導(dǎo)語(yǔ)：微光成像技術(shù)在航空機(jī)載的應(yīng)用一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：隨著微光成像技術(shù)的發(fā)展，微光夜視系統(tǒng)在現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)中發(fā)揮著重要作用。分析了微光成像技術(shù)的特點(diǎn)及在航空機(jī)載領(lǐng)域的典型應(yīng)用，梳理了微光夜視系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)外航空機(jī)載領(lǐng)域裝備應(yīng)用情況。討論了航空機(jī)載領(lǐng)域微光成像技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，為國(guó)內(nèi)航空機(jī)載微光夜視裝備的研制提供參考。

關(guān)鍵詞：微光成像；微光像增強(qiáng)器；機(jī)載夜視；夜視鏡

微光成像技術(shù)是在夜天光（如微弱月光、星光、大氣輝光等）照明條件下實(shí)現(xiàn)光-電子圖像信息之間相互轉(zhuǎn)換、增強(qiáng)、處理、顯示的一門(mén)技術(shù)等。利用微光成像技術(shù)，能將人眼不能或不易看見(jiàn)的近紅外輻射、極微弱星光等景物圖像通過(guò)各類(lèi)微光像增強(qiáng)器和微光視頻成像器件進(jìn)行光譜和光電轉(zhuǎn)換，變成亮度被增強(qiáng)的人眼易看的可見(jiàn)光圖像，從而彌補(bǔ)了人眼的局限性，擴(kuò)展了人眼的視野和功能[1]。隨著20世紀(jì)40年代國(guó)外開(kāi)始研究微光夜視技術(shù)開(kāi)始研究以來(lái)，作為微光夜視技術(shù)核心的微光像增強(qiáng)技術(shù)得到了迅猛發(fā)展，先后有了一代、二代、三代和超二代微光像增強(qiáng)器的問(wèn)世，代表的廠家有美國(guó)ITT公司、諾斯羅普•格魯曼公司，法國(guó)的PHOTONIS公司、荷蘭DEP公司等。我國(guó)微光夜視技術(shù)經(jīng)過(guò)發(fā)展，已具備一代和二代以及高性能超二代微光像增強(qiáng)器的批量生產(chǎn)能力，并大量裝備部隊(duì)。三代微光器件研究已獲得重大技術(shù)突破，實(shí)驗(yàn)室樣管可以達(dá)到美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)三代管的水平[2、3]。國(guó)外目前已大量裝備微光夜視系統(tǒng)，尤其是在航空機(jī)載領(lǐng)域，美軍表現(xiàn)比較突出，其在轟炸機(jī)、殲擊機(jī)、加油機(jī)、運(yùn)輸機(jī)以及各種旋翼機(jī)平臺(tái)上都配備了多種微光夜視系統(tǒng)，以突出其在夜戰(zhàn)中的優(yōu)勢(shì)力量。目前，國(guó)內(nèi)微光夜視產(chǎn)品由于受核心器件發(fā)展限制，微光夜視產(chǎn)品從裝備數(shù)量和技術(shù)指標(biāo)與國(guó)外相比仍有差距。

1微光成像技術(shù)特點(diǎn)及在航空機(jī)載領(lǐng)域的應(yīng)用

微光成像系統(tǒng)通常有兩種類(lèi)型：直視型微光夜視鏡和視頻型微光夜視攝像機(jī)。其中，前者通過(guò)目鏡直接觀察，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉；后者通過(guò)各類(lèi)視頻型微光器件轉(zhuǎn)換為視頻信號(hào)，能夠?qū)崿F(xiàn)圖像的傳輸、多傳感器信號(hào)疊加以及圖像優(yōu)化處理。微光成像技術(shù)具有以下特點(diǎn)：（1）成像效果與人眼的視覺(jué)效果接近；（2）微光夜視儀體積小、重量輕，而且由于工作方式是被動(dòng)的，便于隱蔽使用；（3）不易識(shí)別偽裝目標(biāo)；（4）作用距離與觀察效果受到氣象影響較大。綜合國(guó)內(nèi)外航空機(jī)載領(lǐng)域夜視系統(tǒng)裝備平臺(tái)和應(yīng)用領(lǐng)域，夜視系統(tǒng)在航空機(jī)載領(lǐng)域的主要應(yīng)用包括以下幾個(gè)方面：（1）可在燈光管制等特殊環(huán)境下進(jìn)行艙內(nèi)及艙外觀察，并可輔助飛行員目視觀察進(jìn)行飛機(jī)的起降及搜索目標(biāo)；（2）可輔助進(jìn)行夜間飛行編隊(duì)，有效縮短編隊(duì)距離；（3）可以輔助觀察它機(jī)或本機(jī)特定波段激光照射所產(chǎn)生的激光斑；（4）可進(jìn)行夜間空中加油的觀察與監(jiān)視；（5）配合其他傳感器完成飛行員飛行數(shù)據(jù)信息綜合顯示。

2國(guó)內(nèi)外航空機(jī)載領(lǐng)域微光夜視系統(tǒng)裝備情況

2.1國(guó)外航空機(jī)載領(lǐng)域微光夜視系統(tǒng)裝備情況。目前，美國(guó)空軍、海軍及國(guó)外戰(zhàn)機(jī)已經(jīng)裝備了大量的微光夜視系統(tǒng)，其中美軍機(jī)載平臺(tái)應(yīng)用的夜視鏡有AN/AVS-6、AN/AVS-9、AN/AVS-10PNVG等，分別應(yīng)用包括A-10、F-15C、F-15E、F-16、F117、C-5、C-130、KC-135、HH-60、AH-64等固定翼飛機(jī)以及旋翼機(jī)平臺(tái)。英國(guó)、法國(guó)、荷蘭、俄羅斯等也在多種機(jī)型平臺(tái)（例如臺(tái)風(fēng)戰(zhàn)斗機(jī)、鷹獅戰(zhàn)斗機(jī)、米-17、米-24、“虎”式直升機(jī)等）裝備了微光夜視系統(tǒng)。航空機(jī)載領(lǐng)域應(yīng)用的微光夜視系統(tǒng)主要包括直視型微光夜視鏡和視頻型微光夜視攝像機(jī)。其中傳統(tǒng)的直視型夜視鏡在機(jī)載領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛，直視型微光夜視鏡典型產(chǎn)品包括以下幾種類(lèi)型。（1）雙管雙目夜視鏡圖1所示美軍的AN/AVS-9夜視鏡，另外還有美軍的AN/AVS-6、荷蘭的NL-93夜視鏡、英國(guó)NITE-OP夜視鏡等。該類(lèi)型夜視鏡通常采用40°典型視場(chǎng)，放大倍率為1倍，包括手動(dòng)焦距調(diào)節(jié)以及目鏡視度調(diào)節(jié)以及眼距、瞳間距調(diào)節(jié)等功能。座椅彈射時(shí)通過(guò)爆炸脫落或過(guò)載自動(dòng)脫落的形式。目前裝備的夜視鏡均采用標(biāo)準(zhǔn)三代像增強(qiáng)器或高性能三代像增強(qiáng)器。（2）雙管雙目頭顯夜視鏡圖2所示美軍的ANVIS/HUD-24夜視鏡。該類(lèi)夜視鏡通過(guò)平視顯示元件與雙管數(shù)目夜視鏡疊加，實(shí)現(xiàn)飛行數(shù)據(jù)與夜視場(chǎng)景的疊加顯示。該款夜視鏡頭顯視場(chǎng)為32°，夜視視場(chǎng)為40°，頭顯像元的分辨率為512×512。其余結(jié)構(gòu)和功能與雙管雙目夜視鏡相近。（3）多管雙目超大視場(chǎng)夜視鏡圖3所示美軍的AN/AVS-10夜視鏡。該夜視鏡采用4個(gè)16mm的三代像增強(qiáng)器。四個(gè)光通道兩兩進(jìn)行目鏡拼接，最終實(shí)現(xiàn)了100°×40°的超寬視場(chǎng)，亦能實(shí)現(xiàn)手動(dòng)焦距調(diào)節(jié)以及目鏡視度調(diào)節(jié)以及眼距、瞳間距調(diào)節(jié)等功能。該夜視鏡彈射兼容性采用過(guò)載自動(dòng)脫落的形式。（4）折轉(zhuǎn)式雙管雙目微光夜視鏡圖4所示法國(guó)的SagemJADE夜視鏡。該類(lèi)夜視鏡采用折轉(zhuǎn)組合目鏡的形式，使飛行員既能觀看到夜視光路反射的夜視增強(qiáng)圖像，亦能通過(guò)透視組合鏡看到平顯、座艙儀表、艙外未增強(qiáng)器的可見(jiàn)光圖像。這種構(gòu)型既縮短了夜視鏡的突出量，改善了重心分布，又增強(qiáng)了飛行員的對(duì)飛行的態(tài)勢(shì)感知。視頻型微光夜視攝像機(jī)，通常應(yīng)用于多功能綜合夜視頭盔上，例如臺(tái)風(fēng)戰(zhàn)斗機(jī)上配備的BAESystem公司設(shè)計(jì)的HMDSsystem（如圖5所示）、鷹獅戰(zhàn)斗機(jī)飛行員配備的新型HMDSsystem以及F35飛行員配備的新型夜視頭盔顯示器（如圖6所示）。微光夜視攝像機(jī)形成的外界場(chǎng)景的增強(qiáng)視頻經(jīng)視頻處理傳輸疊加顯示在頭顯的顯示像元上并接投射在護(hù)目鏡上，實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)場(chǎng)景與飛行數(shù)據(jù)的疊加顯示。2.2國(guó)內(nèi)航空機(jī)載領(lǐng)域微光夜視系統(tǒng)裝備情況。目前，國(guó)內(nèi)只有直升機(jī)平臺(tái)裝備有頭盔微光夜視鏡和綜合頭盔瞄準(zhǔn)具（含夜視組件），且涉及型號(hào)少，裝備量低。相比國(guó)外航空機(jī)載領(lǐng)域微光夜視系統(tǒng)裝備的產(chǎn)品類(lèi)型及裝備的機(jī)型相比，國(guó)內(nèi)仍有較大差距。國(guó)內(nèi)航空機(jī)載領(lǐng)域裝備的夜視鏡的主要差距體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。（1）核心器件像增強(qiáng)器性能差距受制于核心器件的限制，目前國(guó)內(nèi)裝備的夜視鏡像增強(qiáng)器主要為超二代水平，與美軍的大量裝備三代像增強(qiáng)器以及高性能三代像增強(qiáng)器差距明顯。主要差距在器件的分辨率（超二代最高達(dá)到64對(duì)線/mm，三代像增強(qiáng)器典型值為64對(duì)線/mm，最高可達(dá)72對(duì)線/mm）、信噪比（超二代最高達(dá)25db，三代像增強(qiáng)器典型值大于25）和靈敏度（超二代典型值為700μA/lm、三代典型值不小于1800μA/lm）等，體現(xiàn)在系統(tǒng)的作用距離、動(dòng)態(tài)范圍等。（2）微光夜視鏡構(gòu)型單一目前，國(guó)內(nèi)機(jī)載裝備夜視鏡多采用雙管雙目微光夜視鏡構(gòu)型，該種構(gòu)型佩戴舒適性相對(duì)較差，視場(chǎng)局限，不利于直接觀察平視顯示器以及座艙儀表等。國(guó)外除雙管雙目構(gòu)型外，還裝備有折轉(zhuǎn)耦合式構(gòu)型、多視場(chǎng)拼接構(gòu)型等。（3）微光夜視鏡功能單一國(guó)外裝備的夜視鏡功能豐富，包含頭顯綜合式雙管微光夜視鏡、超寬視場(chǎng)微光夜視鏡、等，并且更多的多功能綜合夜視頭盔集成。國(guó)內(nèi)裝備的微光夜視鏡大多只能提供單一的微光增強(qiáng)圖像，用于疊加飛行數(shù)據(jù)信息的綜合頭盔瞄準(zhǔn)具使用和裝備較少。

3機(jī)載微光成像技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

（1）寬視場(chǎng)微光夜視鏡普通夜視鏡視場(chǎng)通常為40°，視場(chǎng)小與飛行員快速機(jī)動(dòng)搜索目標(biāo)相矛盾。需要研發(fā)與人眼正常視覺(jué)相匹配的超大視場(chǎng)微光夜視鏡。但大視場(chǎng)夜視鏡帶來(lái)新的問(wèn)題：體積大、重量重。減小像增強(qiáng)器自身尺寸重量、采用新型光學(xué)和結(jié)構(gòu)材料、新的光學(xué)構(gòu)型實(shí)現(xiàn)超大視場(chǎng)微光夜視鏡小型化、輕量化的設(shè)計(jì)成為設(shè)計(jì)研發(fā)的重點(diǎn)。（2）折轉(zhuǎn)組合目鏡式微光夜視鏡傳統(tǒng)直視型微光夜視鏡的單目光路中物鏡、像增強(qiáng)器、目鏡和人眼在一條直線上。該構(gòu)型主要問(wèn)題：1、夜視鏡突出量大，重量重心靠近飛行員前沿處；2、傳統(tǒng)的直視型微光夜視需要通過(guò)眼睛余光來(lái)觀察下視的彩色顯示器，給使用過(guò)程中帶來(lái)不便。折轉(zhuǎn)組合目鏡式微光夜視鏡一方面能夠使夜視鏡長(zhǎng)度進(jìn)一步縮短增加佩戴舒適性，另一方面能夠使人眼的通視視場(chǎng)增大，便于直接觀察座艙內(nèi)的平視顯示器、下視彩色顯示器以及其他儀表。（3）綜合夜視頭盔系統(tǒng)相比傳統(tǒng)單一類(lèi)型夜視鏡，綜合夜視頭盔系統(tǒng)能夠綜合多傳感器信息融合顯示，既能顯示經(jīng)過(guò)微光增強(qiáng)的場(chǎng)景圖像，又能疊加顯示必要的飛行數(shù)據(jù)信息，還能綜合顯示機(jī)載其他光電傳感器（紅外傳感器等）的視頻圖像以及與微光視頻融合顯示的圖像等。綜合夜視頭盔系統(tǒng)使夜視傳感器的布局不再局限于人眼視覺(jué)的正前方，無(wú)論是通過(guò)光疊加的還是視頻信號(hào)電疊加的夜視傳感器都可以布置在頭盔兩側(cè)護(hù)耳處，甚至是機(jī)上的其他安裝位置，以改善飛行員佩戴的舒適性。（4）新型微光夜視傳感器的應(yīng)用新型的EBAPS，其借助光陰極產(chǎn)生光電子，從高壓電源獲得高能量轟擊光敏面，以高電子能量，換取更大的電荷數(shù)量轉(zhuǎn)換，具有讀出噪聲低、靈敏度高的特點(diǎn)[4]。黑硅探測(cè)器，采用黑硅半導(dǎo)體技術(shù)，使探測(cè)器的響應(yīng)波段能夠從紫外擴(kuò)展到長(zhǎng)波紅外，具有超高的靈敏度，能夠在小于0.001lux低照度環(huán)境下成像，能夠提供高質(zhì)量的晝夜成像效果；短波相機(jī)，采用InGaAs陰極材料，響應(yīng)波段0.4μm～1.7μm；增強(qiáng)型CMOS器件，具有更高的幀率（大于100Hz）、更大的動(dòng)態(tài)范圍（大于60dB）、較小的可讀出噪聲（小于4e-）且晝夜都能使用。眾多使用新技術(shù)、新類(lèi)型的微光夜視傳感器的不斷發(fā)展和完善，使微光夜視攝像機(jī)的傳感器不再局限于ICCD或ICMOS等像增強(qiáng)器耦合型視頻器件，能夠進(jìn)一步縮短微光傳感器的體積并減少重量，擴(kuò)展機(jī)載航空領(lǐng)域的夜視技術(shù)的應(yīng)用范圍[5]。

4結(jié)束語(yǔ)

對(duì)比國(guó)外機(jī)載領(lǐng)域的裝備、應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)情況，結(jié)合目前國(guó)內(nèi)機(jī)載夜視裝備情況及用戶使用情況，最后指出國(guó)內(nèi)機(jī)載微光成像技術(shù)的幾個(gè)關(guān)注點(diǎn)：（1）夜視鏡的人機(jī)工效問(wèn)題。包括佩戴舒適性問(wèn)題、彈射安全性問(wèn)題、夜視兼容問(wèn)題等；（2）新構(gòu)型的應(yīng)用。加快研制新型微光夜視鏡如寬視場(chǎng)、折轉(zhuǎn)組合目鏡式夜視鏡等，解決國(guó)內(nèi)夜視鏡品種單一、應(yīng)用單一的局面；（3）新型微光傳感器的應(yīng)用。關(guān)注新型微光夜視傳感器的發(fā)展及應(yīng)用，包括新型的彩色夜視傳感器的發(fā)展，拓展機(jī)載平臺(tái)夜視技術(shù)的應(yīng)用；（4）多傳感器融合技術(shù)。結(jié)合機(jī)載平臺(tái)中不同波段傳感器的特點(diǎn)，考慮多傳感器的融合處理。

參考文獻(xiàn)

[1]向世明等.現(xiàn)代光電子成像技術(shù)概論[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,2010.

[2]郭暉,向世明,田民強(qiáng),微光夜視技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)評(píng)述[J].紅外技術(shù),2013,35(2):63-68.

[3]胡邁,曹維國(guó),王勁松,安志勇,林婉宜,于麗婷.微光夜視環(huán)境中自然微光環(huán)境模擬[J].長(zhǎng)春理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）,2015,38(1):29-33.

[4]史繼芳,劉宇.用于微光夜視系統(tǒng)檢測(cè)的夜天光模擬[J].應(yīng)用光學(xué),2003,24(5):11-13.

[5]蔡珂珺,付躍剛,顧平平.用于微光夜視儀性能檢測(cè)的夜間仿真環(huán)境[J].紅外技術(shù),2007,29(2):102-106.

作者:劉文彬 單位:中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司洛陽(yáng)電光設(shè)備研究所