Vol.168 夜视仪如何看透黑夜
你看，你快看！你看到了吗？
我看到了，因为我有夜视仪。
为什么夜视仪能看透黑夜？夜视技术如何发展至今？
最常见的夜视仪能捡拾自然环境中微弱的星光、月光，成千倍地放大。不过，这么一点点光怎么就能被你凭空放大得这么亮呢？
以这款 1960 年代的 PVS-2 为例，由「光电阴极」「高压静电透镜」「荧光屏」三部分组成。
「光电阴极」常由一些碱金属元素制成，负责把光子转为电子；「高压静电透镜」负责把电子变得更高能；最后「荧光屏」被电子轰击，从而让电子变回光子，呈现在你眼前。
但要论成像效果，也就吃个毒蘑菇都能达到的水平。既不亮，又很糊。人还没找着，鬼倒说不定能先撞上一个。
为什么会这么「阴间」？问题出在它的光电阴极和高压静电透镜，都不太能打。
其光电阴极灵敏度只有 180\~300 μА/lm，这个指标可以反应光子转为电子的效率，而这个数字并不高。
因此很显然，如果从一开始对光子的拾取就不太灵敏，那后面再怎么放大也不会太亮。一代机的亮度增益因此只有 120\~900 倍。
但这还不是硬伤。真正的硬伤是它的分辨力太拉胯了。
用「美国空军 1951 透射式分辨力靶」来给它测分辨力，在大约 26 倍焦距位置的 2856 K 标准光源照明条件下看这块靶上的一组组横竖线条，从大到小像测视力那样寻找到刚好看不清的那组，根据计算公式和表格即可找到此时对应的分辨力—— 25.4 lp/mm 。
这意味着它连基础版靶子都看不全，更不用说后续线条更小的升级版靶子了。
主要还是这块「高压静电透镜」过于简陋，就是两片金属电极构成的小圆锥，给金属电极施加高压电产生静电场电势差使电子加速、增大能量。
其中电子的能量增量为这个公式 △Ee=Q*U，即原有电子的电荷量 Q 乘以一个通常在 10 kV 以上的供电电压 U，这意味着你得随身带着一个高压电源跑，既麻烦又危险。其朴素的结构也使得图像更容易变形。
这些问题让一代机并不可靠。有没有什么办法能让它看起来不这么又黑又糊？
到了 1978 年，二代机的出现极大缓解了这一问题。它把中间的「高压静电透镜」换成了「MCP」微通道板。
把它简化来说，就是一块由上百万根直径约 10 μm 细长通道组成的板子，并且通道与板之间有 5~15 度的倾斜角，这样单个电子进入通道后，就会撞上管道内壁，内壁自带的电子在一系列复杂作用下逸出，就能变成 2~3 个二次电子。
然后撞击另一侧内壁，从而释放出更多的二次电子。重复多次撞击后，就会变成数百万电子。
电子在放大过程中被严格约束在一根根通道中，与最初光子成比例保持相同位置排列，从而保证图像不会严重变形。
采用 MCP 的二代机 PVS-4 在把分辨力提升到 32 lp/mm 的同时，也把信噪比提到了 16 左右，意味着噪点更少，图像更清晰。
现在你至少不会人畜不分了。
但，这还是不够，还有没有什么办法能更清楚一点？
三代机继续升级，把前面的「光电阴极」升级成了砷化镓材料。
这种材料对 500\~900 nm 波段的光都保持超高敏感度，比起一、二代机光电阴极的偏科，更像是一位全优生。
更高的灵敏度意味着它能从一开始就捕捉到更多光子，便于后方进一步增亮。三代机增亮倍数因此来到了 3000 倍，看着也舒服多了。
真正做到了，照亮你的美。
但，为什么偏偏这么绿呢？
那是因为这款夜视仪的荧光屏采用的是最常用的硫化锌基质材料，电子在击中它时，荧光粉发出的就是绿光。如果用其它材料，则容易出现闪烁、拖影等情况。
此外也有用白磷的，呈现的就是更柔和的蓝白色图像。在这幅发射光谱图中，可以发现白磷屏的发射强度比硫化锌屏低了一个数量级，因此看上去会更柔和，但相应地也会损失一定亮度。
除了这种单眼款夜视仪，还有双眼款和四眼款，它们的最大区别就在于不同的视角 。
单眼款只有 40° ，双眼款也只有 45° ，这样的小视角实际观看起来非常膈应。而四眼款则高达 97° ，比较接近人眼，更广的视角在巷战中能更快发现身旁窜出来的敌人，但它的造价也高达 28 万。
看是看得挺清楚了，但要是遭遇照明弹等突然射过来的强光，会不会把眼睛亮瞎？
别着急，还有「AG 门控系统」，一旦侦测到光的强度过大，就实行「脉冲供电」，反复快速打开和关闭电源来减少进入光的总量。
实际上，这种捕捉微光进行增强的夜视仪属于「微光夜视仪」，在这之外，还有「主动红外夜视仪」和「热成像夜视仪」。
最朴素的「主动红外夜视仪」通过红外灯射出一束肉眼不可见的红外光，反射回来形成图像。
「热成像夜视仪」则是通过感应红外辐射强弱来分辨物体温度，最大的优势在于能够看透雨雾。
但每一种夜视仪都有缺陷。微光夜视仪在洞穴等完全无光的环境下，无法再捕捉到足够的光子进行增强，只能束手就擒。
「主动红外夜视仪」主动射出的红外光，如果被对方也捕捉到，就会暴露位置。
「热成像夜视仪」则存在「看得清人，看不清路」的问题。
这些软肋也推动着科学家们继续异想天开。比如这款夜视仪，就将微光和热成像夜视仪的优点结合起来，形成融合图像。
