主动式红外夜视仪讲解

1、物电学院本科生课程设计课程名称:光学课程设计题目：主动式红外夜视仪专业班级：学生姓名：_学生学号：日期：指导教师：物电学院教务部印制说明：1、报告中的第一、二、三项由学生在课程设计开始前填写，由指导教师指导并确认签字。2、学生成绩由指导教师根据学生的设计情况给出各项分值及总评成绩，并填写成绩评定表。3、所有学生必须参加课程设计的答辩环节，凡不参加答辩者，其成绩一律按不及格处理。答辩小组成员应由2人及以上教师组成。答辩后学生根据答辩情况填写答辩记录表。4、报告正文字数一般应不少于3000字，也可由指导教师根据本门课程设计的情况另行规定。5、平时表现成绩低于6分的学生，取消答辩资格，其该课程设计成

2、绩按不及格处理。6、课程设计完成后，由指导教师根据完成情况写出总结。7、此表格式为徐州师范大学物理与电子工程学院提供的基本格式，指导教师可根据本门课程设计的特点及内容做适当的调整。一、课程设计目的、任务和内容要求在现在社会，红外夜视仪的用途越来越广泛，不仅在军事方面，而且在执法、狩猎、野外观察、监视、安全、导航、隐藏目标观察、娱乐等方面也起到了越来越重要的作用。主动式红外夜视仪不受照度的限制，全黑情况下可以进行观察，且效果很好,价格便宜。，成像清晰，制作简单自带光源，不受环境照明条件影响，可以获得较大的反差，易于区别目标和背景。本课程设计的目的就是设计一个简易的主动式红外夜视仪，可以在无光或者

3、光线较弱的夜晚也能通过夜视仪观察到东西，虽然能够看到的距离不是很远，但基本能够实现功能。具体设计内容如下：1査找资料，熟悉红外夜视仪的不同类别工作原理；2确定设计课题：主动式红外夜视仪3设计出简易的主动式红外夜视仪的制作方案；4根据方案，准备制作材料；5开始详细设计制作，解决技术问题；6硬件检测，调试，改进；7设计报告。设计要求：通过查找资料以及详细地设计，能够制作出一个简易的主动式红外夜视仪，并且在光线很弱或者无光的夜晚可以比较清晰地观察到物体，达到夜视的效果，从而能够在实际生活中得到应用和推广。二、进度安排：第1112周：查找资料，拟定设计课题，制定设计总体方案;第1314周：根据方案进行

4、详细设计，并解决一些技术问题;第15周：进行行硬件的检测和调试；第16：开始准备设计课程设计报告；第17周：做好课程设计PPT、答辩文本；第18周，答辩、完善、提交设计报告。三、主要参考文献:主要是网上寻找资料。指导教师签字：年月日江苏师范大学物电学院本科生课程设计 目录TOC o 1-5 h z摘要IIAbstractII HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 课题背景11.1红外夜视仪发展1 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 1.2红外夜视仪基本原理1 HYPERLINK l bookmark10

5、o Current Document 设计方案简述3 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 2.1设计方案32.2简单光路3 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 详细设计4 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 3.1所需材料及硬件焊接4 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 3.2需解决的主要技术问题5 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 设计结果及分析6 HY

6、PERLINK l bookmark24 o Current Document 4.1设计结果6 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 4.2结果分析7摘要夜视仪，简单的说就是以像增强器为核心器件的夜间外瞄准具，其工作时不用红外探照灯照明目标，而利用微弱光照下目标所反射光线通过像增强器在荧光屏上增强为人眼可感受的可见图像来观察和瞄准目标。而红外夜视仪是利用光电转换技术的军用夜视仪器。它分为主动式和被动式两种：前者用红外探照灯照射目标，接收反射的红外辐射形成图像；后者不发射红外线，依靠目标自身的红外辐射形成“热图像”，故又称为”热像仪”。简易的主动式

7、红外夜视仪，以红外发光管作为光源，通过在无光条件下照射目标并接收目标反射的红外光，经过显像系统的处理，让人能够清楚地观察到目标。这种夜视仪自带光源，不受环境影响，制作简单，成像清晰，能够很好地得到应用。关键词：红外夜视仪；原理；制作方法AbstractNightvisiondevices,asimplenightofthecorecomponentsoftheimageintensifigersights,infraredsearchlightlightinggoals,anditsworkwithouttheuseofthegoalunderthefaintlightreflectedlig

8、htthroughtheimageintensifieronthescreentoenhancethehumaneyecanthevisibleimageofthefeelingsofobservationandtargeting.Andinfrarednightvisiondeviceisaphotoelectricconversiontechnology,militarynightvisiondevices.Itisdividedintotwokindsofactiveandpassive:theformerinfraredsearchlightsgoal,receivingtherefl

9、ectedinfraredradiationtoformimages;whichdoesnotemitinfrared,felyontheinfraredradiationofthetargetitselftotheformationof”hotimages”,alsocalled“thermalimaginginstrument.”Whatwedoisanactivenightvision,nightvisionimageprinciple,analysis,andlisitstheproductionmethdofasimpleinfrarednightvision.Keywords：In

10、frarednightvision;Principle;Productionmethods江苏师范大学物电学院本科生课程设计 课程背景1.1红外夜视仪发展历史及用途尽管人们很早就发现了红外线，但受到红外元器件的限制，红外遥感技术发展很缓慢。直到1940年德国研制出硫化铅和几种红外透射材料后，才使红外遥感仪器的诞生成为可能。此后德国首先研制出主动式红外夜视仪等几种红外探测仪器，但它们都未能在第二次世界大战中实际使用。几乎同时，美国也在研制红外夜视仪，虽然实验成功的时间比德国晚，但却抢先将其投入实战应用。1945年夏，美军登陆进攻冲绳岛，隐藏在岩洞坑道里的日军利用复杂的地形，夜晚出来偷袭美军。于是

11、美军将一批刚刚制造出来的红外夜视仪紧急运往冲绳，把安有红外夜视仪的枪炮架在岩洞附近，当日军趁黑夜刚爬出洞口，立即被一阵准确的枪炮击倒。洞内的日军不明原因，继续往外冲，又糊里糊涂的送了命。红外夜视仪初现战场，就为肃清冲绳岛上顽固的日军发挥了重要作用。主动式红外夜视仪具有成像清晰、制作简单等特点，但它的致命弱点是红外探照灯的红外线会被敌人的红外探测装置发现。60年代，美国首先研制出被动式的热像仪，它不发射红外光，不易被敌人发现，并具有透过雾、雨等进行观察的能力。1982年4月到6月，英国和阿根廷之间爆发马尔维纳斯群岛战争。4月13日半夜，英军攻击承军据守的最大据点斯坦利港。3000名英军布设的雷区

12、，突然出现在阿军防线钱。英国的所有枪支、火炮都配置了红外夜视仪，能够在黑夜中清楚地发现阿军目标。而阿军却缺少夜视仪，不能发现英军，只有被动挨打的份。在英军火力准确的击下，阿军支持不住，英军趁机发起冲锋。到黎明时，英军已占领了阿军防线上的几个主要制高点，阿军完全处于英军的火力控制下。6月14日晚9时，14000名阿军不得不向英军投降。英军领先红外夜视仪器材赢得了一场兵力悬殊的战斗。1991年海湾战争中，在风沙和硝烟弥漫的战场上，由于美军装备了先进的红外夜视器材，能够先于伊拉克军的坦克而发现对方，并开炮射击。而伊军只是从美军坦克开炮时的炮口火光上才得知大敌在前。由此可以看出红外夜视仪器材在现代战争

13、中的重要作用。现在，进入二十一世纪，红外夜视仪已不再是只用于军事，它在执法、狩猎、野外观察、监视、安全、导航、隐藏目标观察、娱乐等方面也起到了越来越重要的作用。1.2红外夜视仪基本原理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。可见光光谱相邻的事红外线光谱。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（一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

14、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。十九世纪爱尔兰人史密斯发现了一种光电效应，这就使光和电转换成为可能。而在科学技术高度发展的今天，将电信号进行变频、变相和放大，并不是一件难事。只要把景物各部分明暗不同的亮度转变成大小不同的电信号（电流和电压）,然后通过扫描技术，将光图像转变为电图像，这个过程就叫摄像。最后利用显像技术将电图像还原为光图像，以达到观察的目的。主动式红外仪就是利用光电转换技术。用红外线光源照射在物体上，然后通过红

15、外变像管将不可视的电像转变为人眼可见的光学像，达到观察的目的。设计方案简述2.1设计方案通过查找资料，了解到主动式夜视仪的基本原理：仪器向外发射红外光束，照射目标，并将目标反射的红外图像转化成为可见光图像，从而进行夜间观察，军事上主要用于夜间瞄准、驾驶车辆、侦察照相等。所以我们可以用一种简单的方法制作出这种主动式红外夜视仪。红外夜视仪是利用光电转换技术制作的，因此，我们的设计方案如下：红外夜视仪需要发出红外光，我们把红外发光二极管作为夜视仪的发光源，红外光照射目标，然后用摄像头这种装置接收目标反射回来的红外光，把光图像转换为电图像，然后再用显示屏将电图像转换为人眼可见的光图像，显示在显示屏上。

16、2.2简单原理图我们设计的主动式红外夜视仪制作简单，效果明显，原理图也是比较简单的。图中，用红外光照射目标，然后目标反射的光进入物镜，再经红外变像管，到目镜，人眼即可观察，在实际制作中用摄像头和显示屏代替红外变像管，物镜和目镜，直接通过摄像头接收目标反射回来的红外光，并显像在屏幕上，这样便于观察和分析。AIMK）宜动戌F肿卜寅视位的祭统结樹红卄嗨惟f?图2-1主动式红外夜视仪原理图详细设计3.1所需材料及硬件焊接红外发光二极管若干，摄像头一个，显示器一个，电位器一个。红外发光二极管：红外二极管主要用来发射红外光。常用的红外发光二极管（如SE303.PH303）,其外形和发光二极管LED相似，发

17、出红外光。光谱功率分布为中心波长830950nm，半峰带宽约40nm左右，它是窄带分布，为普通CCD黑白摄像机可感受的范围，其最大的优点是可以完全无红暴管压降约1.4v。工作电流一般小于20mA。功率分为小功率（lmW-10mW）、中功率（20mW-50mW0和大功率（50mW-100mW以上）三大类，我们使用SE303.PH303型外发光二极管。摄像头：又称CCD，它能够将光线变为电荷并可将电荷储存及转移，也可将储存的电荷取出使电压发生变化，是理想的摄像元件。结构主件有：镜头（LENS）,图像传感器（CCD），数字信号处理芯片（DSP），电源。其工作原理为：被摄像体反射光线，传播到镜头，经镜

18、头聚焦到CCD芯片上，CCD根据光的强弱积聚相应的电荷，经周期性放电，产生表示一幅幅画面的电信号，经过滤波、放大处理，通过摄像头的输出端子输出一个标准的复合视频信号。再通过USB接口传输到电脑中处理，通过显示器就可以看到图像了。由于摄像头制作较复杂，所以我们直接买了一个摄像头。显示器：显示器主要由视频放大电路、场扫描电路、行扫描电路开关电源、模式识别和控制电路等组成。它是一种将一定的电子文件通过特定的传输设备显示到频幕上再反射到人眼的显示工具。制作太过复杂，所以我们直接用电脑做显:耳9示器。电位器：是可变电阻器的一种。通常是由电阻体与转动或滑动系统组成，即靠一个动触点在电阻体上移动，获得部分电

19、压输出。它的作用主要是调节电压（含直流电压和信号电压）和电流的大小。电位器的电阻体有两个固定端，通过手动调节转轴或滑柄，改变动触点在电阻体上的位置，则改变了动触点与任一个固定端之间的电阻值，从而改变了电压与电流的大小。我们使用电位器主要是通过改变电位器阻值大小来改变红外发光二极管的亮暗程度，以便在不同距离能在显示屏上显示同样清晰的像。我们用3296型电位器。所有这些硬件集齐之后，开始焊接电路。我们准备把红外二极管焊接在摄像头的周围作为光源，用十个红外二极管是为了保证其亮度，红外二极管发光人眼并不能观察到，这样就保证了夜视仪在夜晚能够引发挥作用；红外二极管之间我们采用并联模式，这样保证了每个红外

20、二极管电压相同，发出的光的亮度相同，再接入电位器，电源采用干电池两节，共3V电压，给红外放光管供电。摄像头一端用USB接口接在电脑上（一方面给摄像头供电，另外电脑可以作为显示屏），将摄像头、红外二极管焊接在一块电路板上，基本雏形就是这样。设计并制作好了之后，就开始试验，在夜晚无光情况下，启动夜视仪，观察其夜视效果并做相应的调试。如若效果不好，再做调试和整改，争取做到夜视效果做好，成像最清晰。下面是我们拍摄的各个器件和完成后的成品照片。图3-1SE303.PH303红外发光二极管图3-23296型电位器图3-3红外夜视仪成品3.2需解决的主要技术问题红外夜视仪需要接收反射光和显像的装置，比如摄像

21、头和显示频，这些做起来比较复杂，以我们目前的知识水平，很难设计出来。为了解决这一问题，并且能够实现良好的夜视效果，我们决定买一个电脑摄像头改造一下，把摄像头和电脑相连，以电脑作为显示屏。一般的摄像头里都有一个红外截止滤镜，我们需要把该滤镜移出，因为红外截止滤镜主要是防止红外光进入镜头，而我们的目的就是要让红外光进入镜头，让组件拍摄到红外线照射的物体。所以需要找到红外截止滤镜把它去掉，移出时用镊子小心移出。截止滤镜图3-1红设计结果及分析4.1设计结果第十六周时，红外夜视仪设计基本完成，。我们把夜视仪连在电脑上实际试验了一下，夜视仪功能基本能够实现，能够清楚地观察到目标。下面是我们拍的几张对比图

22、片。图4-1无光1图4-2夜视效果图4-3无光2图4-4夜视效果2图4-5夜视效果3图4-6自然光4.2结果分析我们设计的简易红外夜视仪基本成功，能够基本实现夜视功能。通过试验观察，在无光的条件下可以清楚地观察到目标，成像清晰，效果明显，达到预期目标。不过对于主动式夜视仪，它还有其他的一些优缺点。主动式夜视仪的一些优点：技术成熟、造价低廉、观测效果比较好；自带光源，不受环境照明条件影响，可以获得较大的明暗反差，易于区别目标和背景，有利于观察；由于不同的物体对红外辐射的反射能力不同，因而具有部分识别伪装的能力。主动式夜视仪的一些缺点：观察距离近，在观察时很容易被对方发现，从而暴露自己；观察范围只限于被照射的景物，视距受到探照灯尺寸和功率的限制，其应用范围有限。同时我们还测试了我们做的红外夜视仪到底能探测到多远的距离，经过测试，我们发现能照到的距离不是很远，只能照到四米左右的地方，我们设想，如果我们再加上聚焦反射镜，也许照射距离还会再长一些。5.总结通过我们的精心设计和团队的通力协作，主动式夜视仪的设计完成，其效果明显，达到设计目标，实现设计目的。在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互