核心內容提要
在2007年播出的北約一位高官訪問阿富汗的電視新聞中，這位官員看望“第一線”的英國士兵，問他們特別需要什麼。士兵立刻回答：“長官，需要更多的夜視鏡”。
現在，夜間作戰已經成為家常便飯，首要的需求是給儘可能多的士兵裝備夜視裝置。因此，夜視鏡對於各種地面部隊進行地面戰鬥都是必需的。
Part.1 夜視鏡不再奢華
經過多年的發展，夜視鏡對於基層士兵已經不再是奢侈品，每個士兵都需要配發。那麼，今天地面作戰的士兵用夜視鏡幹什麼？答案是“在黑暗中能夠觀察”。
夜視鏡的核心是像增強管，它收集和會聚環境光並使它們成像。裝有第二代像增強管的AN/PVS-7夜視鏡可以在有星光且多雲的夜晚看到170～180m距離上車輛大小的目標，目前，裝備美軍的AN/PVS-7夜視鏡數量已經超過15萬具。
美國陸軍佩戴標準AN/PVS-7夜視鏡夜間操作的場景
可以肯定地說，美國陸軍是世界上夜視鏡的主要用戶，ITT公司（在弗吉尼亞州）及利頓電子光學系統公司（2001年已經被伊裡諾斯州的諾斯羅普·格魯曼電子光學系統公司兼併）是美國兩大生產像增強產品的商家。在美國，研製夜視裝置（包括武器瞄準鏡、手持觀察裝置和夜視鏡）的領導機構是美國陸軍研究、發展與工程司令部（RDECOM）通信與電子研究、發展與工程中心（CERDEC）的夜視與電子探測器處（NVESD），其基地設在弗吉尼亞州的貝爾沃堡。
作為這種產品的領頭用戶，美國陸軍的NVESD認為自己是夜視裝置（包括像增強和熱成像系統）技術定級的權威。因此，在這裡所謂的第幾代像增強管中的“代”代表製造水平而不是觀察性能。
AN/PVS-7D夜視鏡
1980年代中期，隨著第3代管的出現，美國陸軍開始了一系列“公共汽車（Omni）”計劃，採購像增強管和應用像增強管的探測器，從而湧動了大批量生產像增強裝置的熱潮，在所用材料和製造技術方面也取得了很大的進展。今天製造的第3代管比原先的性能成倍提高，而價格大幅下降。在1980年代中期，AN/PVS-7夜視鏡的觀察距離約為50m（對站立的人形目標），價格大約6 000美元，而1998年購買的相同產品，觀察距離達到160m，價格不到3 000美元。
Part.2 進一步強化像管性能
像管中採用離子障膜（曾經是從第2代躍升到第3代的技術進步之一），可以使像管的可靠性提高5倍，但是會降低信噪比。儘管對無膜管能否滿足10 000小時工作壽命（第3代裝置的標準）疑慮重重，但ITT公司和利頓公司均從1997年開始研究第3代無膜管。研製第3代無膜管的工作進行了近10年，仍沒有達到希望的可靠性指標。但是軍隊和一些科研團體堅信，取消離子障膜可以進一步發揮砷化鎵光電陰極的潛在長處，是夜視技術發展的下一個符合邏輯的進展。據驗證，無膜管能夠將夜視鏡的性能提高20％，遺憾的是，同樣的試驗也顯示，由於沒有離子障膜保護，像管的性能會很快降低。
這些景像顯示，用信噪比高的像增強管（左）和信噪比低的像增強管（右），得到的圖像清晰度不同
1998年2月，美國陸軍公佈了Omni Ⅴ採購計劃，利頓公司提出研製和交付第4代無膜管，這一令人吃驚的方案獲得成功。1998年6月，利頓公司獲得Omni Ⅴ合同的60％，而ITT公司只獲得40％。
研製壽命較長的無膜管的確是一種挑戰，需要尋找辦法減少像管工作期間產生的有害離子，研製能夠抵抗離子破壞的光電陰極。利頓公司的方法是採用高性能的玻璃製造微通道板，以減少被表面吸收的遊離氣體（“毒素”）的排放，並在製造過程中對所有零部件進行超乾淨清洗。此外，光電陰極的膜層也由氧化銫改為有較強抗毒素能力的銫氟氧化物，採用光電陰極門控，進一步減少毒素排放。採用這種方法，無膜像管還可以降低光暈和像散。
對Omni Ⅴ無膜管的另一個要求是增加門控供電，以解決像散效應問題，這種像散是由於光太亮或者現場有照明引起的。門控供電高速地開啟和關閉光電陰極，在光照過強時減小輸出電流。自動門控有助於減輕像散效應，可以將夜視鏡的使用時間擴展到黎明和黃昏。利頓公司現在可以在像管中實現無膜、自動門控和減小光暈，可以全部採用這些技術，也可以按照一定的技術組合製造像管。
Part.3 重要里程碑
在離子障膜技術方面，ITT公司開發了另一條途徑。他們發現，大大減小離子障膜的厚度，而不取消離子障膜，可以達到規定的性能和壽終可靠性要求。減小離子障膜的厚度也能保護砷化鎵光電陰極所有重要的結構。據ITT公司稱，新管的離子障膜的厚度大約為40～50埃，是人的頭髮粗細的萬分之一。人的頭髮直徑約為75萬埃（1埃等於1cm的億分之一）。這種強化了的像管的綽號為“頂峰”，因為ITT公司認為，它代表技術成就的頂點，但仍然是第3代管。
美國士兵佩戴AN/PSQ-20增強型夜視鏡
ITT公司的工程師用“頂峰”管研製出了耐用的裝置，其增益和信噪比的可靠性標準超過了“厚膜”管。通過減小光電陰極和微通道板之間的間隙，實現了Omni Ⅴ的另一項要求，即減小光暈效應。“頂峰”管的性能全面優於現用的第3代管。據ITT公司介紹，其光電響應提高22％，信噪比改善約24％，而光暈直徑由1.25mm減小到0.90mm。更為重要的是，“頂峰”管可以使視覺敏銳度提高20％。
這些技術進步的取得使美國陸軍同意用ITT公司的“頂峰”管取代還未經驗證的第4代無膜管，作為Omni Ⅴ的部件提供給制造商。ITT公司的論據之一是第4代無膜管全壽命成本比“頂峰”管高7倍。該公司稱，選擇“頂峰”管代替無膜管，可以節約使用成本2 900萬美元，節約維護成本2 100萬美元。“頂峰”管看來是更好的方案。結果，美國陸軍增加了ITT的Omni Ⅴ合同份額，從40％增加到50％，後來又提高到100％。第一批採用“頂峰”管的系統於2001年2月交付美國陸軍，用戶稱讚採用該技術的夜視鏡是“進入裝備序列的性能最好的夜視鏡”。
諾斯羅普·格魯曼電子光學系統公司提供的像融合技術實例，左圖是從像增強器得到的圖像，右圖是熱成像圖像，中間是採用融合技術得到的的圖像，但該公司的像融合裝置很難達到實用
軍方採用薄膜“頂峰”管而不採用有缺陷的無膜管是一個重要的里程碑。
2001年10月，NVESD的首席科學家約翰·波拉德博士宣佈，作為識別下一代像管技術的術語“第4代”已經被取消。美國陸軍現在正式用“薄膜”這一術語來命名ITT公司的“頂峰”，以確認這一技術進步。
採購在繼續，爭論也在繼續。2002年5月，“頂峰”管及其製造商得到肯定。當時簽訂了大約價值4.5億美元夜視裝置的Omni Ⅵ 合同，ITT公司獲得了該合同（採用薄膜管）中的全部航空夜視裝置和60％地面夜視裝置部分，其中包括選購部分，這是允許的最大百分比了。美國陸軍於2005年9月又推出了Omni Ⅶ 採購計劃，ITT公司和利頓（諾斯羅普·格魯曼）公司每家可能獲得高達370 486具AN/PVS-14單目夜視裝置和34 300具AN/PVS-7夜視鏡及相關備份像管的合同。
按照該合同，Omni Ⅶ 夜視裝置於2006年1月開始交貨。ITT公司已經得到的初步合同價值超過1.6億美元。
Part.4 像融合
在世紀之交，美國陸軍認識到其士兵缺乏夜視能力。按照2000年10月所作出的步兵夜視未來需求概要，吉姆·斯通上校確認，今後希望強化的內容有：多頻譜像融合、彩色成像、減輕質量、縮小尺寸、降低能量消耗、提高分辨率、增大觀察距離、提高方便單兵機動的能力、提高可靠性。
圖片顯示的是紅外的和像增強的圖像逐個像素融合的結果，這是諾斯羅普·格魯曼電子光學系統公司開發的技術
現用的各種夜視鏡的缺點有：有強光源時性能差、單兵機動方便性不夠、在視線不好的戰場上性能差、在惡劣天氣成像能力降低。
熱成像和像增強兩種技術都有長處和侷限性。隨著像增強技術在全球使用，美國陸軍擔心其在這一方面不能保持領先地位。於是，將來自像增強器和熱成像裝置的圖像融合在一起的技術研究從美國發起。
據報道，有3種級別的像融合：光學重疊融合，用光學的方法將多個光學場景合併；模擬融合，將RS-170格式的視頻信號模擬混合；數字圖像融合，逐個像素進行像融合，進行建立在算法基礎上的智能景象強化，可擴展成全數字融合。
2003年8月，士兵計劃執行辦公室（負責研製、生產、部署和維護美國士兵穿著、攜帶和使用的所有物品）在本寧堡對ITT公司和諾斯羅普·格魯曼電子光學系統公司提供的方案進行了評審。
ITT公司與雷神公司合作開發夜視像融合的技術，他們的增強型夜視鏡（ENVG）樣品是第一級融合裝置，用光學的方法將像增強（提供清晰的目標識別能力）圖像和下一代熱成像（提供改進的目標探測能力）圖像疊加在一起，其機動性和態勢感知能力都得到提高。
ITT公司的AN/PSQ-20增強型夜視鏡在2007年第4季度首批裝備美國陸軍的作戰部隊
諾斯羅普·格魯曼電子光學系統公司和Insight技術公司合作，用100天研製出較接近第3級融合即全數字像融合方案樣品。據該公司負責技術的官員說，這是一種全視場數字融合裝置，帶可升級的軟件，採用16mm HD 12互補金屬氧化物半導體（CMOS）像管和非致冷長波紅外8～12微米VOX（氧化釩）探測器。該裝置長185mm，質量1.76kg，使用1280×1024像素顯示器，由8節CR123電池供電（可工作4.5小時）。
該樣品在本寧堡用諾斯羅普·格魯曼電子光學系統公司的軟硬件進行了試驗，連續4周沒有出現災難性故障。該樣品被認為是“有希望的但也是早產的”。其自身主要有以下缺陷：它被認為很難使用（菜單太複雜）；尺寸、能量消耗和質量需要減小；探測器和顯示器存在視差，會引起使用者眼睛疲勞和頭痛，會增加完成任務的時間；探測器未經優化，探測距離不夠（大約只有重疊系統的50％）。
因此，毫不奇怪，2004年7月，ITT公司得到了關於探測器融合和電子像增強的兩份合同，並且還從美國陸軍士兵計劃執行辦公室得到75具增強型夜視鏡系統合同（現被命名為AN/PSQ-20，叫作光學的ENVG）供士兵作進一步的試驗。（待續）
（本文發表於《輕兵器》2007年第1期下半月刊，公眾號文章有刪改）
