เมื่อพูดถึงอุปกรณ์มองเห็นตอนกลางคืน คนส่วนใหญ่นึกถึงเทคโนโลยีการปรับปรุงภาพ ในความเป็นจริง ระบบปรับปรุงภาพ - รู้จักกันทั่วไปว่าเป็นอุปกรณ์มองเห็นตอนกลางคืน (NVD) มีหลอดขยายภาพใน NVD ซึ่งสามารถใช้รวบรวมและขยายแสงอินฟราเรดและแสงที่มองเห็นได้ นี่คือวิธีการทำงานของระบบปรับปรุงภาพ: เลนส์แบบดั้งเดิมที่เรียกว่าวัตถุจับแสงโดยรอบและแสงอินฟราเรดใกล้บางส่วน แสงที่รวบรวมได้จะถูกส่งไปยังหลอดขยายภาพ ใน NVD ส่วนใหญ่ ระบบจ่ายไฟสำหรับท่อขยายภาพจะดึงพลังงานจากแบตเตอรี่ N-Cl หรือ "AA" สองก้อน ท่อจะส่งไฟฟ้าแรงสูงประมาณ 5000 โวลต์ไปยังชุดประกอบหลอดภาพ
หลอดขยายภาพมีโฟโตแคโทดที่แปลงโฟตอนเป็นอิเล็กตรอน เมื่ออิเล็กตรอนผ่านท่อ อะตอมในท่อจะปล่อยอิเล็กตรอนที่คล้ายกัน จำนวนดังกล่าวเป็นจำนวนอิเล็กตรอนเดิมคูณด้วยปัจจัย (ประมาณหลายพันเท่า) ซึ่งทำได้โดยใช้แผ่นไมโครแชนแนล (MCP) ในงานท่อ. แผ่นไมโครแชนเนลเป็นแผ่นแก้วขนาดเล็กที่มีรูเล็กๆ (ไมโครแชนแนล) นับล้านอยู่ภายใน ซึ่งประดิษฐ์ขึ้นโดยใช้เทคโนโลยีไฟเบอร์ออปติก แผ่นไมโครแชนเนลอยู่ในสุญญากาศ และมีการติดตั้งอิเล็กโทรดโลหะที่ทั้งสองด้านของแผ่นดิสก์ ไมโครแชนเนลแต่ละช่องมีความกว้างประมาณ 45 เท่าและทำงานเหมือนเครื่องขยายเสียงอิเล็กทรอนิกส์ เมื่ออิเล็กตรอนจากโฟโตแคโทดกระทบอิเล็กโทรดแรกบนแผ่นไมโครแชนเนล อิเล็กตรอนจะถูกเร่งผ่านไมโครแชนแนลแก้วภายใต้การกระทำของไฟฟ้าแรงสูง 5,000 โวลต์ระหว่างอิเล็กโทรดทั้งสอง เมื่อกระแสไฟฟ้าผ่านไมโครแชนเนล อิเล็กตรอนหลายพันตัวในช่องจะถูกปล่อยออกมา ซึ่งเป็นกระบวนการที่เรียกว่าการปล่อยทุติยภูมิแบบเรียงซ้อน กล่าวโดยสรุปคือ อิเล็กตรอนดั้งเดิมชนด้านข้างของไมโครแชนเนล และอะตอมที่ถูกกระตุ้นจะปล่อยอิเล็กตรอนออกมามากขึ้น อิเล็กตรอนใหม่เหล่านี้ยังชนกับอะตอมอื่นๆ ด้วย ทำให้เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ที่ส่งผลให้อิเล็กตรอนจำนวนหนึ่งเข้าสู่ไมโครแชนเนลและหลายพันตัวเปิดช่องนี้ ปรากฏการณ์ที่น่าสนใจคือช่องสัญญาณขนาดเล็กบน MCP มีมุมเอียงเล็กน้อย (ประมาณ 5-8 องศา ) ซึ่งไม่เพียงแต่จะทำให้เกิดการชนกันของอิเล็กตรอนเท่านั้น แต่ยังช่วยลดการป้อนกลับของไอออนและการป้อนกลับทางแสงโดยตรงจากชั้นฟอสเฟอร์ที่ เอาต์พุต ภาพในตอนกลางคืนมีความโดดเด่นในเรื่องเงาสีเขียวที่น่าขนลุก
ที่ปลายท่อขยายภาพลูกชายไปโดนจอที่เคลือบสารเรืองแสง อิเล็กตรอนจะรักษาตำแหน่งสัมพัทธ์เมื่อผ่านช่องไมโคร ซึ่งทำให้ได้ภาพที่ดีเนื่องจากอิเล็กตรอนถูกจัดเรียงในลักษณะเดียวกับที่โฟตอนถูกจัดเรียงในตอนแรก พลังงานที่นำพาโดยอิเล็กตรอนเหล่านี้ทำให้สารเรืองแสงเข้าสู่สถานะที่ตื่นเต้นและปล่อยโฟตอนออกมา สารเรืองแสงเหล่านี้สร้างภาพสีเขียวบนหน้าจอ ซึ่งกลายเป็นคุณสมบัติของแว่นตามองกลางคืน ผ่านเลนส์คู่อื่นที่เรียกว่า eyepieces สามารถสังเกตภาพเรืองแสงสีเขียวได้ และ eyepiece สามารถใช้ขยายภาพหรือปรับโฟกัสได้ NVD สามารถเชื่อมต่อกับอุปกรณ์แสดงผลอิเล็กทรอนิกส์ เช่น จอภาพ หรือเพื่อสังเกตภาพโดยตรงผ่านช่องมองภาพ
