夜戰(zhàn)“鷹眼”：美軍See Spot Ⅲ制冷型紅外熱成像儀

由美國(guó)菲利爾系統(tǒng)公司研制

See Spot Ⅲ制冷型紅外熱成像儀又名AN/PAS-21，由美國(guó)菲利爾系統(tǒng)公司（FLIR Systems， Inc.）研制生產(chǎn)。

美國(guó)菲利爾系統(tǒng)公司創(chuàng)立于1978年，是全球熱成像技術(shù)領(lǐng)域的佼佼者。創(chuàng)立之初，菲利爾系統(tǒng)公司主要研制、生產(chǎn)車載紅外成像系統(tǒng)。如今，公司先進(jìn)的系統(tǒng)與產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于熱成像、態(tài)勢(shì)感知與安防領(lǐng)域，業(yè)務(wù)范圍涵蓋機(jī)載與地面監(jiān)視、狀態(tài)監(jiān)控、導(dǎo)航、娛樂休閑、搜索救援、禁毒、交通安全與通勤提效、邊境與海事巡邏、環(huán)境監(jiān)控，以及化工、生物、放射、核能與易爆物檢測(cè)等方面。

總體特點(diǎn)

See Spot Ⅲ是制冷型中波紅外線（Medium Wavelength Infrared Ray，簡(jiǎn)稱MWIR）熱成像儀，在“9·11事件”發(fā)生1年后問世，具有特殊的雙波段物鏡，對(duì)4.5～4.8μm波長(zhǎng)的紅外線較敏感，對(duì)波長(zhǎng)1.064μm的激光光斑也可以成像，可以觀察到彈頭在空中飛舞的紅外輻射軌跡。

紅外線（Infrared Ray，簡(jiǎn)稱IR）又稱紅外光、紅外輻射，由英國(guó)科學(xué)家赫歇爾在1800年通過(guò)分析太陽(yáng)光譜發(fā)現(xiàn)，是波長(zhǎng)介于微波與可見光之間的電磁波，波長(zhǎng)在0.75～1000μm之間。根據(jù)波長(zhǎng)不同，紅外輻射分為3類：近紅外輻射，波長(zhǎng)范圍約在0.75～3.0μm之間；中波紅外輻射，波長(zhǎng)范圍約在3.0～40μm之間；遠(yuǎn)紅外輻射，波長(zhǎng)范圍約在40～1000μm之間。

中、遠(yuǎn)距離的探測(cè)器一直受到軍方青睞，特別是3～5μm波段的紅外線對(duì)雨天、霧天等濕度大的氣候條件穿透性尤其強(qiáng)，可以實(shí)現(xiàn)在夜晚或是陰云密布的戰(zhàn)場(chǎng)，通過(guò)捕獲紅外線而非可見光的方式，清晰觀察到現(xiàn)場(chǎng)的情況。因此，美國(guó)菲利爾系統(tǒng)公司將See Spot Ⅲ制冷型紅外熱成像儀設(shè)計(jì)成對(duì)4.5～4.8μm波長(zhǎng)的紅外線較敏感。

See Spot Ⅲ制冷型紅外熱成像儀總質(zhì)量2.38kg，帶有集成的高分辨率LCD（Liquid Crystal Display的簡(jiǎn)稱，意為“液晶顯示器”）。

See Spot Ⅲ制冷型紅外熱成像儀采用紅外焦平面陣列FPA（FPA是Focal Planar Array的縮寫，意為“焦平面陣列”）探測(cè)器，因此在完全黑暗的環(huán)境中具有出色的熱靈敏度，能夠識(shí)別目標(biāo)。它使用一次性（不可充電）3.6V鋰D-Cell電池或外部直流電源供電。攝像機(jī)通過(guò)BNC視頻輸出連接器向用戶提供圖像，可連接到平板電腦等外部監(jiān)視儀器或VCR（VCR是Video Cassette Recorder的縮寫，意為“盒式磁帶錄像機(jī)”）。

See Spot Ⅲ制冷型紅外熱成像儀能夠創(chuàng)建紅外圖像并同時(shí)顯示配合使用的激光指示器發(fā)出的光斑。在熱成像技術(shù)中，為了顯示更清晰的圖像，有極性選擇，即黑熱和白熱模式，也稱為配色方案，這是人為地給不同溫度標(biāo)記不同顏色，以便容易區(qū)分。最基本的稱為灰度，即以黑白明暗來(lái)表示顏色，越白越亮代表溫度越高。See Spot Ⅲ制冷型紅外熱成像儀呈現(xiàn)的紅外圖像、激光指示器光斑也有黑熱和白熱模式，例如，在黑熱模式下，紅外圖像、激光指示器斑點(diǎn)為黑色；在白熱模式下，紅外圖像、激光指示器斑點(diǎn)為白色。

See Spot Ⅲ制冷型紅外熱成像儀底部設(shè)有安裝座，可以安裝在槍支或三腳架的皮卡汀尼導(dǎo)軌上。出廠時(shí)，帶有使用手冊(cè)、布制便攜箱。

形制與使用方法

See Spot Ⅲ制冷型紅外熱成像儀外觀較粗糙。從側(cè)面進(jìn)行觀察，整體類似錄像機(jī)，物鏡像一個(gè)漏斗被塞進(jìn)儀器外殼的前部，操控件幾乎都位于儀器頂部。

See Spot Ⅲ制冷型紅外熱成像儀的后部左下方設(shè)有白色的“FOCUS ”標(biāo)記，表明該標(biāo)記下方是對(duì)焦旋鈕。中部設(shè)有白色的“DATA”標(biāo)記，表明該標(biāo)記下方是數(shù)據(jù)線接口，用于連接PEQ-1C紅外激光瞄準(zhǔn)器，PEQ-1C紅外激光瞄準(zhǔn)器又名“ The Special Operations Forces Laser Acquisition Marker ”，簡(jiǎn)稱“SOFLAM”，意為“特種作戰(zhàn)部隊(duì)激光采集標(biāo)記儀”。See Spot Ⅲ制冷型紅外熱成像儀安裝在PEQ-1C 紅外激光瞄準(zhǔn)器頂部的皮卡汀尼導(dǎo)軌上，與GPS 結(jié)合使用，可以生成坐標(biāo)，引導(dǎo)激光制導(dǎo)武器對(duì)高價(jià)值目標(biāo)進(jìn)行精確打擊。

PEQ-1C 紅外激光瞄準(zhǔn)器發(fā)出的激光波長(zhǎng)為1.064μm， 而SeeSpot Ⅲ制冷型紅外熱成像儀配有特殊的雙波段物鏡。See Spot Ⅲ是中波紅外熱成像儀，對(duì)4.5 ～ 4.8μm的波長(zhǎng)敏感， 但對(duì)波長(zhǎng)1.064μm的激光光斑也可以看到。雖然1.064μm 的激光可被視為SWIR（SWIR 全稱為“Short-wave InfraredRay，意為“短波紅外線”，一般波長(zhǎng)范圍在0.85 ～ 2.5μm 之間），但See Spot Ⅲ紅外熱成像儀能夠看到它并將其顯示在紅外圖像中，這一事實(shí)令人震驚。

右下部設(shè)有白色的“RS-170”標(biāo)記，表明該標(biāo)記下方是RS-170 視頻輸出接口，其是一個(gè)BNC 電纜連接器的插座。由于See Spot Ⅲ制冷型紅外熱成像儀設(shè)有這個(gè)BNC 視頻輸出接口，因此可以將圖像輸入平板電腦中，并錄制圖像。

See Spot Ⅲ制冷型紅外熱成像儀的頂部右側(cè)設(shè)有白色“RETICLESELECT”標(biāo)記，表明該標(biāo)記旁邊的按鈕是分劃板上的十字瞄準(zhǔn)線選擇鈕。十字線選擇鈕下方設(shè)有白色“0-0”標(biāo)記，表明該標(biāo)記旁邊的按鈕是歸零調(diào)節(jié)鈕。再下方設(shè)有“RETICLE POSITION” 標(biāo)記，表明該標(biāo)記旁邊的大旋鈕是“十字瞄準(zhǔn)線位置”選擇保護(hù)蓋，擰下“十字瞄準(zhǔn)線位置”選擇保護(hù)蓋，可以觀察到下方的保護(hù)座里面裝有小操縱桿。

按下十字瞄準(zhǔn)線選擇鈕，可以選擇2 種不同的十字瞄準(zhǔn)線，也可以選擇沒有十字瞄準(zhǔn)線。十字瞄準(zhǔn)線可以進(jìn)行歸零設(shè)置，其方法是：擰下“十字瞄準(zhǔn)線位置”選擇保護(hù)蓋，按下十字瞄準(zhǔn)線選擇按鈕2s，以選定所需的十字瞄準(zhǔn)線。然后，推動(dòng)選擇保護(hù)蓋下面的小操縱桿，向后移動(dòng)時(shí)十字瞄準(zhǔn)線向下移動(dòng)，向前移動(dòng)時(shí)十字瞄準(zhǔn)線向上移動(dòng)。將十字瞄準(zhǔn)線調(diào)好后，按下“0-0”按鈕2s，以將該位置保存為新的十字線歸零。

See Spot Ⅲ制冷型紅外熱成像儀的物鏡鏡片不是鍺玻璃材料，而是硫化鋅材料，鍺玻璃材料常被應(yīng)用于紅外熱成像儀中，但其折射率高，需要在鍺鏡片表面鍍?cè)鐾改?，可以大幅增加其透過(guò)率。而硫化鋅材料具有純度高、密度適中、易于加工等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于紅外光學(xué)元件的制作。硫化鋅還是一種折射率較小、透過(guò)率較高的材料，但波長(zhǎng)變小時(shí)，散射增強(qiáng)。

物鏡前部設(shè)有一個(gè)金屬鏡頭蓋，后部設(shè)有一個(gè)閂鎖，按下后部的閂鎖并逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)鏡頭，即可取下物鏡。取下物鏡非常容易，但灰塵會(huì)在紅外檢測(cè)探頭上附著和沾染，從而影響紅外探測(cè)器測(cè)溫。如果這樣做，普通相機(jī)因缺少吹掃裝置而影響性能。而菲利爾系統(tǒng)公司保留這個(gè)設(shè)計(jì)的原因是See Spot Ⅲ制冷型紅外熱成像儀的物鏡鏡頭設(shè)有密封吹掃裝置（鏡頭清潔裝置）。

See Spot Ⅲ制冷型熱成像儀的優(yōu)與劣

圖像較清晰

與同時(shí)期出現(xiàn)的非制冷型紅外熱成像儀相比，See Spot Ⅲ制冷型熱成像儀拍攝的圖像更清晰，這是因?yàn)橹评湫蜔岢上駜x通過(guò)制冷器形成一個(gè)合適的低溫恒溫環(huán)境，以保證需要在低溫下工作的電子元器件或系統(tǒng)功能正常，或提高元器件的靈敏度。而非制冷型紅外熱成像儀沒有制冷器（通常采用熱釋放探測(cè)器），工作一段時(shí)間之后（例如2min之后），拍攝的圖像已經(jīng)不清晰。

此外，低溫恒溫器技術(shù)可以制冷、屏蔽或減少來(lái)自熱成像系統(tǒng)的濾光片、擋板及光學(xué)裝置等產(chǎn)生的熱噪聲。

響應(yīng)時(shí)間快

See Spot Ⅲ制冷型熱成像儀比非制冷性熱成像儀響應(yīng)時(shí)間快，響應(yīng)時(shí)間在微秒級(jí)，可以非?？焖侔l(fā)現(xiàn)目標(biāo)并迅速做出反應(yīng)。非制冷型響應(yīng)時(shí)間在毫秒級(jí)別，廣泛應(yīng)用工業(yè)領(lǐng)域。

靈敏度高、精度高、誤差小

See Spot Ⅲ制冷型熱成像儀工作時(shí)，制冷器先運(yùn)行以降低熱成像儀的溫度，這樣在檢測(cè)目標(biāo)、物體時(shí)靈敏度更高、精度更高、誤差更小、檢測(cè)溫度范圍更廣。而非制冷型熱成像儀在這些方面比不上制冷型紅外熱成像儀，特別是非制冷型紅外焦平面列陣的非均勻性對(duì)測(cè)量誤差的影響較大。

使用壽命相對(duì)較短

See Spot Ⅲ制冷型熱成像儀的使用壽命與其自身的制冷器有密切關(guān)系，制冷器的工作時(shí)間直接影響紅外熱成像儀的使用壽命。相對(duì)來(lái)說(shuō)，非制冷型熱成像儀的使用壽命更長(zhǎng)，但零部件老化后，測(cè)量精度也會(huì)下降。

分辨率不高

See Spot Ⅲ制冷型紅外熱成像儀具有256×256 InSb焦平面陣列紅外探測(cè)器。其中，256×256是分辨率，表示其焦平面陣列由橫向256個(gè)、縱向256個(gè)像素組成。與現(xiàn)今常用的1920×1080、2560×1600分辨率相比，See Spot Ⅲ制冷型紅外熱成像儀的分辨率不高。

功耗大

See Spot Ⅲ制冷型紅外熱成像儀工作時(shí)需要制冷器工作降溫，因此會(huì)消耗更多的能量，相對(duì)非制冷型紅外熱成像儀來(lái)說(shuō)功耗更大。

See Spot Ⅲ制冷型紅外熱成像儀使用不可充電的鋰D-Cell電池，標(biāo)配法國(guó)SAFT集團(tuán)生產(chǎn)的型號(hào)LSH20電池，額定電壓3.6V，是實(shí)際應(yīng)用電池系列中比能量（比能量是指電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出的電能）最高的電池之一。該電池的價(jià)格約為30美元/枚，持續(xù)供電5.5h。

SAFT集團(tuán)是世界上的電源系統(tǒng)產(chǎn)品制造商，是法國(guó)阿爾卡特全資子公司，公司擁有超過(guò)50年的電源制造經(jīng)驗(yàn)。其電源產(chǎn)品主要包括UPS（“Uninterruptible Power Supply”的縮寫，意為“不間斷電源”）、模塊化電源系統(tǒng)、工業(yè)充電器、逆變電源、模塊化變換器、電源系統(tǒng)、電源調(diào)功器、太陽(yáng)能電源、鎳鎘電池及特種電池等產(chǎn)品。

為了解決供電時(shí)間不長(zhǎng)的問題，See Spot Ⅲ制冷型紅外熱成像儀配有備用電源連接器，可以使用BA-5590電池或其他直流電源供電。

體積大

See Spot Ⅲ制冷型熱成像儀比同時(shí)期出現(xiàn)的非制冷性熱成像儀體積大。為了制造一個(gè)低溫恒溫環(huán)境，前者需要制冷器協(xié)調(diào)工作，不得不需要一個(gè)更大的體積，以容納更多的元器件。

價(jià)格不菲

See Spot Ⅲ制冷型熱成像儀的價(jià)格相對(duì)較高，而非制冷型紅外熱像儀的價(jià)格相對(duì)較低。因?yàn)镾ee Spot Ⅲ制冷型中波紅外熱成像儀可以看得更遠(yuǎn)，而且更靈敏。其售價(jià)較高，建議零售價(jià)6999.99美元。

如何獲取更清晰圖像？

See Spot Ⅲ制冷型熱成像儀的FOV（Field Of View的縮寫，意為“視場(chǎng)、視野、視角”）非常窄，為1.76°×1.65°，其中，1.76°為水平方向的視角，1.65°為垂直方向的視角。

在初始對(duì)焦放大倍率模式下，See Spot Ⅲ制冷型熱成像儀的圖像沒有那么清晰，但仍然可以辨認(rèn)出一些驚人的細(xì)節(jié)。例如，可以辨認(rèn)出530碼（485m）遠(yuǎn)處的雜草、柵欄以及棚子左邊的小太陽(yáng)能板。

初始對(duì)焦放大倍率是指See Spot Ⅲ制冷型熱成像儀在進(jìn)行自動(dòng)對(duì)焦操作時(shí)，還未完成對(duì)焦前所使用的放大倍率。這個(gè)放大倍率是指See Spot Ⅲ制冷型熱成像儀內(nèi)置的電子或光學(xué)放大器所提供的放大比例。當(dāng)See Spot Ⅲ制冷型熱成像儀自動(dòng)對(duì)焦時(shí)，其會(huì)先使用初始對(duì)焦放大倍率來(lái)放大焦點(diǎn)周圍的圖像，以便更容易檢測(cè)到對(duì)焦點(diǎn)。一旦檢測(cè)到對(duì)焦點(diǎn)，其就會(huì)自動(dòng)調(diào)整鏡頭的焦距，使對(duì)焦點(diǎn)變得清晰，然后拍攝圖像。通常情況下，較高的放大倍率會(huì)使See Spot Ⅲ制冷型熱成像儀更容易檢測(cè)到對(duì)焦點(diǎn)，但也可能導(dǎo)致自動(dòng)對(duì)焦速度變慢。

可以將某種夜視儀安裝在Bushnell LMSS瞄準(zhǔn)鏡前方，再將See Spot Ⅲ制冷型紅外熱成像儀安裝在Bushnell LMSS瞄準(zhǔn)鏡上方進(jìn)行觀察，然后用熱成像儀來(lái)增強(qiáng)圖像的清晰度。

See Spot Ⅲ制冷型紅外熱成像儀還可以配裝放大鏡，但放大鏡不是其標(biāo)配件。有用戶自制配裝2.5倍放大鏡的適配器，可以將該放大鏡安裝在See Spot Ⅲ制冷型紅外熱成像儀的物鏡前方。這樣，避免了手持放大鏡放在物鏡前方進(jìn)行觀察的不便。

配裝2.5倍放大鏡，能夠清晰觀察到72碼（66m）遠(yuǎn)處的大角貓頭鷹及樹枝、530碼（485m）遠(yuǎn)處的棚子以及墻邊的雜草，辨認(rèn)出3200碼（2926m）遠(yuǎn)處的牛等大型動(dòng)物。