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。

指导教师签字：年月日目录摘要 (Ⅱ)Abstract (Ⅱ)1.课题背景 (1)1.1红外夜视仪发展 (1)1.2红外夜视仪基本原理 (1)2.设计方案简述 (3)2.1设计方案 (3)2.2简单光路 (3)3.详细设计 (4)3.1所需材料及硬件焊接 (4)3.2需解决的主要技术问题 (5)4.设计结果及分析 (6)4.1设计结果 (6)4.2结果分析 (7)5.总结 (8)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AbstractNight vision devices,a simple night of the core components of the image intensifiger sights,infrared searchlight lighting goals,and its work without the use of the goal under the faint light reflected light through the image intensifier on the screen to enhance the human eye canthe visible image of the feelings of observation and targeting.And infrared night vision device is a photoelectric conversion technology,military night vision devices.It is divided into two kinds of active and passive:the former infrared searchlights goal,receiving the reflected infrared radiation to form images;which does not emit infrared,fely on the infrared radiation of the target itself to the formation of ”hot images”,also called “thermal imaging instrument.”What we do is an active night vision,night vision image principle,analysis,and lisits the production methd of a simple infrared night vision. Keywords：Infrared night vision;Principle;Production methods1.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，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。

2.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。

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。

图2-1主动式红外夜视仪原理图3.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，发出红外光。

光谱功率分布为中心波长830～950nm，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（1mW-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。