高科技玩具夜视镜的红外夜视技术

　　夜视技术是借助于光电成象器件实现夜间观察的一种光电技术。红外夜视技术曾经战争时期的军事要点。在这和平年代，它被已应用到了其它的领域，比如高科技玩具产品领域。
　　
　　具有强大功能的夜视仪正成为玩具市场上颇具吸引力的产品。本文的拆解对象--Night  Vision2.0红外夜视镜适合8岁及以上年龄的儿童使用，零售价只有59.99美元的这款玩具可以在*黑暗的环境中看清远距离的物体。该产品是JakksPacific公司EyeClops系列“高科技玩具”中的一种，其它玩具还包括仿生眼和迷你投影仪等。
　　
　　所有EyeClops玩具的共同特色是灵活地整合了多种成熟技术，并且包装方式非常吸引年轻人。比如仿生眼，它是一个放大200倍的“即插即用型电视显微镜”，将光学复合透镜和CMOS传感器配对使用，然后将放大的图像送入标准电视机的S视频输入端。听起来有点像实验室装置，看起来更像是棍棒上的一个大塑料眼球。
　　
　　同样，这款夜视镜的外观如同双目望远镜和玩具飞船之间的一个十字架。在夜视镜宽阔的头部架构中采用了多种技术，但zui简单的是近红外照明与图像传感器的结合技术。NightVision2.0的基本照明由两串各含5个红外LED的电路提供，这些LED安装在夜视镜前端，如同一对头灯。这些LED发出的是不可见光，但用户可以看清约20英尺范围内的所有东西。其使用体验类似于双目望远镜，但很明显，目镜聚焦于安装在设备外壳内的单个LCD上。
　　
　　拨动开关可以进入第二种模式，这种模式可将观察距离扩展到约50英尺，其原理是增加了来自红色LED辅助环的照明。在两种设置下的图像分辨率都不是很高，但其性能无疑是名副其实的。
　　
　　图：NightVision2.0是一款灵活整合多种成熟技术的‘高科技玩具’。
　　
　　接下来，让我们看看NightVision2.0的内部结构，从中不仅能了解它的工作原理，还能了解这款产品为何能以玩具店的价格实现强大的功能。
　　
　　拆解显示，NightVision2.0的结构类似口袋相机，透镜镜筒指向远离用户的方向，“取景”LCD面向用户，所有部件都安装在一块电路板上，同时这块电路板上还有少量的有源器件。拆除透镜镜筒后可以看到带有线状图案装饰的塑料内部结构，简单但有效的人工调焦是通过沿着镜筒上下转动整个透镜结构来实现的。这里面明显缺少许多CMOS相机的镜头框中都有的滤光镜。这种滤光镜通常采用红外线减少覆膜，缺省这部分在此是很有必要的。
　　
　　CMOS图像传感器是OmniVision公司的VGA（640x480像素）模块，是市场上具有“超高灵敏度”的OV7740。由于有着4.2?m的较大像素尺寸，因此出众的低光照灵敏度值得期待。OV7740还执行图像处理任务、随时钟输出数据以及多种格式的同步信号。这些功能致使NightVision2.0的IC数量非常少。
　　
　　显示器是Wintek公司的WM-F4823V4TFTLCD，这是一个带板载驱动器IC的2.4英寸模块。图像传感器和显示器的8个并行数据输入端经验证是直接连接的。数据时钟、Vsync和Hsync（垂直和水平同步时钟）也是直接从传感器连接到显示器。如果需要较高质量的图像，这种缺少中间处理环节的架构可能有问题，但在这里，这样的实现似乎足够了。
　　
　　第三个也是zui后一个很重要的IC是顶端呈水珠状的小型微控制器，安装在下面的一块适配板上。这个微控制器似乎是一种低端的8位闪存MCU，裸片标志暗示这颗芯片可能源自义隆电子（ELAN）公司。这颗18引脚器件管理显示器模式（可以在正常的RGB和绿色单色之间切换），而且似乎在启动和关断时管理时钟信号。
　　
　　在这颗IC周围有3个较小的器件。一个是来自富微科技（ADDMicrotech）公司的AMC1117，一个是来自百力微电子（BooklyMicroelectronic）公司的BM1117，这两个都是三引脚的固定电压稳压器；第三个是恩智浦的74HC00，这是一个四路双输入与非门。
　　
　　包括无源器件、PCB和LED在内的电子材料成本估计在10至12美元之间，其中的图像传感器和显示器的成本比重zui大。在光学器件、塑料外壳和包装方面再增加几美元，总制造成本约15美元，因此就很好理解为何NightVision2.0能够作为玩具批量销售了。
　　
　　此外，从电路实现可看出，典型的网络相机（Webcam）通过拆除滤光镜并增加一些照明装置就可以变成红外网络相机。目前很多种这类仿制品已经问世，这意味着夜视技术不仅是玩具店的技术，也是发烧友进行产品实验的选择。