【不止游戏】夜视仪究竟是如何看清楚黑暗的?

SONAR森纳映画 2020-07-17 22:40:39

欢迎收看不止游戏第115期,我是乔伊。

黑夜,人类生存最大的难题之一。无论是古代还是现代,黑夜所带来的的黑暗,让人类无法得知周围环境中存在的危险。而人类也一直想尽各种办法,用火焰,电灯来驱散黑暗所带来的未知和恐惧。

但对于军队而言,黑暗弥漫的未知和恐惧,却可以加以利用。暮色成为了士兵最好的伪装,也能成为发动攻击最有效的时机。如何利用黑夜达到军事目的,成为兵家必论之事。

让黑夜站在自己这边,那便得依靠夜视仪和热成像这两种设备。

本期节目我先就给大家讲一讲,很多观众在游戏和电影中经常看到的装备:夜视仪。它的作用原理究竟是怎么样的?

夜视仪(night vision device)

顾名思义,就是一种在弱光或者黑暗环境下增强视力的电子设备。

一般分为主动式红外夜视仪,微光夜视仪和热成像仪。

最早出现的便是主动式红外夜视仪,在二战德国率先采用这种设备。

为什么叫“主动式红外”,就是因为它的工作原理,夜视仪带的红外灯,先发射红外光束照射目标,再将目标反射回来的红外图像转化为可见图像,从而达到夜视的效果。

德军后来在近50辆黑豹坦克上,安装了红外夜视仪。

除此之外,还有给步兵配备的“吸血鬼”便携系统,可以安装到STG-44步枪上使用。

虽然名字叫便携系统,但这玩意还是挺大的。不光要在枪上安装一个硕大的红外探射仪,还要在身上背个大型的电池组,来作为夜视仪的供电设备。

美军也在这个时期逐步配备了红外夜视仪,那便是M1、M3红外夜视仪,也就是《战地V》中出现的装备。现在大家能明白为什么这个枪上的夜视仪有个大灯了吧。

但这种主动红外式夜视仪,通过它的原理大家也能知道有点麻烦。每次都要先开红外光去照人家,虽然发射的红外光束肉眼不可见,但对面要是有红外探测装置,有可能会被敌人反向抓住。

所以当时出现了一种战术,让其他单位安装红外大灯,相当于你帮我照着,我躲起来用接收端暗中观察,到时候真要被抓了,挨揍的反正是你,以保护主要的坦克和射手。

但整体来说,这个时期的夜视仪,都还处于比较初级的阶段。无论是探测的距离和效果,还是体积和可靠性都不怎么好。只能说凑合着用。但这个技术并不说很差,主动式红外在军事领域,如今成为了一种夜视的辅助手段。

而在民用领域,就是现在的监控摄像头用的比较多。

例如我手上刚好有个监控摄像头,下面这个就是红外灯。现在晚上的环境大概还是能看清楚,如果我把摄像头挡住,大家都知道画面肯定是一片漆黑。

但现在你们看,我只挡住下面的红外线灯,不挡住摄像头。由于没有红外灯给它照亮环境,它就什么也拍不到了。所以大家现在能明白了吧,摄像头周围那些小灯泡,就是红外灯。

到了越南战争期间,夜视仪迎来了重大改进。开始利用环境光替代此前的红外光源。

也就是如今大家在游戏和电影中最常见到的:微光夜视仪。

在自然界的黑夜中,大家也知道就算再怎么黑,还是有点天光和月光的。不可能完全真黑的啥也看不见。这些天光会给地面环境带来一些光反射,只不过太微弱了,对于人眼而言还是很难看清楚。

而微光夜视仪的原理,就是把这些很微弱的自然光,通过夜视仪利用光电阴极进行光电转化,电子会在增强器内部的电路作用下放大几千倍几万倍,再以极高的速度撞击夜视仪的荧光屏。

说简单点,就是一种图像增强技术,把环境中人眼难以察觉的微弱的光,给你增强效果,转换成勉强清晰可见的图像。

有点类似于现在相机的感光度iso,但玩过相机的朋友都知道,如果强行把iso拉高的话,有用没用的信息都会被放大,画面也就会出现很多的噪点。

所以第一代的微光夜视仪也存在这个问题,图像中的噪点很多很容易失真。看久了容易伤眼睛。

越战期间,美军就开始使用AN/PVS-2夜视仪。可以安装在直升机上来执行夜间侦查任务。也有部分美军士兵装在自己的M16步枪上,充当黑夜的4倍瞄准镜。

但受限于当时的技术原因,这个夜视仪体积大不说,使用也很局限。第一代微光夜视仪,只有1000左右的光放大倍率,如果没有月光或者是山洞中实在太暗的环境,这种早期夜视仪也没有办法将微光放大到可见的效果。而且越南丛林中恶劣的作战环境,潮湿、磕碰都会导致夜视仪动不动就会抽风。

虽然效果一般,但至少奠定了之后夜视仪的发展方向。围绕着图像分辨率、便携性、可靠性等方向做出了改进。

第一代微光夜视仪,大约有1000小时的使用寿命。到了20世纪70年代研发出的第二代微光夜视仪,改进了图像增强器和光电阴极,让它有了2500-5000小时的使用寿命,还增大了2万倍的光放大率。

用人话说,就是弱光也清晰,既能适应更暗的环境,又能呈现更清晰的图像。

在海湾战争中,大量使用的AN/PVS-4就是第二代夜视仪。如果把它当作瞄具来用的话,还能更换各种标线,来适配如M16步枪、M72火箭筒等不同类型的武器。

到90年代研发的第三代夜视仪,其中就有大家在《逃离塔克夫》等多部游戏作品中,最常见到的AN/PVS-14。

这款第三代微光夜视仪,体积和重量都得到了极大的改善,所以可以直接安装在各种战术头盔上使用,更加方便灵活。

AN/PVS-14从2000年开始服役至今,在各大的冲突和特种行动中,都起到了十分关键的作用。

同时现代的微光夜视仪,还兼带刚才说的主动红外灯。一般不会使用,但如果真在黑的啥也看不见的洞穴等情况时,一点微光都没能给夜视仪放大的话,就可以使用红外灯来辅助使用。

不过大家看微光夜视仪的原理就能发现,是把微弱的光给放大,很多人在游戏和电影中都发现了一个情况。就是在黑夜本来用夜视仪看的好好的,突然敌人开启大灯弄出一个很大的光源,那岂不是把正常的灯光给放的更大,晃瞎戴夜视仪的人。这种情况会出现吗?

老式或者一些民用的微光夜视仪,确实会出现这种情况。突然遇上强光会导致致盲,甚至可能烧坏夜视仪。

但如今先进一点的军用夜视仪不会了,因为现代的军用夜视仪加了一个“强光保护”的设计。遇上强光夜视仪会调节自动门阀,将光调的低一些,来产生抗干扰的效果。如果光实在太亮了,它还会强制自动关机,以保护使用者的眼睛和设备。

接下来我想肯定不少人很疑惑,为什么夜视仪看起来的画面基本上都是绿色的?

士兵们在长期使用夜视仪时,绿色的画面能一定程度的缓解眼部疲劳。就跟经常听说多看绿叶保护眼睛一样的道理。

刚才是我乱编的,其实夜视仪不光有绿色的画面,也有棕黄色的画面,或者蓝灰色的画面。

之所以夜视仪会呈现绿色的画面,是因为夜视仪最核心的部件叫“像增强管”,将接收到的微弱光线转化成电子束,加强放大后轰击荧光粉来产生余辉的效果成像。而这个荧光粉一般会选用硫化锌,选其他的余辉效果不怎么好,还可能产生拖影,画面闪烁等情况。

而这种硫化锌荧光粉发的就是绿色的光。同时早期的雷达,示波器等你们发现没有,也是绿色的画面,就是因为都用的是硫化锌的荧光粉。

所以看起来夜视仪普遍是绿色的就是这个原因。

不过夜视仪可不只有是绿色的,也有用白磷管的。

使用白磷管产生的画面,就会呈现出这种偏蓝灰的颜色。这种颜色更接近于黑白的图像,能在一定程度上依靠对比度,增强物体的辨识能力,又能保持和绿色荧光粉一样的画面灵敏度。

那除了绿色的夜视仪和黑白的夜视仪,有没有彩色的夜视仪呢?

美国就搞出了一个X27的全彩夜视仪,号称第四代夜视仪。这玩意可以在黑夜呈现出和白天一样基本一致的全彩色图像。看起来是不是特别厉害。实际上这玩意并不是说的那么好。

它的作用原理和相机很相似。不同于之前的微光夜视仪增强器和荧光屏,X27全彩夜视仪是将放大之后的电子,打在里面一块特制的CMOS上,再通过算法降噪生成全彩的图像。

这个东西与其说是夜视仪,倒不如说是一个多功能的摄像头。目前看起来噱头的成分居多。这个X27虽然不行,但它全彩夜视肯定是未来一个重点的发展方向。

那这个X27不行,另一个“四眼”夜视仪是不是很强。其实所谓的“四眼”夜视仪叫GPNVG-18,全称是地面全景夜视仪。

对于夜视仪而言,有单筒,双筒,四筒,他们本质上的区别在于视野的限制大小。大家在游戏里能明显的感受到,单筒的夜视仪显示区域就那么大点,周围全是黑色的遮罩,找个东西还得不停的转头。

而这款全景夜视仪,四个筒的视野相加可以达到97度,比较接近于人眼正常视角的120度。基本上可以实现无死角,无视线盲区,能更好的应对各种军事行动。

像2011年猎杀本.拉登行动中,海豹们就是佩戴的这款夜视仪。只是看起来很帅,有点未来战士的意思。但这玩意就是多加了几个筒子让视场变宽,并没有特别高科技的东西。

现在厉害点夜视仪,要算AN/PSQ-20,这玩意单纯是夜视仪就算了,它还能切换成热成像模式。如果单纯切换成热成像模式也就算了,它还能将两者优点结合在一起,使其在黑夜中简直跟开挂一样能非常显眼的发现目标。

另外大家在电影和游戏中都会发现,每当打开夜视仪时,都会听到这么一个电流声,有点类似于一次性相机闪光灯充电的声音。这个夜视仪启动声甚至成为了《细胞分裂》的标志性元素。那启动的电流声,真是夜视仪的声音吗?

其实早期的夜视仪,受限于各种技术原因。在开机和使用过程中,电子接触到的内部电子器件,就会发出这种电流噪音。

原理有点像,大家小时候用的老式电视机,在开关机时听到的电流声。

也就是说,这种电流声其实是一种技术缺陷,并不是有意而为之。只不过在电影和游戏中,为了引起观众和玩家们的注意,这个声音被刻意的放大,也让它成为了夜视仪的经典元素之一。

目前较为先进的第三代夜视仪,经过几十年的设计和改进,基本杜绝了这种明显的电流声。

之前讲瞄具那期我给大家讲过,普通的镭射瞄具会容易暴露射手的位置,但有一种红外线(Infrared,简称IR)镭射瞄具较为特殊。这种红外瞄具肉眼不可见,只有带上夜视仪才能看到。这样就良好的解决了镭射瞄具容易暴露的缺点。

但这种方式一般用于打不对称战争,说白了就是欺负一些没有良好装备的游击队或者武装力量。遇上正规军是不会这样搞的,因为正规军一般也有夜视仪,双方处于同等水平,用了IR镭射人家夜视仪一看,就会暴露自己的位置,然后遭来一顿暴打。

感谢收看本期的不止游戏,下期我们弄了台热成像,来给大家讲热成像的原理,以及如何躲避热成像探测。喜欢的观众朋友们可以点击关注,我是乔伊,我们下期再见。

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