佩戴三種一等人的夜視儀，是一種怎樣的體驗？

當你把世界上最好的夜視鏡帶進世界上最黑暗的房間，會發生什麼事？ 你開始覺得有點不對勁，有時還會輕微暈眩。 你能分辨出你的眼睛是閉著還是睜著嗎？ 不應該能。會黑到那個程度。 這裡幾乎沒有光線，幾乎沒有光子。 不可分割，沒錯。 哦，我準備好了。 該死的黑暗。 不可能。這簡直瘋了。 這些是 PVS-31A 型號。 這簡直令人難以置信。 世界上最優秀的夜視儀之一。 這簡直是天壤之別。 我們前往印第安納州克雷恩的海軍基地，對他們在各種黑暗環境下的表現進行測試。 現在事情要變得真實了。 這是第一次透過夜視儀觀察。 我要把這些往下移動。 哇哦。 天啊！ 要製作一段關於夜視儀的影片，我們不得不在完全黑暗中拍攝。 這其實非常困難，因為相機是透過將光子聚焦到感光元件上來工作的。 而它們是光子撞擊電子，產生電荷。 轉換為電壓，並針對每個像素數位化為一和零。 現在我們使用的一個設定稱為 ISO。 這基本上會提升電壓，使整個畫面更明亮。 參考一下，這是在感光度6400的高設定下，僅由一支蠟燭照明的場景樣貌。 現在用分屏顯示，讓我為您展示在ISO 64000下的效果。 現在，你可以在陰影中看到更多細節。 這與人類在低光環境下用眼睛所能察覺的細節程度相當。 現在，這是在我們相機最高感光度 409,600 下的樣貌。 這段影片中的所有暗場景都是以最高的ISO值拍攝的。 但是與單支蠟燭相比，這裡的黑暗程度實在太明顯了。 這是因為海軍基地位於荒無人煙的偏僻之地。 我們關掉了所有的街燈。 好的！ 此外，我們特別安排在無月的夜晚進行拍攝。 在這種情況下，我將試著僅憑夜視儀來駕駛一輛軍用戰術車輛。 我希望它在駕駛模式下。 但你所使用的夜視鏡類型至關重要。 所有性價比高的夜視鏡都以相同的方式運作。 它們基本上就跟把一盞手電筒綁在頭上一樣。 除了它們發出的光線不可見，而是近紅外線。 波長略長於我們眼睛可見範圍的光。 然後他們有一台能夠捕捉近紅外光的相機，並在背面的螢幕上顯示相機所見的影像。 這是夜視功能最簡單且最便宜的版本。 這稱為主動照明。 實際上，夜視鏡有三種不同的類型。 夜視技術有不同的類別。 發出自身光芒的物體。 那些放大現有光線的。 以及在發射紅外波段中成像的物體。 雖然其他類型的夜視設備可能要價數千美元，但我們的主動式照明器價格還不到200美元。 有點太放大了，我覺得。 這不是一一對應嗎？ 這不是一一對應的。 因為它們比任何其他類型的夜視儀都便宜且更容易製造。 主動照明被幾乎所有商用夜視儀或夜間監控攝影機所使用。 這些是我第一次戴上夜視鏡，試圖在完全黑暗中駕車時所使用的裝備。 我不知道焦點在哪裡。 如果你能看到這一切，你會嚇得魂飛魄散。 我正望著前方的路，焦點設定在第一個錐桶上。 天啊。 這並不合適。 我不知道我們開得多快。 這些護目鏡的問題在於戴起來感覺非常放大。 它在彈跳，但並不是真的隨著任何東西的節奏彈跳。 就像彈跳一樣。 如果我們現在撞上一輛停著的車，我也不會感到意外。 天啊。 好，直接點。把它理順。 直的。直的。把它弄直。 本戴著軍用夜視儀，因此他真的能看清我們前進的方向。 更往左邊。更往左邊。對。 我們大概沒問題了。 若不是有人從背後指引，我們早就撞車無數次了。 我也有點不適，所以有這回事。 這是主動照明的一個重大缺點。 攝影機所看到的畫面與螢幕上顯示的畫面之間有明顯的延遲。 對於大多數數位系統而言，你所能達到的最高速度就是畫面更新率。 因此，若是每秒24幀，你所可能遇到的最短延遲約為1/24秒。 幾十毫秒，也許。 這足以讓人產生暈動病並失去協調能力。 天啊。 你想丟個飛盤給我嗎？ 連動都不要動。 我什麼也看不見。 我想我得很快就把它們摘下來了。 有瘋狂的果凍效應，眼前的一切都在晃動。 主動照明的另一個缺點是距離受到限制，因為你只能看到光源照射到的範圍內。 但你無法在軍隊中使用它們的主要原因很簡單。 他們並非被動的。 有一道明亮的近紅外光譜光束，敵人輕易就能發現你。 事實上，軍用夜視鏡是一種完全不同的技術，但它們仍然能夠探測近紅外光。 這就是我們一直透過它們進行拍攝，以捕捉主動光源的光線的原因。 你有沒有曾在夜晚戴上夜視儀，偶然發現某人使用了主動照明裝置？ 嗯，对此我无话可说。 好吧。 軍用夜視儀需要更加隱蔽，因此不使用主動光源。 相反，他們完全依賴第二種夜視技術，即圖像增強技術。 那我們現在要不要試試好的護目鏡呢？ 天哪，我的天啊。 這簡直是天壤之別。 好的，我們開始吧。 哦，他帶著如此的自信離開了。 因為我能看見。 我直接朝圓錐衝過去。 我要走到這個圓錐的左邊。 那我現在要穿過他們之間。 哦，是的。 哇！ 就像白天駕車一樣。 這項技術僅使用場景中現有的光線。 當光子進入這類 PVS-31A 眼鏡時，會被物理放大，使得有更多光子從另一端射出，進而到達你的眼睛。 至於它讓光線變得更明亮的程度，你能評論一下嗎？ 是的，至少有數千之多。 數千倍明亮。 是的。 它們非常輕巧，人們可以連續佩戴超過十小時，且僅需一節AA電池即可供電。 現在駕駛這輛車非常輕鬆。 簡單到讓我有點過於自信。 也許過彎時稍微慢一點。 好的。 由於這副護目鏡不使用攝像頭或顯示屏，你所看到的幾乎沒有延遲。 所以你只要晃動護目鏡，整個世界就會隨著你移動。 光進來再出來的時間非常短。 你可以精確到微秒級別，甚至更快的納秒級別。 彷彿那裡根本就沒有護目鏡一樣。 不，我看得如此清晰。 讓我來比較一下，簡直就像沒有夜視功能一樣。 天哪。 天啊，透過這副護目鏡看世界，感覺簡直好太多了。 這就是我們發現夜視功能帶來的意外好處的時候。 星星令人驚嘆。 透過護目鏡，星光被放大到足以照亮你整個環境的程度。 這也意味著整個夜空將以它全部的壯麗展現於眼前。 艾米莉，你看到這些東西時，會覺得驚艷到無法相信的。 天啊。 你可以看到數以百計的衛星。 哦，你還能如此清晰地看到銀河。 好的。 嗯，我可以用這個行。 天啊。 這段路景致絕美。 而且看起來就像是你在雪中行駛一樣。 就像一切都是閃閃發亮的白色一樣。 這太有趣了。 坦白說，我覺得這真的非常放鬆。 我注意到的一個問題是，這些夜視鏡的視野範圍有限。 你真的沒有周邊設備嗎？ 沒有。 我覺得現在用我的手可以摸到這裡，大概到這個位置。 但海軍有一副眼鏡，比我們一直使用的還要優異。 這些是 GP-NVG-18。 他們也使用影像增強技術，但現在這項技術應用於四根螢光屏，以填滿你的視野。 這種光學元件將四根光導管結合在一起的方式， 它將其合併成你眼睛中的一種類似橢圓的形狀 讓你的眼睛能夠左右轉動，而無需移動頭部。 它們是世界上價格最高的夜視鏡。 它們在線上的售價超過四萬美元。 它們也是2011年海豹突擊隊六隊突襲奧薩馬·本·拉登時所使用的同款護目鏡。 這真是太棒了。 我願意戴上這副眼鏡做任何事。 是的！ 能夠看到，只會讓你更加自信。 讓這些軍用護目鏡佩戴起來如此自然的最後一個原因，是它們驚人的解析度。 當我們描述一部夜視管時，不會從像素或解析度的角度來考慮。 從這個角度來看，我們是以每毫米的線對數來衡量。 那麼在一個毫米的物理空間內，你能夠分辨多少對線條？ 一對夜視鏡要達到軍用級標準， 他們必須能夠分辨每毫米至少64條線對。 因此，有一個近乎質性但極其精湛且具有歷史意義的過程 這些績效的量化方式。 就像多年的訓練一樣嗎？ 我覺得六個月之內我們就能找到一個人。 為此，我將徹底陷入黑暗。 好的，那裡有一張非常清晰的圖表。 它說一邊加二。它真的這麼說了嗎？ 也許我們無法說出它真正的意思。 好吧，我就不說它真正想表達的意思了。 我們經常遇到這個問題。 我實在無法回答那問題。 嗯，對那件事我無話可說。我無法對那件事發表評論。 因此，製造微通道板和光電陰極的過程是， 是的，我們也不能談論那件事。 關於夜視鏡的許多細節都是機密，因為它們仍屬於尖端科技。 這段影片是海軍願意公開透露其夜視技術的極限。 雖然我們無法展示精確的棒狀測試，但可以展示這些。 你看到在夜視鏡中看到的類似條紋，現在也出現在樹林外的區域。 然後，如果我们走到這個角落，你會發現不同距離的景象。 光學鏡頭越大，你能看到的距離就越遠。 因此，你需要越來越遠的校準目標 為了理解這些影像的解析度和品質。 我們進行大量的實驗室特性分析與建模，以預測其能探測的距離。 但最終的考驗在於走進現實世界。 我們使用每毫米的線對數來描述護目鏡的解析度。 由於影像增強是類比的，而非數位的。 這就是他們能如此逼真地模擬我們正常視覺的祕密。 數位相機有更新率和解析度的限制需要考慮 因為它們將光子轉換為像素上的離散值。 然而，影像增強器是一種連續、即時且一一對應的光線放大方式。 情況是這樣的。 在一個黑暗的場景中，來自星星等物體的微弱光芒反射在場景上。 並向影像增強管發射一些光子。 鏡頭將這些光子聚焦到管子上，形成一個倒置的影像 他們會經歷三個步驟。 首先，光子撞上一塊稱為光電陰極的薄板， 由半導體或鹼金屬製成。 當光子擊中金屬板時，該區域的電子會被激發。 並被噴射到真空中。 接下來，電子在真空管中受到電壓的加速。 他們直接進入另一塊稱為微通道板的薄板中， 這是由隔熱材料製成，通常是玻璃。 大約有六百萬個微小的通道在其中。 這些都大約呈五度角。 讓入射的電子撞擊通道壁。 當它們這樣做時，會從牆壁材料中釋放出更多的電子， 與牆壁碰撞得更為劇烈的。 釋放更多電子，產生電子雪崩。 因此，少量電子進入，卻有成千上萬的電子湧出。 隨後，這股電子流便離開了每個通道 並在另一個高電壓的作用下沿直線加速 擊中螢光屏。 這只是一塊由材料製成的螢幕，當暴露於輻射時會發光。 因此，它會將電子的動能轉換回可見光子，讓你能夠看見。 因此，進入管中的每一個光子都會被放大數千倍。 在保持其位置的同時， 這使得圖像更明亮，但其他方面完全相同。 作為最後一步，有二千萬條光纖 附著於螢光屏上，將影像扭轉為正向。 光電陰極、微通道板以及真空間隙， 磷光屏全部位於此第一部分中。 約莫我的指甲寬度。 此空間的其餘部分為光纖扭轉部分。 哦，天哪。 數十年來，螢光屏一直是綠色的。 正是這種歷史性的螢光材料選擇所致 所有我們從電影或電子遊戲中熟知的經典綠色夜視效果。 但在黑暗環境下，人類的眼睛並非看得最清楚。 在光譜的綠色部分。 你的視網膜上有兩種感光細胞，分別是桿細胞和錐細胞。 錐細胞適合在光線充足的環境下視物，並且擅長分辨顏色。 它們位於視網膜的中心。 棒細胞更適合在弱光下視物， 它們位於你視網膜的邊緣。 這就是有時你眼角餘光會看到微弱星星的原因， 但它們一旦你直視它們就會消失。 視杆細胞對光的敏感度在可見光譜的藍色部分達到峰值， 所以我們的 PVS-31A 型號看起來是這樣的。 它們已升級為白色螢光粉，整體呈現略微偏藍的外觀。 讓人們更容易辨認出來。 為了觀察這副夜視鏡放大光線的效果， 我們把牠們放在一個明亮的房間裡，並完全覆蓋起來。 除了一个小圖釘孔之外。 這只讓極少的光線透進來， 但透過護目鏡看到的畫面仍比房間內的環境更明亮。 我們不能再讓夜視儀接觸比這更多的光線了。 但不是因為像電影裡那樣的原因， 一道明亮的光就足以使夜視儀中的人員失能。 那如果我們直接打開燈光而不戴上帽子會怎麼樣呢？ 這會變成白色嗎？ 它仍然可以運作，但你不會想長時間這樣做。 螢幕能吸收的電荷量受到現有限制。 並增加光強度會使電路的該元件達到飽和狀態。 但如果我們將影像增強推向其相反極端，會發生什麼情況？ 在完全沒有光線的房間裡使用眼鏡？ 如果你想測試夜視儀， 你必須前往一個絕對漆黑的地方。 地下，全部封閉，幾乎沒有光子。 這將會完全令人迷失方向。 因此我們現在在海軍基地克雷恩的地下射擊場內。 而這個地方通常用於測試小口徑武器， 但我們也可以將它封死，讓裡面非常黑暗， 一路向下，到幾乎毫無可見光的程度。 這裡幾乎沒有光線，幾乎沒有光子。 不可分割，沒錯。 現在我們將關掉所有的燈。 把這裡弄得完全漆黑。 但除此之外，射擊場上全是煙霧。 即使戴上夜視鏡，我們也可能完全沒有機會。 如果你長時間處於完全的黑暗中，會發生什麼情況？ 你開始覺得有點不對勁， 有點像待在一個吸音室裡，什麼聲音都聽不到。 感官知覺的缺失有時會開始產生一點點 眩暈或令人不安的感覺。 好的。 三，二…… 漆黑一片。 好的，我的夜視儀已開啟。 哇，我實際上透過這些什麼都看不見。 當PBS-31A處於完全黑暗中時， 你主要只會看到他們類比處理的成效。 天啊，看起來就像一場暴風雪。 當我往那邊看去時，我幾乎什麼都看不見。 我只得到了雪。 所有這些噪音都來自電子以兩種方式被拉過護目鏡。 一種是熱電子發射。 僅由於熱能，部分電子將獲得足夠的能量以逃離金屬。 另一個則是由於電場所致。 那根管子內有如此強大的電場 使它從光電陰極上拉出一些電子。 你能辨認出那張臉嗎？ 因為，我的意思是，護目鏡裡有微微的光透出來。 可能會打到我的臉。 由於影像增強只能放大現有的光線， 其一個限制是它需要光源。 它可能很小，但必須要有點什麼。 如果你處於絕對的黑暗之中， 即使是主動照明也是更好的選擇。 現在這項優勢在於，如果你處於一個非常黑暗的房間裡， 那你就稍微需要把它點燃一下。 除非你使用最後一種夜視儀， 紅外線熱成像 用我的肉眼，我無法辨認出口標誌。 但有了護目鏡，我知道它就在那裡。 雖然影像增強試圖模擬您正常的視覺， 熱成像技術超越了這一點。 在電磁波譜中， 紅外線範圍的波長比可見光範圍更長。 所有較短的波長，直至中波紅外線光 具有反射性，意味著日常物品 它們自身不會發射這些波長。 你需要一個光源。 要看到我的襯衫，我們就不能在黑暗中。 你需要可見光將藍色反射到你的眼睛。 這就是為什麼我們需要近紅外光線的原因 主動照明設備上。 但長波紅外線實際上是發射性的， 意思是它根本不需要任何光源。 因為所有物體都會發射電磁輻射， 而它們的光譜形狀遵循普朗克定律。 你可以看到，只有像恆星那樣極度熾熱的物體才會這樣。 在較短波長如可見光範圍內具有顯著的發射。 但幾乎所有物體都會發射紅外線。 由於熱成像不需要任何外部光源， 如同影像增強器一樣， 而且它不需要像主動光源那樣自行發光， 它在完全黑暗的環境下，例如地下射擊場，依然保持不敗。 當有霧氣或煙霧遮擋視線時，這也是最佳選擇。 我即將走進這片山區的霧中。 然後我們就看看我是否會在可見光中消失。 然後你們可以看看我們是否能被紅外線攝影機捕捉到。 是的，我現在完全看不到你了。 德里克正在做他的全套運動。 我完全不知道我們在下面會這麼發光。 熱成像技術還能看見你肉眼永遠無法察覺的事物， 如同被埋在地下的物體， 或最近被他人用手觸碰過。 熱成像的最後一個優勢是其無與倫比的探測距離， 甚至比軍用夜視鏡還優越。 我們在距離塔樓數百米遠的地方設置了距離測試 將紅外線攝影機與PVS-31A進行比較。 在沒有月亮的夜晚，肉眼可見 在那個距離下，一個手持打火機的人看起來是這個樣子。 這是夜視儀中的景象。 這是紅外線攝影機拍攝到的樣子。 為了進一步細膩化並消除所有直射光， 在那種情況下，一個人查看手機的樣子就是這樣。 肉眼完全看不見 在夜視儀中清晰可見 並且透過紅外線攝影機清晰可見。 然而，熱成像技術也有其弱點。 這是一個數位系統，具有類似主動照明的運動延遲。 熱成像眼鏡並不流行 因為高品質的紅外線相機太大且耗電過多，無法攜帶。 而且由於它們僅能探測熱輻射， 例如，他們甚至看不見招牌上的字體。 這是在以紅外線觀察它。 E, F, P, T, O, Z, L, P, E, D. 任何僅因光線在其表面反射而可見的事物 對熱像儀而言是不可見的。 E、D、F、C，我不知道那是什麼。 Z、F 或 Z、P。 目前並沒有哪一種夜視裝置是最佳的。 它們在解析度、延遲等要素之間都有各自的權衡。 光照狀況、隱蔽性與便攜性。 夜視技術的整個發展歷程，都是為了盡可能地減少這些權衡取捨。 第一代夜視技術，稱為零代（Gen Zero） 於二戰及朝鮮戰爭期間為狙擊鏡所開發。 他們使用了主動紅外照明， 與今日的商用夜視鏡頭非常相似。 接著，第一代夜視儀在越戰期間研發成功。 這些設備使用了基本的影像增強管，僅包含光電陰極和螢幕。 沒有微通道板。 他們將其中三個排成一排堆疊起來。 使它們變得非常笨重且扭曲，難以透過它們觀看。 但其測量範圍敏感度足夠，可在僅僅依靠月光與星光的情況下運作。 給他們起了個綽號，叫做「星光」。 第二代夜視儀是在60至70年代開發的。 並在影像增強管中加入了微通道板。 提高敏感度，使其能在昏暗環境下使用，例如陰天或無月之夜。 這項改進也使管子變得更加緊湊。 使得首批手持式夜視儀得以誕生。 第三代產品於八十年代末問世。 這些改變了光電陰極材料，使其成為半導體砷化鎵 為了更有效地將光子轉換為電子。 他們還在微通道板上塗覆了一層離子障蔽膜。 將燈管壽命從3,000小時延長至10,000小時。 儘管過去三十多年來並未正式推出新一代夜視鏡， 研究人員正不斷致力於新的改進。 我可以談論的一些基礎研究方面 正在研究如何整體延長探測器的紅外波段範圍。 觀察需要能夠探測更遠紅外線的區域 比我們今天所能達到的還要少噪音。 你是怎麼接觸到夜視鏡的？ 我在2000年代初服役於海軍陸戰隊步兵部隊。 而我們在伊拉克自由行動中仍然使用了與這類模型相似的系統。 那是我進入這個領域的真正動力之一。 我當時使用的一些東西雖然不錯，但還算不上出色。 你知道，他們本可以做得更好。 我們也在使用紅外線系統，但那些系統根本不好用。 於是，有點像在現場使用這些東西，感覺就像， 你知道嗎，問自己那個問題，為什麼情況不會更好呢？ 夜視功能的價值遠超軍事領域。 人們會用這些眼鏡從事哪些應用？ 搜救或可能斷電的地方。 太黑了看不清，你希望能夠快速行動。 熱成像已發展成為一個完整的產業 從救火到各種應用都使用紅外線相機 從建築檢查到醫學影像。 而微通道板，最初是為夜視儀開發的， 如今則安裝於哈勃太空望遠鏡等空間望遠鏡上。 幫助我們發現肉眼無法直接看見的隱藏世界。 哇，這真是太美了。我感覺眼淚都快掉下來了。 好的，我沒事。 我覺得沒有人看得見我，因為四周一片漆黑。 但如果你有夜視儀，你大概就能做到了。