核心内容提要
在2007年播出的北约一位高官访问阿富汗的电视新闻中，这位官员看望“第一线”的英国士兵，问他们特别需要什么。士兵立刻回答：“长官，需要更多的夜视镜”。
现在，夜间作战已经成为家常便饭，首要的需求是给尽可能多的士兵装备夜视装置。因此，夜视镜对于各种地面部队进行地面战斗都是必需的。
Part.1 夜视镜不再奢华
经过多年的发展，夜视镜对于基层士兵已经不再是奢侈品，每个士兵都需要配发。那么，今天地面作战的士兵用夜视镜干什么？答案是“在黑暗中能够观察”。
夜视镜的核心是像增强管，它收集和会聚环境光并使它们成像。装有第二代像增强管的AN/PVS-7夜视镜可以在有星光且多云的夜晚看到170～180m距离上车辆大小的目标，目前，装备美军的AN/PVS-7夜视镜数量已经超过15万具。
美国陆军佩戴标准AN/PVS-7夜视镜夜间操作的场景
可以肯定地说，美国陆军是世界上夜视镜的主要用户，ITT公司（在弗吉尼亚州）及利顿电子光学系统公司（2001年已经被伊里诺斯州的诺斯罗普·格鲁曼电子光学系统公司兼并）是美国两大生产像增强产品的商家。在美国，研制夜视装置（包括武器瞄准镜、手持观察装置和夜视镜）的领导机构是美国陆军研究、发展与工程司令部（RDECOM）通信与电子研究、发展与工程中心（CERDEC）的夜视与电子探测器处（NVESD），其基地设在弗吉尼亚州的贝尔沃堡。
作为这种产品的领头用户，美国陆军的NVESD认为自己是夜视装置（包括像增强和热成像系统）技术定级的权威。因此，在这里所谓的第几代像增强管中的“代”代表制造水平而不是观察性能。
AN/PVS-7D夜视镜
1980年代中期，随着第3代管的出现，美国陆军开始了一系列“公共汽车（Omni）”计划，采购像增强管和应用像增强管的探测器，从而涌动了大批量生产像增强装置的热潮，在所用材料和制造技术方面也取得了很大的进展。今天制造的第3代管比原先的性能成倍提高，而价格大幅下降。在1980年代中期，AN/PVS-7夜视镜的观察距离约为50m（对站立的人形目标），价格大约6 000美元，而1998年购买的相同产品，观察距离达到160m，价格不到3 000美元。
Part.2 进一步强化像管性能
像管中采用离子障膜（曾经是从第2代跃升到第3代的技术进步之一），可以使像管的可靠性提高5倍，但是会降低信噪比。尽管对无膜管能否满足10 000小时工作寿命（第3代装置的标准）疑虑重重，但ITT公司和利顿公司均从1997年开始研究第3代无膜管。研制第3代无膜管的工作进行了近10年，仍没有达到希望的可靠性指标。但是军队和一些科研团体坚信，取消离子障膜可以进一步发挥砷化镓光电阴极的潜在长处，是夜视技术发展的下一个符合逻辑的进展。据验证，无膜管能够将夜视镜的性能提高20％，遗憾的是，同样的试验也显示，由于没有离子障膜保护，像管的性能会很快降低。
这些景像显示，用信噪比高的像增强管（左）和信噪比低的像增强管（右），得到的图像清晰度不同
1998年2月，美国陆军公布了Omni Ⅴ采购计划，利顿公司提出研制和交付第4代无膜管，这一令人吃惊的方案获得成功。1998年6月，利顿公司获得Omni Ⅴ合同的60％，而ITT公司只获得40％。
研制寿命较长的无膜管的确是一种挑战，需要寻找办法减少像管工作期间产生的有害离子，研制能够抵抗离子破坏的光电阴极。利顿公司的方法是采用高性能的玻璃制造微通道板，以减少被表面吸收的游离气体（“毒素”）的排放，并在制造过程中对所有零部件进行超干净清洗。此外，光电阴极的膜层也由氧化铯改为有较强抗毒素能力的铯氟氧化物，采用光电阴极门控，进一步减少毒素排放。采用这种方法，无膜像管还可以降低光晕和像散。
对Omni Ⅴ无膜管的另一个要求是增加门控供电，以解决像散效应问题，这种像散是由于光太亮或者现场有照明引起的。门控供电高速地开启和关闭光电阴极，在光照过强时减小输出电流。自动门控有助于减轻像散效应，可以将夜视镜的使用时间扩展到黎明和黄昏。利顿公司现在可以在像管中实现无膜、自动门控和减小光晕，可以全部采用这些技术，也可以按照一定的技术组合制造像管。
Part.3 重要里程碑
在离子障膜技术方面，ITT公司开发了另一条途径。他们发现，大大减小离子障膜的厚度，而不取消离子障膜，可以达到规定的性能和寿终可靠性要求。减小离子障膜的厚度也能保护砷化镓光电阴极所有重要的结构。据ITT公司称，新管的离子障膜的厚度大约为40～50埃，是人的头发粗细的万分之一。人的头发直径约为75万埃（1埃等于1cm的亿分之一）。这种强化了的像管的绰号为“顶峰”，因为ITT公司认为，它代表技术成就的顶点，但仍然是第3代管。
美国士兵佩戴AN/PSQ-20增强型夜视镜
ITT公司的工程师用“顶峰”管研制出了耐用的装置，其增益和信噪比的可靠性标准超过了“厚膜”管。通过减小光电阴极和微通道板之间的间隙，实现了Omni Ⅴ的另一项要求，即减小光晕效应。“顶峰”管的性能全面优于现用的第3代管。据ITT公司介绍，其光电响应提高22％，信噪比改善约24％，而光晕直径由1.25mm减小到0.90mm。更为重要的是，“顶峰”管可以使视觉敏锐度提高20％。
这些技术进步的取得使美国陆军同意用ITT公司的“顶峰”管取代还未经验证的第4代无膜管，作为Omni Ⅴ的部件提供给制造商。ITT公司的论据之一是第4代无膜管全寿命成本比“顶峰”管高7倍。该公司称，选择“顶峰”管代替无膜管，可以节约使用成本2 900万美元，节约维护成本2 100万美元。“顶峰”管看来是更好的方案。结果，美国陆军增加了ITT的Omni Ⅴ合同份额，从40％增加到50％，后来又提高到100％。第一批采用“顶峰”管的系统于2001年2月交付美国陆军，用户称赞采用该技术的夜视镜是“进入装备序列的性能最好的夜视镜”。
诺斯罗普·格鲁曼电子光学系统公司提供的像融合技术实例，左图是从像增强器得到的图像，右图是热成像图像，中间是采用融合技术得到的的图像，但该公司的像融合装置很难达到实用
军方采用薄膜“顶峰”管而不采用有缺陷的无膜管是一个重要的里程碑。
2001年10月，NVESD的首席科学家约翰·波拉德博士宣布，作为识别下一代像管技术的术语“第4代”已经被取消。美国陆军现在正式用“薄膜”这一术语来命名ITT公司的“顶峰”，以确认这一技术进步。
采购在继续，争论也在继续。2002年5月，“顶峰”管及其制造商得到肯定。当时签订了大约价值4.5亿美元夜视装置的Omni Ⅵ 合同，ITT公司获得了该合同（采用薄膜管）中的全部航空夜视装置和60％地面夜视装置部分，其中包括选购部分，这是允许的最大百分比了。美国陆军于2005年9月又推出了Omni Ⅶ 采购计划，ITT公司和利顿（诺斯罗普·格鲁曼）公司每家可能获得高达370 486具AN/PVS-14单目夜视装置和34 300具AN/PVS-7夜视镜及相关备份像管的合同。
按照该合同，Omni Ⅶ 夜视装置于2006年1月开始交货。ITT公司已经得到的初步合同价值超过1.6亿美元。
Part.4 像融合
在世纪之交，美国陆军认识到其士兵缺乏夜视能力。按照2000年10月所作出的步兵夜视未来需求概要，吉姆·斯通上校确认，今后希望强化的内容有：多频谱像融合、彩色成像、减轻质量、缩小尺寸、降低能量消耗、提高分辨率、增大观察距离、提高方便单兵机动的能力、提高可靠性。
图片显示的是红外的和像增强的图像逐个像素融合的结果，这是诺斯罗普·格鲁曼电子光学系统公司开发的技术
现用的各种夜视镜的缺点有：有强光源时性能差、单兵机动方便性不够、在视线不好的战场上性能差、在恶劣天气成像能力降低。
热成像和像增强两种技术都有长处和局限性。随着像增强技术在全球使用，美国陆军担心其在这一方面不能保持领先地位。于是，将来自像增强器和热成像装置的图像融合在一起的技术研究从美国发起。
据报道，有3种级别的像融合：光学重叠融合，用光学的方法将多个光学场景合并；模拟融合，将RS-170格式的视频信号模拟混合；数字图像融合，逐个像素进行像融合，进行建立在算法基础上的智能景象强化，可扩展成全数字融合。
2003年8月，士兵计划执行办公室（负责研制、生产、部署和维护美国士兵穿着、携带和使用的所有物品）在本宁堡对ITT公司和诺斯罗普·格鲁曼电子光学系统公司提供的方案进行了评审。
ITT公司与雷神公司合作开发夜视像融合的技术，他们的增强型夜视镜（ENVG）样品是第一级融合装置，用光学的方法将像增强（提供清晰的目标识别能力）图像和下一代热成像（提供改进的目标探测能力）图像叠加在一起，其机动性和态势感知能力都得到提高。
ITT公司的AN/PSQ-20增强型夜视镜在2007年第4季度首批装备美国陆军的作战部队
诺斯罗普·格鲁曼电子光学系统公司和Insight技术公司合作，用100天研制出较接近第3级融合即全数字像融合方案样品。据该公司负责技术的官员说，这是一种全视场数字融合装置，带可升级的软件，采用16mm HD 12互补金属氧化物半导体（CMOS）像管和非致冷长波红外8～12微米VOX（氧化钒）探测器。该装置长185mm，质量1.76kg，使用1280×1024像素显示器，由8节CR123电池供电（可工作4.5小时）。
该样品在本宁堡用诺斯罗普·格鲁曼电子光学系统公司的软硬件进行了试验，连续4周没有出现灾难性故障。该样品被认为是“有希望的但也是早产的”。其自身主要有以下缺陷：它被认为很难使用（菜单太复杂）；尺寸、能量消耗和质量需要减小；探测器和显示器存在视差，会引起使用者眼睛疲劳和头痛，会增加完成任务的时间；探测器未经优化，探测距离不够（大约只有重叠系统的50％）。
因此，毫不奇怪，2004年7月，ITT公司得到了关于探测器融合和电子像增强的两份合同，并且还从美国陆军士兵计划执行办公室得到75具增强型夜视镜系统合同（现被命名为AN/PSQ-20，叫作光学的ENVG）供士兵作进一步的试验。（待续）
（本文发表于《轻兵器》2007年第1期下半月刊，公众号文章有删改）
