí)法機關(guān)已經(jīng)開始使用熱像儀尋找受害者的埋藏地點。一般認為用熱像儀能找到90天內(nèi)的新墳,但最近美國地理協(xié)會用熱像儀發(fā)現(xiàn)了2000年前的一座埃及古基。
6. 發(fā)現(xiàn)暗藏的隔層 汽車廠經(jīng)常用熱像儀檢查汽車是否存在故障。警察將熱像儀的這一用途用于檢查車輛有無隔層。毒品販子常常將毒品放在輪胎、假的氣罐和回氣管或車輛的其它艙室中,光靠肉眼檢查很難發(fā)現(xiàn)這些破綻。通過熱像儀則簡單的多,如車輛有兩個回氣管并有一個是假的,通過熱像儀觀察會發(fā)現(xiàn),使用中的回氣管顯得發(fā)白發(fā)熱,而另一個則無此現(xiàn)象。據(jù)悉,美國一墨西哥邊界的聯(lián)合聯(lián)邦檢查組采用這種方法,已經(jīng)發(fā)現(xiàn)企圖過境的幾千件毒品和不法僑民的走私物品。
7. 周邊監(jiān)視 在搜捕疑犯或處理緊急情況的時候,警察所采取的第一個行動就是對事故地點進行封鎖并在周邊派出警戒,防止疑犯逃跑或有人進入警戒區(qū)域干擾辦案,通過手持的或裝在車上的熱像儀可以使周邊控制更加有效。如今,許多國家已經(jīng)開始使用夜視技術(shù)對罪犯管教機構(gòu)、工廠和機場等地的周邊地帶進行晝夜監(jiān)視,防止意外。熱像儀還可以幫助警察檢查商業(yè)區(qū)的安全。因為熱像儀不能透視玻璃,通常窗戶看上去與墻是一體的,如果用熱像儀看到了屋子里的東西,就說明窗戶是打開的或是被打破了,因而該房子已經(jīng)或正在被盜。利用這一辦法既有效又節(jié)省時間。
8. 環(huán)境保護 油、化學物品等污染物發(fā)出的熱輻射與其周圍的土壤或水發(fā)出的輻射不同。通過熱像儀能夠跟蹤這些污染物并尋其源頭。這一用途是在美國毒品管制局跟蹤一條來自南美洲的船只時發(fā)現(xiàn)的。該船駛進紐約港時,通過熱像儀觀察到了它將污水系統(tǒng)打開并將污水倒入海港的過程。此次事件后,美國毒品管制局、聯(lián)邦調(diào)查局等機構(gòu)開始借助自身優(yōu)勢,自覺地參與到了環(huán)境保護中。如今,熱像儀已被環(huán)保組織大量用于尋找那些造成污染的工廠、清除水上浮油等行動中。
9. 檢測遺留痕跡 熱像儀對交通警察同樣也有很大的幫助,在交通事故現(xiàn)場使用熱像儀有助于他們更準確地測定滑行痕跡,考察滑行情況。剎車時,僅會有較少的橡膠留在路面上,采用傳統(tǒng)方法很難準確測定滑行距離及撞車時車輛的速度。但輪胎在與路面摩擦時會產(chǎn)生熱量,而熱像儀能夠看到這些痕跡,所以熱像儀可以用于獲得滑行數(shù)據(jù)。在駕駛員開始踩剎車的地方就會有滑行的影像痕跡,由此就能確定該駕駛員實際上開得有多快。
熱像儀也可幫助警察確定滑行痕跡是屬于哪一輛車的。當有若干可見的滑行痕跡與事故無關(guān)時,這一用途就顯得很重要,因為要確定哪條痕跡是哪輛車留下的并不容易。
犯罪現(xiàn)場調(diào)查是熱像儀的又一新用途。熱像儀可以協(xié)助警察收集證據(jù),或確認關(guān)鍵證據(jù)。墻上或地板上的血雖然經(jīng)過清洗,仍然會留下熱像儀能夠看出來的熱特征。熱像儀不能識別該物質(zhì)的類型,但是它可以引起調(diào)查人員的注意。美國普萊諾警察局的警員曾經(jīng)做過這樣一個試驗,在墻上寫字后,將字涂掉,用熱像儀仍能發(fā)現(xiàn)字的痕跡。但是這些熱特征的存在時間很短,時間長短取決于大氣條件。手印可存留15分鐘，但如果天氣寒冷或有風,痕跡將很快消失。
4. 車輛跟蹤 車輛在使用時和使用之后都散發(fā)出大量的熱。熱輻射不僅來自發(fā)動機,而且來自輪胎、剎車和排氣管。用配有熱像儀的警用直升機可以從空中跟蹤嫌疑犯的車輛,即使在其不開車燈時也一樣能做到。裝有車載熱像儀的巡邏車還可以靠探測剛熄火車輛的散熱,跟蹤駛?cè)胪＼噲鲋械幕蛞堰h離的疑犯車輛。
5. 發(fā)現(xiàn)弄亂的表面 用肉眼也許看不出復(fù)原的土壤表面,但用熱像儀則可以看出來,因為當某處的表面被弄亂時,該表面的熱輪廓也會被破壞,翻過的土壤熱輻射也和壓實的土壤不同。通過熱像儀的這種功能可以找到被埋的東西。警察曾處理過這樣一個案例,一男子盛怒之下,殺死自己的妻子,為掩蓋罪證,該男子將尸體埋在后院,并用草皮蓋住埋尸地點,該男子自以為做得天衣無縫,但警察使用熱像儀很快就找到了尸體。如今,執(zhí)法機關(guān)已經(jīng)開始使用熱像儀尋找受害者的埋藏地點。一般認為用熱像儀能找到90天內(nèi)的新墳,但最近美國地理協(xié)會用熱像儀發(fā)現(xiàn)了2000年前的一座埃及古基。
6. 發(fā)現(xiàn)暗藏的隔層 汽車廠經(jīng)常用熱像儀檢查汽車是否存在故障。警察將熱像儀的這一用途用于檢查車輛有無隔層。毒品販子常常將毒品放在輪胎、假的氣罐和回氣管或車輛的其它艙室中,光靠肉眼檢查很難發(fā)現(xiàn)這些破綻。通過熱像儀則簡單的多,如車輛有兩個回氣管并有一個是假的,通過熱像儀觀察會發(fā)現(xiàn),使用中的回氣管顯得發(fā)白發(fā)熱,而另一個則無此現(xiàn)象。據(jù)悉,美國一墨西哥邊界的聯(lián)合聯(lián)邦檢查組采用這種方法,已經(jīng)發(fā)現(xiàn)企圖過境的幾千件毒品和不法僑民的走私物品。
7. 周邊監(jiān)視 在搜捕疑犯或處理緊急情況的時候,警察所采取的第一個行動就是對事故地點進行封鎖并在周邊派出警戒,防止疑犯逃跑或有人進入警戒區(qū)域干擾辦案,通過手持的或裝在車上的熱像儀可以使周邊控制更加有效。如今,許多國家已經(jīng)開始使用夜視技術(shù)對罪犯管教機構(gòu)、工廠和機場等地的周邊地帶進行晝夜監(jiān)視,防止意外。熱像儀還可以幫助警察檢查商業(yè)區(qū)的安全。因為熱像儀不能透視玻璃,通常窗戶看上去與墻是一體的,如果用熱像儀看到了屋子里的東西,就說明窗戶是打開的或是被打破了,因而該房子已經(jīng)或正在被盜。利用這一辦法既有效又節(jié)省時間。
8. 環(huán)境保護 油、化學物品等污染物發(fā)出的熱輻射與其周圍的土壤或水發(fā)出的輻射不同。通過熱像儀能夠跟蹤這些污染物并尋其源頭。這一用途是在美國毒品管制局跟蹤一條來自南美洲的船只時發(fā)現(xiàn)的。該船駛進紐約港時,通過熱像儀觀察到了它將污水系統(tǒng)打開并將污水倒入海港的過程。此次事件后,美國毒品管制局、聯(lián)邦調(diào)查局等機構(gòu)開始借助自身優(yōu)勢,自覺地參與到了環(huán)境保護中。如今,熱像儀已被環(huán)保組織大量用于尋找那些造成污染的工廠、清除水上浮油等行動中。
9. 檢測遺留痕跡 熱像儀對交通警察同樣也有很大的幫助,在交通事故現(xiàn)場使用熱像儀有助于他們更準確地測定滑行痕跡,考察滑行情況。剎車時,僅會有較少的橡膠留在路面上,采用傳統(tǒng)方法很難準確測定滑行距離及撞車時車輛的速度。但輪胎在與路面摩擦時會產(chǎn)生熱量,而熱像儀能夠看到這些痕跡,所以熱像儀可以用于獲得滑行數(shù)據(jù)。在駕駛員開始踩剎車的地方就會有滑行的影像痕跡,由此就能確定該駕駛員實際上開得有多快。
熱像儀也可幫助警察確定滑行痕跡是屬于哪一輛車的。當有若干可見的滑行痕跡與事故無關(guān)時,這一用途就顯得很重要,因為要確定哪條痕跡是哪輛車留下的并不容易。
犯罪現(xiàn)場調(diào)查是熱像儀的又一新用途。熱像儀可以協(xié)助警察收集證據(jù),或確認關(guān)鍵證據(jù)。墻上或地板上的血雖然經(jīng)過清洗,仍然會留下熱像儀能夠看出來的熱特征。熱像儀不能識別該物質(zhì)的類型,但是它可以引起調(diào)查人員的注意。美國普萊諾警察局的警員曾經(jīng)做過這樣一個試驗,在墻上寫字后,將字涂掉,用熱像儀仍能發(fā)現(xiàn)字的痕跡。但是這些熱特征的存在時間很短,時間長短取決于大氣條件。手印可存留15分鐘，但如果天氣寒冷或有風,痕跡將很快消失。
應(yīng)用 一般來講，夜視儀的用途包括：
軍用
執(zhí)法
狩獵 野外觀察
監(jiān)視
安全
導(dǎo)航
隱蔽目標觀測
娛樂
夜視儀最早被用來在夜間對敵方目標進行定位。目前軍隊系統(tǒng)仍然大范圍地使用夜視儀，除了上述用途以外，還包括導(dǎo)航、監(jiān)視、瞄準等用途。警方和安全部門經(jīng)常使用熱成像和圖像增強這兩種技術(shù)，特別是用它們進行監(jiān)視。獵手和熱愛大自然的旅人們依靠NVD，就能在夜間駕輕就熟地穿過森林。
偵探和私家偵探會利用夜視儀探查人們是否有不軌行為。不少商業(yè)機構(gòu)也會利用安裝在固定位置的夜視攝像頭監(jiān)測周圍環(huán)境。
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電力質(zhì)量分析儀-電能質(zhì)量分析儀
有毒性氣體檢測儀-有害氣體報警儀
農(nóng)藥殘毒快速檢測儀
漏電斷路器測試儀
防輻射檢測儀-電磁輻射測試儀
數(shù)字萬用表
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高壓數(shù)字兆歐表
微電阻計-微歐計-微歐表
聲級計-音量計-噪音計
輻照計-照度表-照度計-照度儀
紅外成像儀/熱像儀
數(shù)字示波器
紅外線測溫儀-測溫表
分析天平-電子天平
木材水分測試儀-水份測定儀
硫化氫檢測儀/H2S檢測儀
煙氣分析儀-煙氣檢測儀
PH計-酸堿度計-ORP測試儀
超聲波探傷儀
絕緣電阻測試儀-絕緣測試儀
波形存儲記錄儀
氧氣檢測儀/O2測試儀
多種氣體檢測儀-復(fù)合氣體測試儀
SF6氣體檢測儀
液體流量計
地下管線探測儀
地下金屬探測儀
探地雷達
燃氣管道泄漏檢測儀
電力電纜故障定位儀
硬度計
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電阻率測試儀
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直流穩(wěn)壓電源
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便攜式紅外測溫儀
電壓表與功率表
蓄電池測試儀器
絕緣電阻測試儀/兆歐表
水質(zhì)安全分析儀
酸度計
電導(dǎo)率儀
多參數(shù)水質(zhì)分析儀
溶解氧儀
離子濃度計
水質(zhì)安全檢測儀
可燃氣體檢測
氧氣檢測儀
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甲醛檢測儀
二氧化碳檢測儀
復(fù)合氣體檢測儀