为什么红外夜视仪很贵而红外摄像头却很便宜？

为什么红外夜视仪很贵而红外摄像头却很便宜？

红外夜视仪之类的东西是基于热成像的。很小的一个搞维修用的那个级别的热成像仪，起码都要几千
红外摄像头本质上就是没有IR滤镜、加了一圈高亮度的红外线LED的普通摄像头。以前很多手机的摄像头就没有IR滤镜，你喜欢的话一样可以做一个出来。如果你动手能力强的话，可以自己把摄像头里面的IR滤镜拆掉，再在摄像头旁边绑上一圈红外线的灯，就是那种遥控器的940nm都不到的LED，一些型号甚至会有肉眼可见的红光
红外夜视仪是真的可以在大老远看到可见光波段看不到的东西，可以看出来物体表面的温度，也不会主动发出来什么东西
而红外摄像头看到的东西和黑白摄像头差不了多少，还有一圈用来补光的高亮LED，只是普通人用肉眼不容易看到那些LED的灯光，本质上可能还没弄一圈W-LED效果好

红外摄像头基本都是用一个IR灯补光然后成像
基本原理和二战时德军用的吸血鬼夜视仪差不多
吸血鬼这玩意儿的像增强管在夜视仪分类中式GEN0，零代管
而现役的红外夜视仪已经升级到了GEN3，三代管，已经不需要IR灯了
所以红外摄像头和现役的红外夜视仪的差距，可以认为是初教6和F16的差距

红外摄像头存在很多问题
第一，红外摄像头其实就是普通摄像头加了一圈灯珠，这些光照射在目标场景，然后摄像头才能拍摄到，所以仔细看就会发现红外画面也是一片亮光区域，很多摄像头晚上你看到有红点，就是发光led，当然也有不发光的。


第二，红外摄像头事没法直接看画面的，只能采集，你要看画面还需要一个监视器或者录像机。光是一个摄像头就赶得上整套夜视仪了，而夜视仪事可以直接查看的。
第三，因为红外摄像头需要补光，这就导致，你看到画面的区域，不是自然光，如果战争环境下，别人的夜视仪就能很明显的发现这片区域，而你的补光灯就是靶点，招呼别人赶紧打你。而夜视仪则是被动的，它属于把微弱的环境光放大增强，所以不改变环境光，对方用夜视仪看到你这边没什么区别。
夜视仪发明初衷就是为了战争需要，早期也是类似红外摄像头的，后期发展出现在的夜视仪。
红外摄像头不管是方便编写还是安全，都不如夜视仪。
也因此，夜视仪很贵，这个和它的原理也有些关系。

红外夜视仪有两种，一种是工作在可见光与近红外波段的微光-红外夜视仪，核心器件为真空像增强器，这玩意贵一个是因为这是高真空真空管器件，所有零件需要在10^-8毫巴的真空度下进行组装，组装成本高，良品率底下；另一个是其核心零件，如AVG窗口，微通道板和传像硬光纤在目前技术水平下成本还是比较高。



像增强器工作原理示意图

一般单个二代像增强器的价格在一万元上下，三代像增强器价格可以去到两三万。这些因素导致了真空像增强器在我国已经实现大规模量产的情况下成本依旧居高不下。真空器件不像半导体器件，可以实现高度自动化的生产，目前这玩意主要还是靠熟练技工手工组装的。



像增强器实物图

另一种红外夜视仪是工作在中波红外/长波红外的，对物体本身的热辐射进行成像的红外热成像仪
工作在中波红外的中波热成像一般为光电型热成像设备，使用碲镉汞作为像元材料，依靠中波红外在不同成分掺杂的碲镉汞像元内激发的光电效应进行成像，这个过程其实与常规摄像头的cmos类似，不同的是cmos的像元和处理电路可以直接在一片硅片上刻出来，而碲镉汞传感器和处理电路需要分开单独制造，后期通过铟柱将硅基芯片和传感器进行链接，类似奥利奥饼干，两层饼干分别是碲镉汞光电二极管和硅基芯片，中间的夹心则是铟柱。



使用半导体雪崩效应制作的碲镉汞像元

听这个过程你也能猜到这玩意良品率有多低，每个像元上的铟柱必须链接到芯片上特定的位置，相邻的像元之间铟柱不能粘连或者缺失，而像元的边长只有十几二十微米。生产高一致性掺杂的碲镉汞材料也是高精尖技术，更别提为了排除像元本身的热噪声，碲镉汞传感器需要工作在70～140k的低温下（-200～-130摄氏度），像元背后还需要接一个斯特林制冷机或者通过液化气来制冷，单是一个制冷功率个位数的斯特林制冷机都需要数万元。这玩意我国也实现了大规模量产，一套640元系统（即分辨率640x480）的价格在六位数左右



中波红外传感器实物，实际上后面黑色的圆柱体是斯特林制冷机的电机，传感器在前方，比指甲盖大不了多少

而工作在长波的热成像仪相对来说价格就比较宜人，虽然也有工作在长波的光电型热成像设备，原理和中波类似，区别在于像元材料的改变。但是大多数便宜的热成像都是使用一种叫非制冷热辐射计的传感器，这种传感器是使用mems工艺制造的一种热电型传感器，原理其实很简单，物体发出的长波红外加热像元，使得像元发生形变，改变像元的电阻率，通过读取像元电阻率的改变即可反推像元接受的长波红外信号强度。



单个热辐射计像元，红外照射到中间红色的区域，使其温度升高产生形变改变其电阻率

这种传感器是成本最低的热成像传感器，目前有非晶硅和氧化钒两种材质的像元，都可以使用或兼容目前半导体芯片使用的硅基工艺，可以像芯片一样自动化生产。但是作为一种mems器件其设计成本和流片成本都远高于正常的图像传感器，你手机里的cmos可能只有1/2甚至1/3英寸，即对角线长度5.3～8mm，而哪怕是256x192分辨率的非制冷热成像传感器，像元对角线都达到了5.4mm，芯片面积更是有100mm²左右，一般正常640x480即vga分辨率的非制冷热成像传感器像元对角线有14mm左右，芯片面积可达6000mm²，更大的芯片面积自然意味着更高的成本，而且由于mems器件的特殊性其良品率也不高，氧化钒材质的传感器更是存在一些非标的生产步骤，不能与其它芯片器件共用生产流程，成本比普通cmos还是高特别多，且由于其是依靠电阻率的变化读出信号，适用于cmos图像传感器的图像处理芯片（isp）无法兼容非制冷红外热成像传感器的信号，需要根据传感器单独开发新的图像处理芯片。目前市场上的主流产品还是使用FPGA作为图像处理芯片，专门为其定制asic芯片的产品极少，这是由于不同工艺制程的传感器读出信号方式和信号幅度差距极大，为每种传感器都定制一块asic成本过于高昂。FPGA相对于定制asic便宜，但是相对于图像isp可贵太多了，一颗用于vga分辨率的cyclone iv芯片价格在四百元左右，自然这也算机芯成本。



用于处理热成像传感器信号的FPGA芯片

一般vga分辨率的非制冷热辐射计机芯价格在一万元到两万元，相比光电型的红外热成像设备，已经是白菜价，生活中所接触到的大多数热成像也是这种非制冷红外热成像设备



非制冷红外热成像机芯实物

另外还有一点一直没提的，就是镜头。对于工作在nir与可见光的微光红外夜视仪来说，还能使用玻璃作为镜片材料，而对于中波和长波红外热成像，只能使用昂贵的硫系玻璃或者锗玻璃用作镜片材料，作为参考，目前市场上废旧锗玻璃的回收价格，在九千块一公斤左右。一个25mm焦距热成像镜头里的锗玻璃就算卖废品也有几百块，更别提生产镜头还要对其进行打磨加工，一个热成像镜头价格四位数起步上不封顶，这也算成本。



锗玻璃透镜，就这一小片，轻轻松松三位数

以上就是为啥红外夜视仪会这么贵的所有理由，在目前的技术水平下，这玩意还真就这么贵，而且在可预见的二十年内，还会一直贵下去

红外夜视仪是靠温差成像的，他可以直接探测物体本身辐射出的红外线，然后根据辐射强度的高低给图片上色，这样就能看到物体温度的分布图了
而一般常见的红外摄像头是使用红外线照明灯作为光源，像探照灯一样射向前方，红外线打在物体上发生反射，而后被摄像头接收（摄像头不仅可以接收可见光，还对红外线敏感），从而转化为人眼可见的图像。也就是说：红外夜视摄像头只是用红外线代替了可见光实现成像的
也有红外热成像摄像头，这种摄像头的原理跟热成像仪相同，价格可不便宜