《夜視儀器解析》
夜視鏡罩門 小心強光逆襲
【本報記者程嘉文】
夜視儀器愈來愈進步，一方面是靈敏度不斷增強，另一方面就是體積與價格的縮小。因此原本只能安裝在車輛上的夜視系統，也逐漸個人化，成為可以戴在士兵頭上的夜視鏡。除了步兵之外，經常得要貼地飛行的直升機飛行員，也大量使用夜視鏡。
一般來說，軍警使用的夜視鏡，仍然以星光夜視鏡最多。因為以單兵裝備來說，星光鏡仍然具有便宜、輕便、畫面清楚等優點。
不過夜視鏡一旦遭遇強光（例如突然開燈），使用者可能因為產生的超強光線而視力受損，光電管也可能會負荷過大而燒毀。
雖然新式夜視鏡都有保護設計，一旦光量超過就立刻切斷，不過瞬間仍可能因光量劇變，讓使用者瞳孔來不及無法適應，一時看不清楚東西。因此在遭突擊前切斷對方電源，使其在一片黑暗下措手不及，無法有效反應，也是常見的戰術。
【2011-06-13/聯合報/AA3版/新聞中的科學】
<相關新聞>
女性公敵
紅外線光搞鬼 攝影機可透視
【本報記者程嘉文】
前幾年曾經出現新聞，某些標榜有夜視功能的數位攝影機，裝上特殊濾鏡之後，就具有透視效果。一時引發許多女性擔心，自己明明衣著整齊，還是可能春光外洩。
吳俊輝解釋，不同材質對不同波長的光源，其「透明度」並不相同。某些尼龍材質不容易穿透可見光，但卻較容易被紅外光穿透。因此如果攝影機的夜視模式是配有紅外線燈，就可能有穿透單薄衣物的效果。
吳俊輝也說，不管是傳統的銀鹽膠捲，或是數位相機（攝影機）的CCD／CMOS，感光元件可以「看」到的光波範圍，通常都比肉眼要高。因此，波長太長的紅外光，與太短的紫外光，其實也會讓「底片」感光，導致最後呈現的色彩或曝光量，與肉眼所見不同。
所以，廠商通常會裝置濾鏡，濾掉某個波段的不可見光。由於紫外線波長短、頻率高，代表能量較大，更容易干擾感光，因此濾除紫外線比紅外線更重要。最常見的就是裝在單眼相機鏡頭前方的UV鏡片，用來消除紫外線。
同樣道理，當可見光與紅外光同時存在時，前者經常會「蓋掉」後者。因此所謂透視攝影，就是一方面提供紅外線光源，同時又在攝影鏡頭上裝置特殊濾鏡，濾除可見光而保留紅外光。
如此一來，「不透視」的可見光影像減弱，紅外光的透視影像就會比較清楚。所以，如熱影像儀的鏡頭，因為必須濾除所有可見光，以肉眼看去根本不透明。
【2011-06-13/聯合報/AA3版/新聞中的科學】
跟著紅外光夜襲 反而被看清
【本報記者程嘉文】
古今中外許多著名突襲案例，都是利用夜間進行。戰場上到了夜晚就一片黑暗，防禦者非常不容易察覺敵人來襲。
不過黑夜不只困擾防守者，對攻擊者也是麻煩。尤其進攻方必須在黑夜中移動，在伸手不見五指的狀況下，光是走路都寸步難行，更不要說依計畫按時抵達位置、發起攻擊。火把、燈光等照明設施，雖然解決「行不得也」的困境，但也使自己完全失去偷襲效果。
夜襲好時機 要有點光
所以，大家都知道夜襲具有相當大的效果，但要成功發動夜襲，困難度卻極高。真正能夠發動夜襲的時機，往往不是真正「月黑風高」，而是滿月等稍有光亮的日子。
二次大戰時，人們發明雷達，以無線電波代替眼睛，解決不少「視不見物」的問題。但是雷達只適合用來探索空中或海面目標，對於環境複雜的地表，無法發揮效果。
1944年底，德軍在西歐發動大反攻。由於聯軍完全掌握制空權，德軍白天幾乎無法活動，只能利用夜間。當時德軍曾製造「人造月光」，就是利用大量的探照燈向空照射，藉著雲層反射，讓地面不至於一片漆黑。只是這種方式需要集中極大量的探照燈，更需要天氣狀況（雲層）幫忙，而且攻守雙方都可以對「人造月光」加以利用，效果仍不理想。
戰車紅外光 逐漸棄用
1950年代，主動紅外線夜視技術開始應用在陸軍裝備上。首先是戰車上除了裝有一般可見光車燈，還有紅外光車燈。戰車駕駛員將潛望鏡換成特殊的紅外線形式，就可以在夜間「開燈行駛」，不必擔心被敵人發現光亮。
這樣只是解決了夜間行駛的問題，但戰車夜間還是無法看到敵人。因此只能在入夜前預先測量好附近地形地物，根據預設的距離與方位數據來開砲。
如此也代表，戰車到了夜間就完全不能移動，否則就是睜眼瞎子。駕駛的紅外光燈光量很弱，範圍只有幾十公尺，僅能用於行車，對於數百公尺外的敵人，完全無能為力。
於是1960年代，美國在M48與M60戰車上，裝上一具大型的紅外光探照燈，有效距離可以達到2000公尺以上，足供乘員在夜間進行搜索與瞄準。許多越戰時期的舊照片上，都可看到這種裝在砲塔前端、砲管上方的探照燈。
不過戰場上所有主動偵測系統都有一個問題，就是發射光波（或聲波、電波）「看到」敵人的同時，也會被敵人看到，而且「洩密範圍」比「有效範圍」還大。隨著紅外線夜視系統愈來愈發達，這種在戰場上打開探照燈「大放光明」，簡直就是自我送死。因此新一代戰車不僅不再裝紅外線探照燈，連駕駛燈也逐漸放棄紅外光燈。
熱影像儀 能看穿霧氣
當然，紅外光燈被淘汰，不是軍方再度走回「日入而息」、放棄夜間作戰，而是找到更好的夜視方式。例如星光夜視儀，就取代了主動式紅外線夜視。不過星光儀呈現的畫面，究竟是將夜間微弱光亮極度放大的結果，還是遠不及白晝畫面清楚。如果敵方採取偽裝、掩蔽，幾乎不可能辨識。
隨著科技的進步，1980年代之後，被動式紅外線熱影像儀，也逐漸成為戰車的標準配備。以我國現役的M60A3或CM11戰車來說，使用美製AN／VSG-2熱影像儀，最大有效範圍可達4000公尺。甚至在白晝有霧情況下，也能夠協助「看穿」。
【2011-06-13/聯合報/AA3版/新聞中的科學】
夜視鏡下的戰爭 看賓拉丹往哪躲
微光夜視最常用 原理接近數位相機 主動紅外線畫面清楚 但會暴露行蹤 被動紅外線可追敵機熱源
【本報記者程嘉文】
5月1日凌晨，美國海軍突擊隊搭乘直升機，襲擊位於巴基斯坦阿伯塔巴德市郊一座豪宅，一舉擊斃頭號通緝恐怖分子賓拉丹。這一戰除了擦亮「海豹」（Seal）特戰小組的招牌之外，也再度展示先進夜視裝備，在現代戰爭中具備的重要性。
微光夜視鏡 放大光源
目前最常用的夜視鏡是「微光夜視」，將微弱光線放大到足供肉眼辨識的地步。因為自然環境通常總會有一點背景光線，因此通常也稱為「星光夜視鏡」。
星光夜視鏡的原理，是以光學鏡頭將由物體反射出來的微弱光線，聚焦成像在光電管前端，能量轉換為電子後，利用光電管放大數千倍到數萬倍，再由光電管尾端的螢光屏，轉換成肉眼可見的明亮影像。
至於現在流行的數位相機，通常在觀景螢幕上呈現的夜間影像，也比實際的景象要亮得多，是否就是星光夜視鏡？中央大學光電科學工程系教授孫慶成指出，兩者接近，但不盡相同。
數位相機透過感光元件（CCD／CMOS等）感應光子，轉換成數位訊號。感光元件的靈敏度高於肉眼，因此可以「看」到眼睛看不到的微弱光線，然後透過相機「核心」電子系統的增益，將訊號還原成影像，呈現在觀景螢幕上。過程當中相機的電子系統會計算光亮與色偏的調整，以及消除雜訊。而這方面的影像處理技術，也是考驗各廠牌相機畫質差異的關鍵。
相較之下，星光夜視鏡藉電力直接放大光源，數位相機是電子增益訊號。
夜視鏡放大光量的幅度，也遠大於市面一般數位相機。不過，隨著數位攝影科技日新月異，兩者已開始出現合流之勢。
主動紅外線 少了色彩
紅外線（紅外光）是指波長超出可見光範圍的光波，因為肉眼看不到光，因此也可用在夜視領域。
主動紅外線夜視的道理，跟一般燈光照明相同，透過一個發射紅外光的燈具照射目標，反射回來的紅外光，再在夜視鏡內轉化成為圖像。孫慶成指出，這時已經沒有所謂「顏色」的定義，只有紅外光的強弱，因此轉換出來的圖像也是黑白。
主動紅外線夜視最大的好處是畫面清楚，除了沒有色彩以外，就跟一般燈光照明接近。但缺點是必須發射紅外光，如果敵人也有紅外線夜視設備，在戰場上仍然會洩漏行藏。因此在軍事用途上，主動紅外線照明已經不大流行，但對一般民間範疇，例如保全系統的監視攝影機，因為對付的不是高科技敵人，所以「紅外線燈＋紅外線攝影機」的搭配，仍然是常用的組合。
在生活中常見的監視攝影機，如果鏡頭旁邊有一個（或多個）「永遠不發亮」的燈具，就是主動紅外線攝影機。目前市面上的產品，已經可以調整成白天利用一般可見光拍攝，入夜後光度不足，就自動啟動紅外線燈光，攝影機同時轉至紅外線模式。
被動紅外線 可測發燒
環境中其實並非有紅外光燈，才會有紅外線存在。所有溫度高於絕對零度的物質，都會放出一定的熱量輻射。如果溫度夠高，就會變成可見光；溫度不到此一臨界的物體，發出的就是不可見的紅外光。因此，如果測量環境中所有物體散發的紅外光輻射，也可以達到分辨的效果。
最早成功應用紅外線來追蹤熱源的武器，是一九五○年代的響尾蛇飛彈。響尾蛇飛彈的尋標頭，能感測敵機引擎發出的高熱，指揮飛彈朝向熱源飛去。
1958年9月24日，人類歷史上第一場飛彈空戰，在台灣海峽上空展開。美軍將剛服役的響尾蛇飛彈，祕密提供給中華民國空軍。在空戰中國軍共射出6枚響尾蛇，擊落4架共軍戰機。
現代的紅外線追熱技術，已進化到可將環境中的熱源差異，轉換成「熱影像」顯示在螢幕上。除了電影之外，一般人生活中最容易看到的熱影像儀，就是裝在出入境關口，測量旅客有無發燒症狀的儀器。
許多熱影像儀的畫面裡，高溫物體往往呈現是黃或紅色，溫度較低的背景則是綠色。台大物理系教授吳俊輝解釋，其實這些都是「假色」，是儀器在顯示時故意設計，使特定光度紅外線呈現特定顏色，以利使用者辨識。
【2011-06-13/聯合報/AA3版/新聞中的科學】
延伸閱讀
【本報訊】
1.洪佼宜、曾裕君、劉惠紋譯《酷發明2.0：改變生活的最新科技》，時報，2008。
2.大衛‧歐文《間諜：特務情報世界揭密全紀錄》，好讀，2011。
3.苗沛元《現代紅外線系統工程實務》，東華，2009。
4.安東尼‧考德斯曼《伊拉克戰爭》（1,2），國防部史政編譯室，2006。
【2011-06-13/聯合報/AA3版/新聞中的科學】
ABC必學單字大閱兵
【本報訊】
night vision n. 夜視
infrared ray（常縮寫為IR）
n. 紅外線
goggle n. 眼鏡、護目鏡
lens n. 透鏡、鏡片
thermo adj. 與熱相關的
【2011-06-13/聯合報/AA3版/新聞中的科學】