Как работает пнв

Принцип работы приборов ночного видения

Начиная разговор на тему принципа работы приборов ночного видения, необходимо сразу уточнить одно весьма распространенное заблуждение, встречающееся среди людей впервые сталкивающихся с прибором ночного видения. Ни один прибор ночного видения не может «видеть» в полной, то есть абсолютной темноте, если не используется специальная инфракрасная подсветка. Другими словами, если в окружающем пространстве совершенно не присутствует свет в видимом человеческому глазу диапазоне, или в примыкающей к нему области инфракрасного света (например наглухо закрытое помещение «без окон, без дверей»), то ни через один, пусть даже самый дорогой прибор вы ничего не увидите. Каждый прибор ночного видения работает по принципу многократного (ограниченного техническими возможностями ПНВ) усиления уже существующего света, до величин достаточных для восприятия невооруженным глазом.

Опишем работу ПНВ: имеется объект наблюдения в условиях столь низкого освещения, что чувствительности человеческого глаза не хватает, чтобы его подробно рассмотреть. Отраженный от объекта свет попадает на входную линзу оптической системы ПНВ — объектив. Объектив собирает падающий на него свет и фокусирует изображение объекта на поверхности основного элемента любого ПНВ — Электронно-Оптического Преобразователя (ЭОП), называемого фотокатодом. Задача ЭОП — усилить в несколько сотен или тысяч раз световой поток, который поступил на него через объектив, и передать изображение объекта на люминесцентный экран. Изображение на этом экране и рассматривает наблюдатель через вторую часть оптической системы ПНВ — окуляр.

Описанная выше схема — называется пассивным режимом работы ПНВ. То есть прибор всего лишь пассивно усиливает попадающий на него световой поток. Есть свет — есть что усиливать. Если же света нет, или его столь ничтожно мало, что ЭОП технически не может его усилить до величин различимых невооруженным глазом — люминесцентный экран останется темным, и в прибор ничего не будет видно (разве что собственные шумы ЭОП). Для таких случаев (темнота — «хоть глаз выколи»), практически все существующие на сегодня ПНВ гражданского назначения, за очень редким исключением, имеют в своей конструкции встроенный, а иногда съемный, инфракрасный (ИК) осветитель (иногда его называют «подсветкой»). ИК осветитель служит дополнительным источником света и используется когда естественной освещенности окружающего пространства не достаточно для комфортной работы ПНВ. В качестве источника света в ИК осветителях используются ИК-светодиоды, реже — более дорогостоящие лазерные диоды ИК диапазона. Необходимо отметить, что лазерное излучение представляет опасность для зрения и потому использование лазерных диодов в ИК осветителях запрещено законодательствами некоторых стран. Режим работы ПНВ с включенным ИК осветителем называется активным. Дальность действия ИК осветителя зависит его мощности.

Миниатюрные осветители мощностью 5 мВт, позволяют ориентироваться на расстоянии 20-30 метров, например в помещении, можно осмотреть небольшой двор. Мощность осветителя 10 мВт даст дистанцию наблюдения 50-70 метров, 20 мВт — 120-150 метров. Более мощные светодиодные ИК осветители мощностью 100-200 мВт (иногда их называют ИК фонарями), и лазерные ИК осветители, чаще используются как вторая, дополнительная подсветка. Обычно имеют съемную конструкцию, и механизм фокусировки позволяющий собрать свет в более узкий пучок и увеличить дистанцию наблюдения, достигающую 300-500 метров. В ПНВ с ЭОП GenI используются ИК осветители на диодах работающих в видимом ИК-диапазоне, что оказывает демаскирующее действие на наблюдателя. Другими словами работающий ИК осветитель видно со стороны примерно как огонек зажженной сигареты. В ПНВ с ЭОП GenII, GenII+, GenII++, GenII могут использоваться осветители ИК-диапазона не видимого человеческим глазом.

Источник

Принцип работы прибора ночного видения

Давно идет спор меж охотниками: что лучше, тепловизор или прибор ночного видения (ПНВ). Первый класс устройств помогает четко видеть живые, нагретые неживые объекты в каждое время дня, года. В темноте шансы налететь лбом на ветку повышены, поскольку древесная кора холодная. Российские приборы ночного видения, напротив, позволяют замечать неживые объекты, для зверей нет резкого контраста с окружающей средой, предоставляемого тепловизором. Встает заманчивая перспектива – совместить преимущества устройств одним. Принцип работы прибора ночного видения необходимо дополнить опцией различения естественного свечения и искусственного.

Тепловизоры

Инфракрасный прибор ночного видения работает с подсветкой, тепловизоры целиком пассивны. Улавливают излучения, испускаемые нагретыми телами. Небезызвестный Арнольд Шварценеггер в фильме Хищник-1 использовал особенность прибора охотника на людей, скрываясь из поля зрения инопланетянина. Герой обмазался холодным илом, затерялся среди коряг. Инопланетный хищник раскрыл себя, за что позже наказан.

Преимущества тепловизора: аппарат видит сквозь дымовую завесу, туман, когда военные приборы ночного видения отказывают напрочь. На относительно сером поле, где очерчены предметы, ярким пятном выделяются посторонние пейзажу разгоряченные тела животных. Изобретатели тепловизора Flir Scout запатентовали специальную технологию фильма Хищник, которую назвали Instalert (англ. сокращение «тревога наступления события»). Горячие фигурки на экране становятся красными, мишени невозможно пропустить.

Рекламодатели стыдливо умалчивают, что будет, если температура окружающей среды приблизится к 35 ºС, станет равна по горячести человеку. Появится сплошной красный фон, где тяжело найти живые объекты. Любой китайский прибор ночного видения продолжит давать четкую картинку. Отсутствует режим Instalert, привычный пейзаж отчетливо прорисуется. Привыкший к выделению цветом человек в экстремальных условиях бессилен заметить врага. Несет потенциальную опасность оператору. Учитывая большую стоимость устройств, хотелось бы видеть на рынке более интеллектуальную систему, позволяющую безошибочно действовать в экстремальных условиях.

Дополнительное преимущество тепловизора: возможность использовать по хозяйству, обнаруживая утечки энергии жилого дома. Утеплительные мероприятия вести гораздо проще. Приборами пользуются строители. Тепловизоры продвигают, называя многообещающими системами для ручной ночной навигации на водном, наземном транспорте. Авторы склонны рассматривать перспективу скептически. Разве снабдить устройство специальной подсветкой. В этом ракурсе автомобильный прибор ночного видения смотрится привлекательнее, поскольку отображает предметы, независимо от температуры, наличия на небе Луны, звезд. Если ночь, отказали фары, тепловизор выручит, ровно до следующего раза.

Прибор идеален для:

Никакой прибор ночного видения Пульсар не позволит эффективно решить поставленную задачу, как тепловизор. При наличии множества нагретых тел преимущества нивелируются. Прибор ночного видения с тепловизором нашел разнообразные области применения. Первый хорош в городе, в теплом климате, второй — в заснеженном лесу.

Принципы работы ПНВ

Упомянуто: оба аппарата принимают излучение, в случае с ПНВ главенствующую роль играет подсветка. Вот как работает устройство. Типовой ПНВ содержит следующие части:

Лучи входят через профессиональный окуляр, в фокусе линзы зафиксирована фотоэлектродная пластина. С нее начинается усилительный тракт, агрегат помещен в чистый вакуум, чтобы молекулы воздуха не мешали движению внутри электронов. Разумеется, поток продолжает отклоняться гравитационным полем Земли, на протяжении длины корпуса ПНВ эффект малозаметен.

Итак, свет выбивает из круглой фотоэлектродной пластины электроны, увлекаемые положительным потенциалом микроканального усилителя. Об устройстве стоит поговорить отдельно. Круглая пластинка, образованная множественными мелкими сотами, неразличимыми невооруженным глазом. Настигая ячею, элементарная частица выбивает несметное число электронов, процесс нарастает лавинообразно. На оборотной стороне пластины в районе соты выходит рой зарядов, движущихся дальше на люминофорный экран. Как у телевизора, только одного цвета – зеленого. Оттенок выбран из условия максимальной чувствительности человеческого глаза, минимального напряжения психики.

Выходная оптическая система формирует картину для глаза. В бинокулярах поток раздваивается на оба зрачка. Во многом удобнее в силу особенностей работы человеческого мозга. У военных часто находят применение монокуляры. Единичные конструкции сочетаются с тепловизионными, ночными прицелами, что удобнее при рекогносцировке. Купить прибор ночного видения с кратностью свыше 1, будет стоить денег. На увеличение устройства не работают, позиционируются как тактическое преимущество в режиме реального времени.

Обратите внимание, внутри усилительной трубки царит вакуум, который не отклоняет прямолинейного движения электронов. В противном случае картинка не то чтобы будет размытой, вовсе не получится. Только полное отсутствие воздуха позволит прибору работать. Должно быть понятно сталкивавшимся с ламповыми электронными устройствами. Прямолинейное движение обусловлено правильной расстановкой потенциалов:

Подобный принцип используется электронно-лучевыми трубками старых телевизоров. Бытовые приборы используют три цвета люминофора.

Появление первых ПНВ

Несмотря на заявления Википедии, что первенство принадлежит фашистам, прибор ночного видения СССР тоже выпускало. Работа велась до начала Второй мировой войны. Удалось ввести в обиход Морфлота пеленгаторы, источники ИК-излучения, играющие роль навигационных огней. Невооруженный глаз заметить присутствия инфракрасных маяков бессилен, повышалась в ночное время скрытность передвижения войск.

Работами в СССР занималось НИИ 801, на базе которого в 1983 году создано отделение 1100 Орион. С 1991 года переименовано в СКБ ТНВ. Обратите внимание, люди занимались и тепловизорами. Изначально обе ветви шли бок о бок. Привели далеко не полную историческую экспозицию становления отрасли, поскольку не считаем важным рассматриваемому вопросу. В состав отдела разработки ПНВ входили:

Занималась структура поиском новых методов построения изображения на основе невидимых участков спектра. Различимая глазом часть электромагнитных колебаний является малой толикой глобальной картины Вселенной. Факт задействовали изысканиями советские ученые. Первый ПНВ с подсветкой создан в начале 50-х годов. Разумеется, конвейер снабжал оборонку. Детский прибор ночного видения тогда мало кого интересовал.

Ракетные комплексы наведения класса земля-воздух, воздух-воздух работают по принципу пеленгации инфракрасного излучения работающего двигателя летательного аппарата. Вне зависимости от того, что перехватывают, вертолет, самолет, другую ракету.

Первые конструкции достаточно громоздки. Чего стоит источник питания напряжением 45 кВ. Медленно, но верно, дело шло вперед к эргономизации, экономизации, оптимизации. Пригодились наработки термоэлектрических холодильников, засекреченных до французской конференции 1992 года. Значительный сдвиг в конструировании приборов ночного видения дал многощелочной катод. Прибор имел низкий темновой ток, не требовал охлаждения, свойствами на порядок превосходил кислородно-цезиевые эквиваленты.

Выбор ПНВ

Перед тем как выбрать прибор ночного видения, подумайте, каким требованиям должен отвечать. Сегодня можно достать тепловизор за меньшую сумму, может отдельно послужить строителям. Дешевый ПНВ стоит 7000 рублей, по карману среднестатистическому гражданину РФ. Дорогие модели зашкаливают за 200000 рублей. Среди параметров на передний план выдвигаются чувствительность, разрешающая способность. Величины напрямую влияют на дальность обнаружения объектов.

Не пытайтесь проделать ремонт приборов ночного видения своими руками. Сложные электронные устройства, во многом превосходящие по сложности миксер.

Источник

Приборы ночного видения для охоты — история, устройство, применение и правила выбора

Прибор ночного видения незаменим на охоте. Он позволяет ориентироваться, выслеживать добычу, и целиться при слабом свете луны и звезд. Возможность видеть в темноте — дополнительное преимущество, еще один шанс добыть желанный трофей.

Есть несколько вариантов конструкции: монокуляры, бинокли, очки и прицелы. Несмотря на отличия, принцип действия неизменен — все приборы ночного видения преобразуют слабый, неразличимый свет в видимое изображение.

История создания

Приборы ночного видения появились в Германии, в середине Второй мировой войны. Первые устройства были громоздкими, действовали на расстоянии до 150 метров и не могли обойтись без подсветки инфракрасным прожектором. Они устанавливались на танках и помогали передвижению колонн. К концу войны появились более компактные устройства — мобильные ночные прицелы. Они работали на дистанциях до 100 метров и весили, вместе с батареями для осветителя, более 30 кг.

Сейчас ПНВ меньше размером и эффективнее. Они сложнее предшественников и используют различные технологиям. В зависимости от типа, современные ПНВ могут:

Технологии постоянно развиваются, но пока что более распространены приборы ночного видения на основе ЭОП. Они достаточно надежны, просты в эксплуатации и дают качественное изображение.

Устройство и принцип действия

Принцип работы обычного ПНВ с электронно-оптическим преобразователем прост. Устройство усиливает яркость объекта в тысячи раз. Это может быть естественное освещение или ИК- подсветка, которая преобразуется в видимый спектр.

Прибор состоит из одного или двух объективов, окуляров и ЭОП, расположенного между ними. Именно электронно-оптический преобразователь позволяет видеть в темноте. Это «сердце» прибора ночного видения, его основа.

Как работает ЭОП

Если не вдаваться в технические детали, ЭОП — это вакуумный фотоэлектронный прибор — радиолампа, сродни кинескопу старого телевизора, но компактнее. Он состоит из фотокатода, умножителя электронных потоков и анода, покрытого люминофором, на котором появляется изображение наблюдаемого объекта, как на рисунке.

Для работы требуется высоковольтный источник питания. Он преобразует низкое напряжение аккумулятора в необходимые прибору 4-5 тысяч вольт.

Из колбы ЭОПа там, где находятся фотокатод и люминофор, откачивают воздух. Вакуум необходим, чтобы молекулы воздуха не мешали движению электронов. Вот как все это работает:

Цвет картинки — зеленый. Это связано с технологией изготовления люминофора, его свойствами и составом. Кроме того, зеленый неплохо воспринимается глазом, меньше утомляет. Кстати, в более новых приборах последних поколений изображение черно-белое, более высокой детализации.

Поколения ЭОП

В зависимости от применяемых ЭОП, специалисты делят приборы ночного видения на поколения. Это условная классификация, связанный с развитием технологий. Принцип действия остается неизменным — усиление слабого света от слабых источников.

Сейчас есть четыре поколения ЭОП. Каждое из них, за исключением нулевого, развивается и совершенствуется независимо. В результате этого модели с улучшенными характеристиками базового поколения получают знак «плюс».

Нулевое поколение

Самые первые ЭОП. В их основе так называемый стакан Холста. Представляют собой два полых цилиндра — стакана, вставленных друг в друга. На один нанесен фотокатод, на второй — люминофор. Изображение передается напрямую, без усиления. Устройство имеет низкую чувствительность, не работает без подсветки и сейчас не применяется.

Производство ЭОП нулевого поколения прекращено, но образцы еще можно найти. Существует даже конструктор для самостоятельной сборки ПНВ для подростков.

Поколение I и I+

Доступный по стоимости тип ПНВ. Рассчитан на дальность в пределах 100 метров, при наличии слабого освещения или инфракрасной подсветки. Имеет ряд недостатков:

В поколении I+ большинство недостатков исправлено. Применение волоконно-оптических пластин (ВОП) позволило почти полностью убрать размытость по краям. Современные модели дают картинку с одинаковым разрешением в центре и периферии, не боятся точечных засветок, а дистанция работы увеличена до 150 метров. Их корпуса изготовлены из металлокерамики и не боятся отдачи.

Поколение II и II +

Второе поколение использует для ускорения микроканальную пластину (МКП), которая увеличивает поток электронов. Усиление изображения в этих ПНВ выполняется в два этапа — сначала в разгонной камере, затем в МКП.

С развитием технологии расстояние распознавания объектов увеличилось до 400-600 метров, а на дистанции 200-300 можно вести прицельный огонь. ЭОП второго поколения имеют большую длину. Поэтому они устанавливаются в прицелы ночного видения, чаще чем в бинокли.

В ЭОП поколения II+ нет разгонной камеры. За счет этого габариты стали меньше, а четкость картинки выше. Устройство имеет меньший коэффициент усиления, но более чувствительный фотокатод. Он обеспечивает лучшую видимость на открытой местности. ИК-подсветка имеет длину волны, незаметную для зверя. Она необходима только в полной темноте, а при низком уровне освещенности преобразователь неплохо работает в пассивном режиме.

Поколение III и III+

Конструкция ОЭП третьего поколения мало отличается от второго. Главная особенность — фотокатод из арсенида галлия. Он создает чёткую, хорошо проработанную картинку на расстоянии до 500 метров при очень низкой освещенности, например, безлунной ночью, при свете звезд, в пасмурную погоду.

Приборы третьего поколения почти не нуждается в дополнительном источнике света. Это особенно ценится военными, которых ИК-подсветка демаскирует. Охотникам эти приборы не всегда подходят — на входе нет оптоволоконной пластины, защищающей от боковой засветки.

Защита от бокового света появилась у поколения III+, причём яркость изображения снижается на том участке, где расположен яркий источник. Пользоваться приборами можно даже днем, но качество картинки будет значительно хуже. Это довольно дорогие изделия, для производства которых нужно 300 часов работы в вакуумной камере. Серийно изготавливают ПНВ поколения III+ лишь 3 завода в мире, один из которых — российское НПО Катод.

Поколение IV

ЭОП IV поколения уже разработаны, существуют но практически недоступны на рынке. Они используют фотокатоды из арсенида галлия и сложную систему синхронизации напряжения.

Другие типы ПНВ

Существуют приборы ночного видения, в которых совсем нет электронно-оптического преобразователя:

Цифровые ПНВ удобны в использовании, имеют массу настроек, обеспечивают качественную картинку и ночью, и днем. Их главные недостатки – высокое энергопотребление и боязнь низких температур.

На что обратить внимание

Приборы ночного видения иногда выбирают по поколению, но это неправильно. Не стоит покупать дорогое устройство без учета условий, в которых оно применяется. Например, ПНВ 3 поколения боится боковой засветки и не подойдет для охоты вблизи трасс или жилых мест. Для этого лучше использовать устройства II +.

Нужно учитывать условия охоты и дистанцию стрельбы. Также стоит обратить внимание на потребительские характеристики:

Остальные характеристики — вес и габариты прибора, ресурс его работы и наличие настроек каждый выбирает сам, на основе личных предпочтений и требований. Сейчас у охотников популярны недорогие модели первого поколения с достойными характеристиками и более универсальные II+. Новые, но довольно дорогие приборы третьего поколения пока что больше подходят для силовиков и охранных структур.

Источник

Приборы ночного видения (ПНВ)

Устройство и принцип работы ПНВ

Приборы ночного видения имеются в арсенале не только армии, но и охотников, рыболовов, спасателей, охранных подразделений и спецслужб.

Также приборы ночного видения находят применение в сфере изучения ночной жизни природы.

На фото – охотничий прицел Dedal 164 Night Vision со встроенным устройством ночного видения и активной ИК-подсветкой.

Принципы ночного видения.

В дневное время суток окружающие нас предметы мы видим по причине того, что солнечный свет падает на поверхность предметов и объектов, а затем рассеивается и попадает на чувствительную сетчатку глаза.

В ночное время естественного освещения нет, и человеческий глаз не в силах хорошо разглядеть окружающие предметы. Несмотря на отсутствие естественного освещения в ночное время присутствует слабое фоновое инфракрасное излучение с длиной волны менее 1 мкм (микрометра).

Фоновое инфракрасное излучение вызвано рассеянием в облаках и других неоднородностях атмосферы удалённых источников излучения, таких как звёзд, Луны и пр. Чтобы разглядеть окружающую обстановку ночью необходимо принять это фоновое излучение, затем усилить и преобразовать в видимое изображение.

Для работы в шахтах, закрытых помещениях и тоннелях, где естественного фонового излучения нет, применяется активная инфракрасная подсветка.

Как устроены приборы ночного видения?

В основе любого прибора ночного видения лежит электронно-оптический преобразователь (ЭОП).

Электронно-оптический преобразователь состоит из объектива, вакуумной трубки, умножителя напряжения, источника питания и экрана. Вот здесь можно ознакомиться с устройством электронно-оптического преобразователя на конкретном примере.

Объектив содержит в своём составе полупрозрачный фотокатод, который улавливает инфракрасное излучение. Под действием эффекта фотоэлектронной эмиссии (внешнего фотоэффекта) вокруг фотокатода появляется облако электронов. Плотность электронов в облаке полностью соответствует распределению света и тени в принимаемом оптическом изображении.

Между фотокатодом и экраном приложено постоянное напряжение величиной 10 – 12 кВ (10000 – 12000 Вольт). Это напряжение разгоняет электроны от фотокатода, и они попадают на люминесцентный слой, который нанесён на экран. Люминесцентный слой начинает светиться в видимой для человеческого глаза области излучения.

Для того чтобы получаемое на экране изображение было более чётким, внутри вакуумной трубки размещена фокусирующая система. Эта система способствует формированию более чёткой траектории движения электронов, а, следовательно, и более чёткому изображению на люминесцентном слое.

Как устроен фотокатод?

Изнутри входного окна объектива нанесён прозрачный токопроводящий слой – это электрод фотокатода. На этот электрод осаждают активный слой полупроводникового материала. Полупроводниковый слой может быть сурьмяно-цезиевым, кислородо-серебряно-цезиевый или многощелочной (соединение сурьмы с калием, натрием и цезием).

Фотокатод обладает хорошей фотоэмиссией в видимой и инфракрасной областях спектра.

Самой лучшей фотоэмиссией обладает многощелочной фотокатод. Изготавливают его методом осаждения слоя сурьмы с обработкой парами цезия, натрия и калия. Спектральная чувствительность такого фотокатода находится в области значений длины волны от 0,3 мкм до 0,9 мкм.

Требования к экрану.

Самая главная характеристика люминесцентного экрана – это светоотдача и чёткость.

Для получения высокой светоотдачи экран покрывают люминофором из водной суспензии. Поверх люминофорного покрытия наносят слой органического лака. Затем методом испарения в вакууме напыляют алюминиевую плёнку. После этого всю систему нагревают до 400°C, в результате чего органический лак сгорает.

Толщина алюминиевой плёнки 120 – 200 нм (нанометров). Служит алюминиевая плёнка для того, чтобы свечение люминофора, направленное в сторону фотокатода (около 50%) отразилось и излучало в сторону окуляра.

Этим достигается высокая светоотдача экрана.

Алюминиевая плёнка задерживает 2-3% быстрых электронов при ускоряющем напряжении 15 кВ. Выигрыш, который получается при использовании алюминиевой плёнки гораздо выше.

В современных приборах ночного видения коэффициент усиления света может достигать величины 100000 при угле зрения в 10 – 25 градусов.

Невероятно высокого коэффициента усиления света удалось получить с применением микроканальных пластин, а высокую разрешающую способность при помощи волоконно-оптических пластин.

Изображение, наблюдаемое в окуляре прибора ночного видения, как правило, имеет зеленоватый оттенок.

Существует несколько поколений ЭОП, характеризующихся различными особенностями, технологическими уловками и усовершенствованиями.

Поколение Ⅰ (изображение размыто по краям, а к центру имеет более высокую чёткость);

Поколение Ⅱ (применяется микроканальная пластина – МКП.);

Поколение Ⅲ (используется фотокатод на основе арсенида галлия – GaAs);

Поколение Ⅳ (применены новые технологии, позволившие увеличить дальность обнаружения и разрешающую способность, применение матриц ПЗС, встраивание ПЗС-матриц внутрь ЭОП, удалённая передача изображения от сенсорного блока (Объектив+ЭОП+ПЗС) на дисплей по проводному или радиоканалу);

Поколение Ⅴ (встраивание в ЭОП ПЗС, а также процессоров обработки изображения, приёмопередатчика, схемы управления питанием и т.д).

Кроме этого, есть приборы поколения Ⅰ+, Ⅱ+. Так, в приборах поколения Ⅰ+ на входе или выходе ЭОП устанавливается оптоволоконная шайба, за счёт которой удаётся увеличить разрешение и устранить характерное для ЭОП первого поколения размытие по краям.

Существуют также и ПНВ на основе ПЗС-матрицы (CCD), а не электронно-оптического преобразователя.

При желании CCD-матрицу можно разглядеть сквозь линзу объектива.

Так как ПЗС-матрица является полупроводниковым устройством, и больше похожа на фоточувствительную память, то для работы совместно с ней используются специализированные контроллеры и процессоры.

Далее на фото показан объектив и печатная плата фоточувствительной матрицы от ПНВ фирмы Pulsar. Как видим, на печатных платах установлено множество цифровых микросхем.

Такие приборы относятся к Ⅳ и Ⅴ поколениям. Приборы на основе ПЗС-матриц больше похожи на цифровую видеокамеру. Их относят к поколению Digital. Изображение у ПНВ на базе ПЗС-матриц чёрно-белое и не имеет зеленоватого оттенка, как у приборов на основе ЭОП.

Изображение с ПЗС-матрицы обрабатывается процессором и выводится на миниатюрный LCD-экран, который встроен в сам прибор ночного видения. Оцифрованное изображение можно записывать и сохранять в память, выводить на внешний монитор.

ПНВ с ПЗС-матрицей можно использовать в светлое время суток – засветка им не страшна. Минусом таких приборов является то, что для работы CCD-матрицы нужна активная инфракрасная подсветка. Например, в модели PULSAR Reflescope Digisight N770 подсветка реализована на базе лазерного диода с длиной излучаемой волны 780. 915 нм.

Источник

Взгляд во тьме: как устроены приборы ночного видения

Первые и громоздкие

Приборы ночного видения — детище военных времен. Первые подобные устройства появились как раз в годы Второй мировой. Они были громоздкими, не слишком «дальнобойными» (обеспечивали видимость не более чем на 200 метров) и обеспечивали передвижение танковых колонн в ночное время. В 1944 году немецкие инженеры разработали первый прообраз такого ПНВ для снайперов, каким мы привыкли его видеть. Однако при относительно небольшой дальности — около 100 метров — прибор вместе со всем дополнительным снаряжением и батареями весил почти 35 килограмм!

Работа этих приборов основывалась на принципе «стакана Холста» — изобретения датчанина Жиля Холста, создавшего устройство из двух вложенных друг в друга стаканов, донья которых покрыты фото­катодом и люминофором. На фотокатод попадает слабое инфракрасного излучение и инициирует высвобождение электронов. Эти электроды попадают на люминофор, который начинает светиться в видимом диапазоне.

Схема стакана Холста / © Oyla

Такая схема была довольно простой, но обладала множеством недостатков. Главные из них — низкое качество изображения на выходе и высокий уровень шумов фотокатода, из-за которого его нужно было охлаждать примерно до −40 °C. К тому же «стаканы Холста» были чрезмерно чувствительны к вспышкам яркого освещения и легко выводились из строя при помощи прожекторов.

Развитие идеи

В 1960 — 1970 годы на смену ПНВ первого поколения пришли приборы с электростатической фокусировкой при помощи специальных линз. Хотя такая система тоже оказалась в конечном итоге «тупиковым решением», но давала гораздо лучшее разрешение на выходе и не так сильно демаскировала солдат за счет отказа от вспомогательной внешней ИК-подсветки. ПНВ с электростатическими линзами довольно успешно использовались американскими войсками во время Вьетнамской войны.

Американский пехотинец с прибором ночного видения во время войны во Вьетнаме / © HistoryNet

Настоящим прорывом в этой области стало изобретение микроканальных пластинок, или же МКП. Их название говорит само за себя: это очень узкие стеклянные пластины с огромным множеством каналов диаметром около 10 мкм; сами стенки этих каналов покрыты йодидом меди или йодидом цезия.

Эти самые каналы играют роль усилителя сигналов: электрон, влетающий внутрь, выбивает один или несколько вторичных электронов, а те, в свою очередь, тоже выбивают частицы из стенок. Таким образом, на люминофорный слой попадает целая лавина электронов, благодаря которой и формируется изображение.

Схема умножения электронов в МКП / © Д.Ильин

Использование микроканальной технологии позволило добиться невероятных по тем временам результатов: получить приборы с коэффициентом усиления порядка 20000 и вместе с тем компактные настолько, чтобы об их наличии на своем оружии можно было вспоминать лишь тогда, когда прицеливаешься. Именно технология МКП открыла приборам ночного видения путь в «гражданскую сферу»: их начали использовать кинооператоры, спасатели и охранные службы.

Но описанный выше принцип — далеко не вершина развития приборов ночного видения. Стоит упомянуть еще как минимум одну инновацию, позволившую значительно улучшить чувствительность этих устройств: арсенид-галлиевые фотокатоды. Их применение дает возможность различать объекты при освещенности порядка 10 микролюкс — то есть прибор работает даже в безлунную глубокую ночь при достаточно плотной облачности.

ПНВ по-простому

После такого экскурса в историю ПНВ можно подробнее рассказать о том, как все же устроены такие приборы. В их основе лежит устройство, воспринимающее излучение в невидимой части спектра (например, ультрафиолетовое или инфракрасное) и превращающее его в видимое; также возможен вариант, когда улавливается очень слабое видимое излучение и усиливается до той степени, в которой человеческий глаз готов его воспринять. Эта часть прибора ночного видения называется электронно-оптическим преобразователем.

Современные ПНВ позволяют видеть объекты даже при очень низкой освещенности / © Military Arms

Излучение от объекта, за которым можно наблюдать через прибор ночного видения, первым делом попадает на объектив и с его помощью проецируется на фотокатод. Это приводит к тому, что на поверхности фотокатода стартует эмиссия электронов. Интенсивность этого процесса на отдельных участках фотокатода зависит от яркости спроецированного изображения объекта.

Частицы, выброшенные с поверхности фотокатода, попадают в усилитель. В современных приборах эту роль, как мы уже писали выше, выполняет МКП — микроканальная пластина. В ее каналах количество электронов, летящих к люминофору, увеличивается в сотни тысяч раз. Затем эти частицы попадают на люминофорный экран, где и формируют изображение.

Схема достаточно простая. Однако у пытливого читателя тут же возникнет вопрос: а как будет работать ПНВ в условиях столь низкой освещенности, что прибор не сможет уловить излучение и преобразовать его в различимое изображение объекта? Для таких случаев многие приборы ночного видения снабжаются специальной инфракрасной подсветкой. Она как раз и дает необходимое излучение, которое помогает увидеть обстановку в полной темноте.

Инфракрасная подсветка помогает рассмотреть объекты даже при минимальной освещенности / ©Oyla

Атрибут ночной охоты

Сегодня прибор ночного видения — вовсе не секретное устройство, а вещь почти что обыденная. Вовсе не обязательно быть военным, чтобы подержать ПНВ в руках и поработать с ним. Впрочем, если вы увлекаетесь охотой, то должны об этом знать.

Две основные разновидности современных приборов ночного видения — монокулярные и бинокулярные: последние иногда называют просто биноклями. Как понятно из названия, различаются они количеством окуляров в приборе. Какой лучше выбрать — зависит от ваших целей и опыта. Монокуляры значительно легче, дешевле и компактнее, но при помощи бинокулярного ПНВ легче определить расстояние до объекта, да и дальность наблюдения у него заметно выше.

Бинокулярный прибор ночного видения / © Pulsar

Выбор брендов ПНВ на рынке огромен, в названиях легко запутаться. Но есть марки, продукция которых уже давно считается эталоном качества среди аналогов. К таким, например, относятся приборы ночного видения Pulsar-NV производства Yukon Advanced Optics Worldwid. Чтобы вы понимали масштабы бренда, приведем всего лишь один факт: в определенные годы 21-го века каждый второй из проданных в мире гражданских приборов ночного видения был произведен именно на предприятиях этой компании.

Параметров, по которым можно выбрать себе ПНВ, великое множество, и описывать их все мы здесь не будем. Охота — занятие, требующее заметной выдержки и терпения, ровно как и подбор аксессуаров для нее. Но мы надеемся, что после этой статьи вы, по крайней мере, поймете, как же работает «волшебное ночное око».

Источник

Человек всегда хотел большего, включая видение в темноте, как хищники. В этой статье я расскажу о сути приборов ночного видения, разных их видах и как собрать свой собственный всего за 50$ (данная оценка включает среднюю стоимость компонентов).

Чтобы получить возможность видеть в темноте, человечество стало использовать искусственные способы обеспечения дополнительных возможностей для своих органов зрения.

В древности, этими средствами выступали разнообразные костры, факелы и другие способы подсветки окружающей среды.

Далее появились ещё более совершенные средства, в числе которых выступают шахтерские ацетиленовые лампы, которые обладая малым размером, обеспечивали шахтёров хорошим (на тот момент) освещением, в течение продолжительного времени, с минимальными затратами рабочего вещества (карбида кальция).

Венцом среди средств освещения окружающего пространства, с использованием сжигания вещества, можно назвать водородные лампы, так называемый «друммондов свет».

Друммо́ндов свет (также свет рампы, англ. limelight) — тип сценического освещения, использовавшийся в театрах в 1860—1870 годах. Интенсивное свечение получалось с помощью кислородно-водородного пламени, направленного непосредственно на цилиндр из оксида кальция (негашёной извести, англ. lime), которая может нагреваться до 2572 °C (белого каления) без расплавления. Свет производится сочетанием теплового излучения и калильного свечения. Друммондов свет давно заменён электрическим освещением, однако, например, в английском языке название прочно укоренилось: к примеру, существует выражение «to be in the limelight», означающее «быть на виду; в центре внимания».

Устройство друммондовой лампы

Эффект яркого свечения раскалённой детали из оксида кальция (негашёной извести) впервые был открыт в 1820-х годах британским учёным Голдсуорси Гёрни (англ. Goldsworthy Gurney), на базе его работ с кислородно-водородными горелками, авторство которых обычно приписывают Роберту Хэйру (англ. Robert Hare (chemist))).

В 1825 году шотландский инженер Томас Друммонд увидел демонстрацию световых эффектов у Майкла Фарадея и понял, что тщательное изучение этих эффектов может быть полезным. Друммонд построил работающий прототип устройства в 1826 году, тогда и появилось понятие «друммондов свет».

Впервые такое освещение было использовано в Королевском театре Ковент-Гарден в Лондоне в 1837 году и с удовольствием использовалось театрами в 1860-х и 1870-х годах. Друммондов свет в основном использовался для освещения сольных исполнителей на манер прожектора: сцена была затемнена, и свет падал только на исполнителя. Дуговые электрические лампы очень быстро вытеснили друммондов свет в конце XIX века.

Но, как сказали бы сейчас, «это всё было не то». Человек стремился видеть в ночное время своими глазами и (желательно) не привлекая к себе повышенного ненужного внимания.

И в настоящее время, с развитием современной электронной элементной базы, а также миниатюрных интегральных микросхем, стало возможным создавать миниатюрные средства ночного видения, которые являются достаточно компактными для переноски их одним человеком и обеспечения его устойчивым видением окружающей обстановки в условиях ночного времени суток или момент нахождения в неосвещенных местах.

Приборы ночного видения и их принцип работы

Прибор ночного видения (ПНВ) — класс оптико-электронных приборов, обеспечивающих оператора изображением местности (объекта, цели и т. п.) в условиях недостаточной освещённости. Приборы данного вида нашли широкое применение при ночных боевых действиях, для ведения скрытного наблюдения (разведки) в тёмное время суток и в тёмных помещениях, вождения машин без использования демаскирующего света фар и т. п. Несмотря на ряд преимуществ, которые они дают своему обладателю, отмечается, что подавляющее большинство имеющихся моделей не способно предоставить возможность периферийного зрения, что обуславливает необходимость специальных тренировок для эффективного их применения.

Существует несколько подходов к построению ПНВ:

Усиление очень слабого видимого света, не различаемого глазом человека. Идея реализуется в электронно-оптических преобразователях (ЭОП) и, в некоторой степени, в современных видеокамерах для систем охраны с т. н. ночным режимом.

Наблюдение в ближнем инфракрасном диапазоне (длина волны 0,7—1,5 мкм). Чувствительностью в этом диапазоне обладают ЭОП и видеокамеры без инфракрасного фильтра. В ближнем ИК нет естественных источников, кроме солнца, поэтому в полной темноте такие ПНВ ничего не увидят без подсветки. Для таких ПНВ существуют специальные источники подсветки (инфракрасные прожекторы, например на базе инфракрасных светодиодов), не видимые невооружённым глазом.

Наблюдение в среднем (тепловом) инфракрасном диапазоне (длина волны 7—15 мкм). В этом диапазоне излучают все твёрдые тела, нагретые до температур нашего мира: от −50 °C и выше. Такие ПНВ называются тепловизорами. Они показывают картинку разницы температур и не требуют никакой подсветки.

Возможно наблюдение в ультрафиолетовом спектре. Однако отсутствие естественных источников ультрафиолета (кроме солнца) и практическое отсутствие не видимых невооружённым глазом искусственных источников ультрафиолетовой подсветки сдерживает распространение ультрафиолетовых ПНВ.

Технически есть несколько популярных способов построения ПНВ:

Конструкция простейшего ЭОП

Конструкция ЭОП с микроканальной пластиной

Изображение собаки, сделанное тепловизором

Прибор ночного видения состоит из следующих основных частей:

Для чего обычно используются приборы ночного видения

Современные приборы ночного видения выпускаются в нескольких основных форм-факторах.

Наиболее простым является ночной монокуляр — удерживаемая в руке оператора зрительная труба, обычно невысокой кратности.

Бинокли ночного видения имеют два ЭОП и выводят увеличенное стереоскопическое изображение.

Очки ночного видения — закрепляются на голове, имеют широкое поле зрения и не увеличивают изображение (либо имеют переменное увеличение от 1× до более высокого значения, что позволяет использовать их как бинокль). Очки могут иметь два ЭОП либо быть псевдобинокулярными, когда изображение с одного ЭОП поступает на оба окуляра. Монокуляр кратности 1×, закреплённый на оголовье, может использоваться как дешёвая альтернатива очкам.

Альтернативным вариантом прицеливания через ПНВ является использование закреплённого на оружии инфракрасного лазерного целеуказателя, невидимый глазу луч которого наблюдается через очки ночного видения.

Приборы ночного видения также устанавливаются на боевую технику, где они интегрированы в прицельные комплексы.

Какой прибор ночного видения мы будем собирать?

Исходя из всего вышесказанного, теперь, когда мы знаем, как устроен прибор ночного видения и какие типологии их существуют, мы можем задуматься и о построении своего собственного.

Как показывает анализ информации, наиболее доступным способом, — является удаление инфракрасного фильтра, с имеющийся в наличии видеокамеры бытового назначения.

Если двигаться по данному направлению, существует три наиболее перспективных на наш взгляд способа создания данного устройства:

Дотошный читатель наверняка захочет спросить, а почему именно смартфон? Почему нельзя взять видеокамеру?

Дело в том, что, так как мы проектируем систему, которая будет предназначена для использования в качестве «ночных глаз» человека, — следует предусмотреть возможность ношения данной системы прямо на голове, как обычные очки.

В связи с множеством попыток различных компаний каким-либо образом «оседлать» виртуальную реальность (особенно с появлением в своё время очков виртуальной реальности Google Cardboard), имеет смысл рассматривать создание устройств, которые базируются на современных смартфонах и вставляются в специальные крепежные системы, одевающиеся на голову. Кроме того, само использование в качестве центрального устройства смартфона, — позволяет расширять и видоизменять функционал данной системы ночного видения в довольно широких пределах и с достаточной гибкостью.

Сборка прибора ночного видения

Сначала сделаем оговорку: рассматриваемый ниже алгоритм не является детальным «пошаговым, обязательным к исполнению». Это скорее основные принципы, которыми следует руководствоваться, при разработке своего устройства.

В качестве объектива и одновременно средства для ночного видения, мы можем использовать практически любой тип бытовой веб-камеры, доступной на рынке.

При выборе веб-камеры следует руководствоваться тем, что чем выше её разрешение, тем более четким будет изображение в ваших виртуальных очках.

Однако это не говорит о том, что веб-камеры низкого разрешения «не имеют права на жизнь» в качестве прибора ночного видения. Их вполне можно использовать в качестве выносной камеры, которая будет снимать видео или осуществлять фотографирование в ночном режиме. Однако использование её в качестве головного средства зрения, будет сопряжена с трудностями, так как изображение будет весьма нечетким.

Модификация камеры

Мы приведем усредненную характеристику разборки – так как у разных камер процедура может отличаться, одна суть остается той же:

Присоединение камеры к смартфону

Для того чтобы смартфон увидел камеру — необходимо использовать OTG-кабель.

Внешний вид OTG-кабеля

Что такое USB OTG: Поддержка технологии On-The-Go появилась в USB в 2006 году и позволила связывать два устройства без дополнительного USB-хоста. При USB-соединении одно из устройств выступает в роли хоста, а другое – как периферия. При этом в различных условиях одно и то же устройство может быть либо хостом, либо периферией.

С USB OTG устройства стали обладать двойным назначением и возможностью определять, кем им быть. Если речь идет о смартфонах, то это возможность подключения внешних устройств без посредничества.

У современных смартфонов (не у всех еще) такая функция может быть встроена, тогда ты можешь без проблем подключать флеш-накопители, фотоаппараты, клавиатуру, принтер и так далее. Фактически ты можешь подключить любое устройство, не требующее установки дополнительных драйверов.

Если смартфон не поддерживает OTG, то можно воспользоваться переходником. С одной стороны – Micro USB / USB-C, с другой – USB-A (обычный порт).

Изготовление подсветки для прибора ночного видения

Как мы писали выше, прибор ночного видения того типа, который мы собираем, — потребует обязательной инфракрасной подсветки для своей работы. То есть, необходимо будет подсвечивать ту область, в которую смотрит камера.

Для подсветки, нам потребуется инфракрасный фонарь. Достаточно большое количество данных устройств можно приобрести на AliExpress.

Указанное выше по ссылке устройство имеет потребление в районе 0,25 Ампер.

Для его питания потребуется:

Программа для смартфона

Чтобы смартфон «увидел» камеру – неоходимо скачать и установить любую программу, для камер. Например, USB Camera (для Android).

Устройство для крепления смартфона

Для крепления смартфона, в целях ношения его на голове, следует взять один из множества видов шлемов виртуальной реальности, подобрав под размер вашего смартфона.

Следующим шагом следует тем или иным способом закрепить на выбранном шлеме — указанные выше элементы питания подсветки, саму подсветку, а также камеру (в этом деле очень хорошо может помочь 3D печать, для создания компактного крепежа, максимально совместимого с конкретным шлемом).

Вот и всё! Ваш личный прибор ночного видения – готов!

В видео ниже – показан пример сборки похожего устройства. Однако рекомендуется использовать рассмотренный выше контроллер заряда/разряда (не такой, как в видео) – так как он сочетает в одном компактном корпусе – как крепеж элемента 18650, так и средства его контроля заряда/разряда.

Пример похожего устройства:

Сфера применения подобных устройств достаточно широка — от ночной фотосъемки в полной темноте, до контроля сна спящего ребенка (если дополнить систему – любыми программными средствами анализа изображения).

What’s next?

Дальнейшее развитие микроэлектроники и программного обеспечения привело к тому, что в приборы ночного видения стали интегрировать различные интеллектуальные подсистемы, которые позволяют осуществлять не только непосредственное наблюдение в ночное время или в условиях плохого освещения, но и интеллектуальные средства оценки окружающей среды и прогнозирования. Данные новые качества позволяют, в частности, современным прицелам, — не только осуществлять наблюдение в условиях плохой видимости, но и предугадывать дальнейшее поведение цели и рекомендовать точку стрельбы – для гарантированного её поражения:

P.S. ну а мы, так как не солдаты – будем использовать сей девайс для всяких «няшных» задач ^_^

Как то: отслеживание спящих детей, ночная фото/видеосъемка, опять же котики…

P.P.S. самый дорогой компонент устройства, рассмотренного в данной статье— веб-камера с разрешением 1920×1080 (желательно использовать камеру максимального разрешения, которое вы можете себе позволить по цене)

Напишите в комментариях, для чего бы использовали данное устройство Вы?

Облачные VPS серверы от Маклауд быстрые и безопасные.

Зарегистрируйтесь по ссылке выше или кликнув на баннер и получите 10% скидку на первый месяц аренды сервера любой конфигурации!

Источник

Как работают приборы ночного видения?

Как работает устройство ночного видения

Прибор ночного видения работает, усиливая световые лучи, фокусируемые объективом, а затем преобразовывает их в поток электронов, ускоряемый действием сильного электромагнитного поля. В результате получается четкое изображение (обычно зеленое), несмотря на чрезвычайно сложные условия освещения. Современные устройства ночного видения используют электронику, которая регулирует уровень усиления света. Она отвечает за прекращение работы устройства в случае внезапного скачка уровня освещенности, который может повредить сам прибор и ослепить пользователя.

В большинстве случаев для нормальной работы устройства ночного видения достаточно лунного света или света из отдаленных районов. При новолунии, сильной облачности или отсутствия другого источника света используется инфракрасный облучатель. Благодаря такому решению можно увеличить дальность и эффективность действия ночного видения.

Типы приборов ночного видения

Поколение I+

Это самое популярное поколение — в основном из-за низкой цены и неплохих результатов и считается идеальным решением для яхтсменов или для защиты дома. При работе прибор издает тихий писклявый звук, а изображение по краю может быть размытым.
Усиление света в этом типе приборов достигает x5000. Чувствительность составляет от 120 до 250 мкА/лм, а срок службы — около 1500 часов.

Поколение I+ CORE

Разрешение экрана в этом поколении в два раза выше, чем в базовой версии. Еще одним преимуществом является минимум размытости по краям изображения. Эта система ночного видения считается идеальной альтернативой между первым и вторым поколением.

Поколение II

Первое поколение, использует микроканальную пластину, она обеспечивает усиления света в 50 000 раз. Приборы ночного видения второго поколения, в отличие от приборов первого типа, могут использоваться в безлунные ночи. Они также обеспечивают лучшую яркость и резкость изображения и большую дальность действия. Большинство моделей второго поколения имеют функцию двойного масштабирования, а некоторые устройства имеют до 10 раз больший зум.
Их разрешение составляет от 37 до 42 лп/мм, а чувствительность — от 240 до 280 мкА/мм. Данные приборы характеризуются тихой работой, а срок их службы достигает 3000 часов.

Поколение II+

Представители этого поколения ценятся за очень высокое качество изображения и чувствительность 330-600 мкА/лм. Разрешение поколения II+ находится в диапазоне 42-55 лп/мм, а срок службы достигает 4000 часов.

Поколение III

Это одно из наиболее технологически продвинутых поколений современных приборов. Они обеспечивают минимальное разрешение 64 лп/мм. Микроканальная пластина дополнительно защищена слоем оксида алюминия. Устройства этого поколения характеризуются чувствительностью вплоть до 1800 мка/лм, а срок их службы достигает 10 000 часов.

На видео: Приборы ночного видения / От 1 до 3 поколения

Цифровые приборы ночного видения

Стоит также упомянуть еще одну группу цифровых приборов. Усиление света в них осуществляется с помощью ПЗС-матрицы. Благодаря этому, изображение может быть записано на карту памяти и воспроизводиться на дисплее прибора. Преимуществом таких устройств является более длительный срок службы и многочисленные возможности, такие как передача изображения по сети WiFi. Цифровые приборы становятся все более популярными, и используемые в них технологии позволяют им конкурировать даже с представителями второй группы аналоговых приборов. На рынке сильно растет интерес к этой технологии. Производители ориентированы на динамичное развитие в направлении уменьшения размеров устройств, их веса и использования все более современных функций.

На видео: Pulsar Digisight Ultra N455 — цифровой прицел ночного видения

Источник

20 вопросов о приборах ночного видения, которые стоят того, чтобы их задать

Приборы, с помощью которых можно усиливать видимость в темное время суток, делать объекты четкими и пригодными для изучения и наблюдения, – требуют знаний несколько больших, чем просто «включи и смотри». Первоначально приборы ночного видения (ПНВ) разрабатывались для оборонных целей. Это вполне объяснимо, ведь во время проведения военных операций умение действовать ночью не хуже, чем днем может спасти много жизней, и такие приборы давно взяты на вооружение армиями большинства стран мира.

ПНВ в том виде, какими мы их знаем сейчас, стали использоваться американскими солдатами во время операций на Ближнем Востоке, хотя самые первые подобные разработки относятся ко временам Второй мировой Войны. Сейчас с помощью ПНВ по ночам летают спасательные вертолеты и военные истребители, а современные беспилотники оснащаются тепловизорами. Благодаря удешевлению и развитию технологий охотники, натуралисты и стражи порядка имеют возможность пользоваться ПНВ там, где им это необходимо.

Приборы для ночных наблюдений становятся доступнее, но многие по-прежнему не знают, каким образом они работают, что необходимо учесть при выборе, как именно пользоваться ПНВ. Эксперты в области приборов ночного видения, кто занимается производством такой аппаратуры, помогли сформулировать несколько основных вопросов, которые чаще всего интересуют пользователей и ответили на них. Эта информация будет полезна при покупке ПНВ и поможет узнать немного больше, приоткрыть завесу тайны.

1. Как правильно называть ПНВ

Терминология ‒ одна из самых запутанных тем в изучении ПНВ. Существуют два основных их типа: ЭОП (преобразователи электронно-оптического типа) и тепловые приборы (их еще называют тепловизорами). Считать, что к ПНВ относится только первая категория не совсем верно.

2. В чем разница

Классические ЭОП-системы собирают тот слабый свет, которого недостаточно для человеческого глаза и многократно его усиливают. Это может быть лунное, звездное освещение, едва различимые огни и так далее. Тепловые разновидности могут работать при отсутствии света как такового, измеряя разницу в температурах объектов и воспроизводя изображение в цветах теплового спектра.

3. Что помогает ЭОП улучшать изображение

Увеличение получаемых фотонов света. Они попадают на внутренние фотокатодные пластины, увеличиваются, усиливаются с помощью электродной системы и через вакуумную трубку подаются на люминесцентный экран. Он воспроизводит усиленное изображение с различным разрешением (исчисляется в видимых штрихах на миллиметр).

4. Как устроены тепловые разновидности

Портативные инфракрасные системы ночного видения используют тепловые датчики, считывающие разницу между границами объектов и их окружением, на основании чего создается образ объекта, который отправляется на дисплей.

5. Прибором какого поколения стоит пользоваться

Поколения 0 и 1 ‒ уже история, хоть приборы 1 поколения и стали довольно доступными. Начинать «серьезный разговор» стоит с оптики Gen 2 или 2+, с многократно усиленной чувствительностью и хорошим разрешением (отличные приборы этого класса, кстати, производятся в России и Беларуси). Поколение 3, 3+ и 3 Pinnacle из-за чувствительности к боковой засветке чаще используется спасателями и военными. Это приборы, вобравшие в себя все достижения современной технической мысли.

6. Что такое Auto Gating

Это технология, нейтрализующая яркий свет от точечных объектов, предназначенная не допустить «слепоты» наблюдателя и сделать изображение более равномерным.

7. Чем подобные приборы могут помочь в обычной жизни

Они широко используются правоохранительными органами в розыскных или спасательных операциях, нужны для наблюдения и патрулирования ночью. С помощью тепловых систем можно найти доказательства (брошенные предметы некоторое время хранят тепло рук), но они дают лишь очертания объектов ‒ четко идентифицировать людей с помощью тепловизора практически невозможно.

8. Каков ценовой диапазон ЭОП

Все зависит от качества и уровня оптики. Самые распространенные монокуляры 2+, например, в США стоят около 2000 долларов, а 3+ ‒ начиная от 4000. Дополнительные опции и аксессуары также могут существенно увеличить цену.

9. Сколько стоит тепловизор?

В Штатах пару лет назад современный и мощный тепловизор мог стоить 10000 долларов, но с ростом производства карманных тепловизионных камер их цена снизилась до уровня 4000 долларов.

10. Как оценивать качество изображения

Это легче сделать для тепловизора ‒ там оно измеряется в стандартных единицах разрешения экрана (640х480, 240х180 и так далее). Чем лучше разрешение, тем дороже прибор. В оценке качества ЭОП очень важно понимать, что сопутствующая оптика должна быть не хуже, чем сам прибор ‒ иначе можно выкинуть деньги на 3+, установив его на откровенно низкосортную оптику. В целом, золотой стандарт ЭОП ‒ это разрешение с 64 до 72 штр/мм, но многие эксперты считают, что вполне достаточно и 45.

11. Можно ли проверить прибор перед покупкой

Если продавец серьезно относится к работе, он даст возможность испытать прибор, но это обычно обсуждается в частном порядке. Большинство устройств проходят всестороннюю проверку, и их результаты есть в открытом доступе, так что о приборе можно получить нужную информацию и без предварительного тестирования.

12. Какие службы используют ПНВ, кто может себе это позволить

Кроме частных агентств, выделяющих бюджет на закупку оборудования, есть госструктуры, получающие гранты или конфискующие приборы из незаконного оборота. Также возможна поддержка специальных частных фондов (в основном, в США).

13. Есть ли недорогие приборы ночного видения

Их много, и они заслуживают изучения. Если вы не находитесь на поле боя и многократная интенсификация картинки вам не нужна, то можно приобрести цифровые ПЗС-камеры (CCD, с зарядовой связью) или систему CMOS (комплиментарные транзисторные металло-оксидные полупроводники). Они существенно повысят качество ориентирования в темноте. В городских условиях контрастной освещенности (яркие фонари, витрины и глубокие тени рядом с ними) они могут даже стать полезнее классических ПНВ.

14. Как ухаживать за приборами

В ПНВ не так много элементов, которые можно легко повредить. Прибор нежелательно ронять, хранить долго, не вынув батареи. Всегда следует использовать защиту для линз, а лучше ‒ поставить хороший стеклянный фильтр.

15. Нужно ли специально учиться пользоваться ПНВ

Специальные навыки для использования ПНВ желательны. Иначе вы рискуете потратить деньги, но по-прежнему плохо видеть в темноте. Внимательно читайте справочные материалы, поговорите с продавцом, попробуйте найти тренера.

16. Какой срок службы у приборов ночного видения

При надлежащем уходе тепловые камеры прослужат вам многие десятилетия ‒ они твердотельные. Срок использования ЭОП ограничен из-за изнашиваемости линз: хорошая модель 2+ прослужит около 5000 часов, а 3 или 3+ ‒ до 15000. Чтобы увеличить срок службы, приборы следует всегда отключать, когда они не используются.

17. Почему у ЭОП-систем зеленое изображение

В принципе, изображение, хоть и монохромно, но может быть окрашено в различные оттенки. Иногда используется черно-белая классика, которая чуть меньше утомляет глаза, но сочетание зеленого и черного цветов дает самую четкую и легковоспринимаемую глазом «картинку».

18. Как можно повысить собственные способности видеть в темноте

Можно поступить как средневековые пираты, которые на одном глазу носили повязку. С ее помощью закрытый глаз адаптировался к темноте. Современные военные пользуются монокулярами, чтобы сохранить природные способности глаз.

19. А есть ли приборы с комбинированной технологией

Некоторые компании делают гибриды, например, Gen3+ и тепловизор (ITT Exelis с их разработкой Dual Sensor Night Vision Goggle). Они позволяют комбинировать тепловую и визуальную информацию на одном дисплее. Есть, правда несколько но: приборы стоят больше 10000 долларов и почти все уходят к военным.

20. Каково будущее ПНВ

В ближайшие годы мы, скорее всего, услышим много нового о коротковолновых приборах SWIR. Инфракрасные системы понемногу достигают такого уровня четкости и разрешения, что в будущем тепловые изображения приблизятся по информативности к ЭОП.

Источник

Как работают приборы ночного видения?

Вы когда нибудь видели фильмы о шпионах? Если это так, вы можете знать, что шпионы используют специальные приборы, чтобы видеть в темноте. Эти инструменты называются приборы ночного видения (ПНВ).

Вам интересно, действительно ли работают приборы ночного видения? Да, это так! На самом деле, они работают очень хорошо. В пасмурную, безлунную ночь лучшие приборы ночного видения помогут людям видеть на расстоянии более 180 метров.

Как работают приборы ночного видения? Это зависит от того, какие из них вы используете. Существует два типа технологий, используемых в очках ночного видения. Это улучшение изображения и тепловизор.

Улучшение изображения усиливает существующий свет. Это делает изображение более легким для восприятия. Даже в самые темные ночи присутствуют мельчайшие частички света. Часть этого света может быть инфракрасным, который люди не видят. Приборы ночного видения, использующие технологию улучшения изображения, собирают весь доступный свет. Затем они усиливают его так, что вы можете легко увидеть, что происходит в темноте.

Другая технология ночного видения называется тепловизором. Вы когда-нибудь слышали слово «термальный»? Если это так, вы знаете, что эта технология имеет отношение к теплу.

Горячие объекты, в том числе человеческие тела, выделяют некоторое тепло в виде инфракрасного света. Приборы ночного видения используют тепловизионную технологию для захвата этого инфракрасного света. Таким образом, вы можете видеть изображение того, что происходит в темноте. Он основан на количестве тепла, производимого объектами.

Тепловизор хорошо работает при попытке увидеть людей в темноте. Оно также лучше подходит для самых темных условий. Однако в большинстве очков ночного видения используется технология улучшения изображения.

Технология ночного видения имеет много применений для военных и правоохранительных органов. Например, он может быть использован для поиска людей в темноте. Это также полезно для навигации и наблюдения. Ночное зрение также можно использовать для охоты и наблюдения за животными после наступления темноты.

Вы когда-нибудь видели изображение ночного видения? Если да, то вы, вероятно, заметили, что он имел зеленое свечение. Приборы ночного видения сделаны с экранами, которые производят зеленые изображения. Это потому, что человеческие глаза лучше приспособлены к просмотру зеленых картинок в течение длительного периода времени.

Вам когда-нибудь приходилось видеть в темноте? Приборы ночного видения определенно помогут решить эту проблему! Они не только для шпионов и солдат. Каждый день люди используют приборы ночного видения для многих целей. Может быть, вы когда-нибудь попробуете пару для себя!

Источник

Отечественные приборы ночного видения

Задача эффективно использовать ночное время для решения тактических задач при ведении боевых действий всегда стояла перед военачальниками.

Технология и практика

Разработка приборов ночного видения (ПНВ) учеными и инженерами в нашей стране активно началась в 30-х годах ХХ века. Именно в это время появились первые фотоэлектронные приборы. Как верно отметил один из блогеров, специалист по этому вопросу Кирилл Рябов: «Одна ветвь развития этого направления породила телевидение и современное цифровое видео, а вторая привела к появлению электронно-оптических преобразователей (ЭОП), являющихся основой для приборов ночного видения».
Принцип действия

Типовой ПНВ состоит из объектива, ЭОП с блоком питания и окуляра. Принцип его работы вкратце таков: отраженный от объекта наблюдения свет проходит через объектив и создает изображение на входе (катоде) ЭОП, которое электронным способом усиливается и, проецируясь в желто-зеленом свечении на выходном экране преобразователя, передается через окуляр на глаз наблюдателя.

Отличительная особенность этих типов приборов в том, что изображение четкое только в центре, с искажением и меньшим разрешением по краю. Кроме того, если в поле зрения попадают яркие источники света, например фонари, светящиеся окна домов и подобные им, то они могут засветить все изображение, препятствуя возможности наблюдения.

По принципу действия все ПНВ делятся на два класса: приборы, использующие отраженный от целей и местных предметов свет Луны, звезд (пассивные) или искусственных источников – инфракрасных осветителей (активные), и приборы, использующие преимущественно собственное тепловое излучение целей и местных предметов, о которых речь ниже.

ПНВ. Исторический экскурс

Одним из первых ПНВ в Советском Союзе стала система «Квант», в основе которой лежал принцип инфракрасного излучения. Для работы прибора был необходим отраженный от окружающих объектов инфракрасный свет, а сам ЭОП имел фотокатод и люминесцирующий экран. (Подобная система, кстати, используется до сих пор, хотя и вынуждена конкурировать с другими типами ПНВ.)

По окончании Великой Отечественной войны наши ученые получили возможность сравнить свои разработки с трофейными. Оказалось, что хваленая немецкая аппаратура по своим показателям практически не отличалась от отечественной.

ПНВ продолжали совершенствоваться, приоритет отдавался то одному, то другому типу подсветки прибора. Так, в 70-х – начале 80-х годов ХХ века резко возрос интерес к приборам активного типа вследствие использования для них в качестве осветителей лазеров, работающих в импульсном режиме. Цель при этом освещается короткими импульсами лазерного излучения. Поскольку прибор включается только тогда, когда объектива достигают лазерные импульсы, отраженные от цели, в ПНВ не попадают паразитные импульсы от местных предметов, находящихся впереди и позади цели, а также отраженные от взвешенных в атмосфере частиц пыли, влаги, дыма. В результате дальность наблюдения значительно возрастает по сравнению с подсветкой обычными ИК прожекторами.

ТВП. Современные разработки

Вскоре появились приборы нового типа, которые вполне можно отнести к ПНВ, но, поскольку они преобразуют тепловое излучение в видимое изображение, чаще их называют тепловизионными приборами (ТВП). Разработка последних началась в 60-е годы ХХ века. Между двумя типами приборов нет принципиальной конкуренции, но следует отметить, что только в 2009–2010 годах объемы продаж «тепловизоров» выросли более чем в два раза! Принципиальная разница между ПНВ и ТПВ состоит в источнике освещения, который нужен первому и без которого обходится второй.

Наиболее перспективным направлением развития этого типа прибора является применение технологии неохлаждаемых болометров, основанной на сверхточном определении изменения сопротивления тонких пластинок под действием теплового излучения всего спектрального диапазона. В силу этого тепловизор – прибор дорогостоящий. Для его создания применяются редкие металлы, например германий, поэтому в настоящее время ведутся поиски более дешевых материалов.

Важно отметить, что несмотря на санкции, которые введены США и странами ЕС против России и существенно затронули наш оборонно-промышленный комплекс, мы не свернем это перспективное направление вооружения, поскольку в стране налажено собственное производство этих приборов. Их выпускают ОАО ЦНИИ «Циклон» и НПЦ «Спектр АТ».

К основным маркам отечественных тепловизоров, стоящих сегодня на вооружении российской армии и ВВ МВД РФ, можно отнести приборы «Сыч-3ЦУ» и «Катран-3», которые «по своим ТТХ не уступают зарубежным аналогам и удовлетворяют всем требованиям современной экипировки, – как считает эксплуатирующий их полковник И.Козленко. – Основная сфера их применения – разведка, охрана объектов, оценка степени маскировки объектов, поиск раненых и пострадавших, обнаружение мин и тайников, несанкционированных, скрытых захоронений».

Оба прибора предназначены для работы в круглосуточном режиме в любых погодных условиях. Обе камеры позволяют увидеть человека на дистанции около 1 километра, а распознать его – с расстояния 500–600 метров. «Сыч» к тому же способен не только обнаружить цель, но и определить ее координаты с отображением информации на электронной карте местности. При этом прибор не нуждается в специальном и техническом обслуживании в течение 10 лет! Тепловизор «Катран» в свою очередь более практичен, оснащен дисплеем высокого разрешения.

По мнению военнослужащих спецподразделения МВД, использующих в работе как отечественные ПНВ, так и ТПВ, в идеале им нужен компактный, всепогодный прибор-прицел с двумя ветвями, совмещающий их характеристики. Главный критерий – качественная, неразмытая картинка и возможность идентификации объекта.

Свой опыт есть и у пограничников, которые традиционно в числе первых получают на вооружение новейшие разработки подобных образцов техники. Потребность в тепловизорах у них особенно высока на равнинных пограничных территориях, где такие приборы особенно эффективны. Модификация тепловизионной камеры для них будет носить название «Мути». Эта камера с автофокусировкой внешне не отличается от распространенных систем видеонаблюдения.

Источник

Приборы ночного видения (описание, принцип действия)

«Видеть — значит различать врага и друга и окружающее во всех подробностях» — так начинается одна из глав замечательной книги С.И.Вавилова «Глаз и солнце».

Наиболее информативное чувство восприятия человеком внешнего мира — зрение, являясь весьма совершенным оптико-биологическим инструментом, обладает, к сожалению, ограниченной спектральной чувствительностью. Из широкого диапазона спектра оптического излучения (от 0,00 1 до 1 000 мкм) глаз воспринимает очень узкий участок от 0,38 до 0,78 мим, да и то начиная с определенного уровня освещенностей: при освещенностях менее 0,01 люкс глаз не воспринимает цвета и различает только крупные близлежащие объекты.

На помощь глазу пришла современная фотоэлектроника, которая дает возможность создать приборы, способные обнаруживать, усиливать и визуализировать излучение, невидимое человеческим глазом.

Успешные ночные операции войск антииракской коалиции во время войны в Персидском заливе — одно из немногих «открытых» подтверждений эффективности действия таких фотоэлектронных приборов.

Внутренний фотоэффект (фотопроводимость) состоит в изменении электропроводности полупроводников под действием квантов излучения оптического диапазона. На этом эффекте основана работа фотоприемников(ФП) и более сложных фотоприемных устройств (ФПУ), вырабатываемые ими сигналы приводят в действие различные исполнительные устройства.

Сигналы от многоэлементных ФПУ, возникающие под действием собственного излучения объектов, после электронной обработки используются для создания видимого глазом теплового изображения (т.н.тепловидение). Внутренний фотоэффект лежит и в основе действия приборов с зарядовой связью (ПЗС) — многоэлементных самосканирующихся матриц, преобразующих изображение в последовательность электрических сигналов и затем в стандартный видеосигнал.

В первой части статьи будут рассмотрены основные типы приборов ночного видения (ПНВ) на основе ЭОП, а во второй — приборы и устройства, использующие явления фотопроводимости.вт.ч.тепловизоры внутреннего фотоэффекта.

Принцип действия приборов ночного видения

Конструкция и принцип действия ПНВ на основе ЭОП и представляет собой телескопическую оптическую систему с встроенным в нее ЭОП.

Объектив создает на фотокатоде ЭОП изображение слабоосвещенного (ночным небом, звездами, луной) объекта. Фотокатод — тонкий полупроводниковый слой, нанесенный на внутреннюю поверхность входного окна вакуумного корпуса ЭОП.

Фотокатод эмиттирует в вакуум электроны, причем число эмиттированных из каждой точки электронов пропорционально яркости в этой точке изображения, спроецированного объективом.

Несущий таким образом «электронное изображение» поток электронов ускоряется и фокусируется электронно-оптической системой на катодолюминесцентный экран. Ускорение фотоэлектронов происходит под действием напряжения порядка 10 000 вольт, вырабатываемого источником питания. Именно за счет преобразования фотонов в электроны и ускорения последних в ЭОП происходит усиление яркости, т.к. усилить энергию нейтральных фотонов принципиально невозможно.

Ускоренные и сфокусированные фотоэлектроны, попадая на люминесцентный экран, вызывают его свечение в видимой глазом области спектра (практически во всех ЭОП — в зеленой).

Так как яркость свечения экрана в каждой точке будет пропорциональна числу попавших в нее фотоэлектронов, на экране создается видимое усиленное и преобразованное изображение наблюдаемого объекта. Это изображение наблюдается с помощью окуляра (или лупы).

Поскольку усиление яркости в современных ЭОП достигает нескольких десятков тысяч раз, то, даже несмотря на определенные потери яркости во входном объективе, современные ПНВ позволяют отчетливо наблюдать изображения в условиях ночной освещенности, включая безлунную ночь.

Одновременно с усилением, ПНВ осуществляет и преобразование изображения. Преобразование происходит из-за разницы в спектральных характеристиках чувствительности фотокатода ЭОП и человеческого глаза. Современные фотокатоды имеют продленную (по сравнению с глазом)вИК-областьчувствительность (до 0.9мкм).

В этой области наблюдается существенное различие в коэффициентах отражений света от естественных и искусственных объектов. Поэтому неразличимый глазом в темное время суток на фоне травы или листвы человек в защитной форме будет отчетливо виден в ПНВ в виде темного объекта на светлом фоне.

Основные типы приборов ночного видения

Поскольку оптические элементы ПНВ давно и хорошо отработаны, основные параметры ПНВ и их стоимость во многом определяются применяемыми в них ЭОП. В большинстве отечественных ПНВ применяются:

однокамерные ЭОП, имеющие стеклянный вакуумный корпусе плоскими входным и выходным окнами. Такие ЭОП обеспечивают усиление яркости до 1000 раз при высокой чёткости ( разрешающей способности ) только в центре поля зрения. По мере удаленияот центра чёткость резко падает, что снижает информативность наблюдения. Однако невысокая цена таких ЭОП делает их предпочтительными для производителей недорогих, массовых ПНВ. Такие ЭОП далее (условно) будут называться «ЭОП нулевого поколения»;
однокамерные ЭОП с волоконно-оптическими пластинами (ВОП) на входе и выходе, использующие микроканальный усилитель электронного изображения, а также имеющие встроенный источник питания. Такие ЭОП, называемые «ЭОП второго поколения», усиливают яркость изображения в 30 — 50 тысяч раз, имеют хорошую четкость изображения по всему полю зрения и обладают высокой помехозащищенностью к ярким локальным засветкам. Дорогие комплектующие изделия этих ЭОП определяют их на порядок более высокую цену.

Еще более высокими характеристиками (и, соответственно, ценой) обладают миниатюрные ЭОП с «плоской» электронно-оптической системой и фотокатодами с повышенной эффективностью (т.н. «третье поколение»). Эти ЭОП применяются в основном в приборах спецтехники. 6 коммерческих ПНВ чаще используется их разновидность с более простым фотокатодом: «2-плюс поколение».

ЭОП т.н. первого поколения с плоско-вогнутыми ЭОП на входе и выходе легко собираются в двухи трехмодульные сборки. Трехмодульный ЭОП имеет параметры и цену, сравнимые с ЭОП второго поколения, однако применяются реже из-за большей длины: трехмодульный ЭОП первого поколения с рабочим диаметром 25мм имеет длину 195мм, аналогичный ЭОП второго поколения — 76 мм.

Монокуляры

Ночные монокуляры (визиры) имеют один входной объектив, один ЭОП и один окуляр(лупу). Наблюдение через такой ПНВ ведется одним глазом, а прибор удерживается одной рукой.

Наиболее распространенными в отечественной продаже являются монокуляры на базе ЭОП нулевого поколения, что определяет их приемлемую для среднего покупателя цену на уровне, соответствующем 150-200 долларов США. Такие ПНВ имеют входные объективы со светосилой порядка 1:1,51:2 и фокусным расстоянием 80-100 мм при угле поля зрения от 10 до 20 градусов.

Источник питания запитывается, как правило.двумябатарейками по 1.5 вольта. Масса составляет около одного килограмма.

В некоторых случаях покупателю предлагают проверить работу ПНВ при одетой на объектив защитной крышке с «булавочным» отверстием, имитирующем ночную освещенность. Такая проверка дает представление о качестве изображения (четкости и чистоте поля зрения), но не может использоваться для оценки дальности видения, т.к. резко изменяет параметры входного объектива.

Из опыта работы и элементарных расчетов следует, что наблюдательные ПНВ на базе ЭОП нулевого поколения и входной оптикой с вышеприведенными параметрами обеспечивают при освещенности 0,01 люкса (освещенность, создаваемая ночью четвертью луны) обнаружение ростовой фигуры человека на фоне зелени со 150200 м и распознавание ее деталей примерно с 70-100 м.

Некоторые ПНВ такого типа комплектуются малогабаритными инфракрасными осветителями (максимум излучения около 0,8 мкм), с мощностью порядка нескольких десятков милливат/стерадиан.

Эффективная дальность действия таких осветителей порядка 50 м, П ИВ с таким осветителем дает возможность работы в полной темноте (пещеры, подвалы), но демаскирует наблюдателя для аналогичных или более совершенных ПНВ.

Большими возможностями обладают ПНВ, использующие ЭОП второго поколения. При светосильных (1:1, 5 — 1:2) объективах с увеличением 3-5 крат эти ПНВ дают возможность наблюдения даже в безлунную ночь, что соответствует освещенности на местности (1. 5)х10-3люкс. При этом фигура человека обнаруживается с расстояния 400-600 м, а ее детали — с 250-300 м.

ПНВ с ЭОП второго поколения обладают хорошей помехозащищенностью: яркие засветки, попадая в поле зрения таких ПНВ, на выходном изображении носят локальный характер: не создают ореолов и не мешают наблюдению по всему полю зрения. Масса таких ПНВ, в основном из-за больших размеров и массы ЭОП второго поколения, составляет не менее 1,5-2 кг. Цена — от одной до нескольких тысяч долларов в зависимости от качества ЭОП и оптических компонентов, а также схемы питания. включая автоматическую регулировку выходной яркости (АРЯ).

Бинокли

В псевдобинокулярных ПНВ используется один объектив, один ЭОП и бинокулярный панорамический окуляр на выходе. Такой окуляр обращен к наблюдателю выпуклой стороной плоской линзы, с углом поля зрения 90 и более градусов, через которую изображение на экране ЭОП рассматривается двумя глазами. Это обеспечивает большее удобство наблюдения и, соответственно, меньшуюутомляемость глаз.

Ночные бинокли классической схемы содержат два объектива, два ЭОП и два окуляра. В отличие от псевдобинокуляров такая схема обеспечивает стереоскопичность изображения удаленных объектов, для чего расстояние между входными объективами делается существенно больше, чем расстояние между глазами (база).При наблюдении ночной бинокль, как и обычный, удерживается двумя руками с помощью специальных конструктивных элементов: ручек, держателей, приливов.

В зависимости от качества оптических компонентов и типа применяемых ЭОП (нулевое, первое или второе поколение) цена на псевдои бинокулярные ПНВ лежит в пределах от 800 до 2500 долларов.

Прицелы

В определенных обстоятельствах необходимо не только наблюдение за объектом в темное время суток, но и прицельная стрельба в него в таких условиях (например, ночная охота). Эту задачу решают ночные прицелы. Принципиально ночной прицел аналогичен ночному монокуляру, но имеет следующие существенные отличия.

Более сложная конструкция прицелов определяет и их более высокую на 25-30 процентов (по сравнению монокулярами) цену.

Очки ночного видения

Принципиальным отличием очков ночного видения(ОНВ) от вышеописанных ПНВ является то, что ОНВ закрепляются на голове или специальном головном уборе наблюдателя, оставляя его руки свободными для выполнения различных работ и операций в ночное время. Сфера последних широка и разнообразна: ремонтные и спасательные работы, вождение наземного и воздушного транспорта, стрельба по целям, подсвечиваемым лазерными излучателями.

Наиболее доступными и дешевыми являются ОНВ на ЭОП нулевого и первого поколений, а наиболее эффективными по дальности и наиболее легкими (менее 500 г) — на базе ЭОП 2+ и З-го поколений. Из-за высокой цены таких очков, сравнимой с ценой среднего автомобиля, они используются в основном для ночного пилотирования вертолетов или для задач, решаемых спецслужбами.

Последним достижением в области ОНВ являются голографические ОНВ. За счет использования голографических зеркал и фильтров в таких очках практически полностью 08 проц.) пропускался, усиленное ЭОП изображение слабоосвещенных объектов, одновременно на столько же отражая мешающие наблюдению световые помехи, которые видны как бы через очень темные очки. Нижняя часть маски таких очков имеет повышенную прозрачность, что делает удобным наблюдение приборной доски при использовании очков для вождения транспорта в ночных условиях.

ПНВ с документированием изображения

В ряде случаев требуется документирование (фотография, видеозапись) наблюдаемых с помощью ПНВ сцен, объектов и их действий.

Наиболее простое решение — присоединение к ПНВ. вместо окуляра фотоили кинокамеры. Некоторые ПНВ комплектуются адаптерами для присоединения фотокамер, легко осуществляемого самим пользователем прибора.

Более совершенной и многофункциональной является система, в которой изображение с экрана ЭОПа ПНВ оптически передается на ПЗС-матрицу. Передача осуществляется с помощью фоконов (волоконно-оптических «уменьшителей» изображения) или линзовой оптики «переноса». Электронная схема («обрамление») ПЗС-матрицы преобразует полученное изображение в видеосигнал в аналоговой и при необходимости в цифровой форме.

Видеосигнал может наблюдаться на телеэкране (мониторе), что более удобно и менее утомительно, чем наблюдение (особенно длительное) через окуляр ПНВ. При этом возможна одновременная запись на видеомагнитофон и передача на несколько мониторов для нескольких операторов.

Видеосигнал может передаваться по кабелю (до 200 м без промежуточных усилителей), либо с помощью встроенного в прибор наблюдения миниатюрного передатчика, сигнал которого принимается на один из каналов обычного телевизора.

Качество таких систем определяется числом телевизионных линий, передаваемых при определенной освещенности наблюдаемой сцены.

При использовании ПНВ с ЭОП нулевого поколения при освещенности 0,01 люкс передается 300-350 линий, для ПНВ с ЭОП второго поколения такое же число линий передается при освещенности 1 5х10-3 люкс, а с ЭОП третьего поколения — при 1×10-4 — 5×10-5 люкс.

Такие приборы могут комплектоваться адаптерами для присоединения на вход ПНВ современных объективов для ПЗС-камер, имеющих дистанционно регулируемые диафрагму (auto-iris), переменное увеличение (zoom) и подфокусировку. Прибор с таким объективом и ЭОПом с хорошей схемой АРУ обеспечивает практически круглосуточное (от безлунной ночи до яркого дня) наблюдение с необходимым документированием.

Преобразование видеосигнала в цифровой код дает системам «ПHB+П3C» дополнительные возможности. Получаемое изображение может регистрироваться цифровой фотоили видеокамерой, подвергаться обработке для усиления контраста, устранения светлых и темных дефектов, окрашиваться в условные цвета.

Более сложный комплекс из двух ПНВ с ПЗС со специальными светофильтрами после цифровой электронной обработки сигналов создает на мониторе изображение наблюдаемой ночной сцены в естественных цветах. Это существенно повышает информативность, быстроту и ценность зрительного восприятия. Такой прибор, опровергающий известную пословицу «ночью все кошки серы», был продемонстрирован на выставке “IDЕХ-97” (АбуДаби) бельгийской фирмой “Delft Sensor Systems”. По мнению разработчиков, изображение в естественных цветах повышает эффективность обнаружения и распознавания объектов в ночных условиях на 30-60 процентов.

В России разработки и выпуск систем на основе ПНВ и ПЗС ведутся ГНЦ «НПО Орион» совместно с рядом соисполнителей.

Приборы с УФи ИК-фотокатодами

Выше рассматривались ПНВ с ЭОП, чувствительными в диапазоне 0,4-0,9 мкм, и предназначенные для наблюдения удаленных объектов, что и соответствует основной задаче этих приборов: видеть ночью так же далеко и хорошо, как и днем.

В то же время существует множество других применений ЭОП, основанных на их уникальной способности преобразовывать в видимое принципиально невидимое глазом изображение.

Например, ЭОП с фотокатодом. чувствительным в «солнечно-слепой» УФ-области (от 0,1 до 0,3 мкм),позволяет при дневном свете вести важные с точки зрения экологии наблюдения озоновых дыр, свечений объектов и участков с повышенной радиоактивностью, а также токсичных выхлопов двигателей.

В криминалистике УФ-ЭОП используются для определения подделок, когда подлинные документы снабжены специальными метками, отражающими УФ излучение.

Рентгеновские ЭОП (РЭОП), имеющие вместо фотокатода сложный «сэндвич»: «рентгенолюминофор-прослойка-фотокатод» способны визуализировать рентгеновское излучение.

Главной областью применения РЭОП с большим рабочим диаметром (до 320 — 400мм) является медицинская рентгенодиагностика. Малогабаритные РЭОП с полем диаметром до 50-100 мм в комплекте с миниатюрными радиоизотопными источниками излучения могут использоваться для оперативной полевой рентгенодиагностики, просвечивания багажа, контроля дефектов электрои микросборок и других задач оперативной интроскопии с переносной аппаратурой.

Таким образом, современная фотоэлектроника существенно расширяет возможности человеческого зрения в части видения в условиях низкой освещенности и в принципиально недоступных для глаза диапазонах. Сложность этой техники, большое количество типов ПНВ, имеющихся в продаже, разница в их классах и ценах, а также неизбежные рекламные «передержки» в описаниях приборов делают весьма желательной квалифицированную и объективную консультацию при выборе и покупке таких приборов.

ГНИ «НПО» Орион«. имеющий большой опыт разработки и выпуска ПНВ и ЭОП для них и являющийся головной организацией в России по ночному видению, предлагает на согласованных условиях проведение как консультаций и разработок в этой области, так и продажу готовых ПНВ практически всех описанных в этой статье типов.

Источник

Выбираем прибор ночного видения

Как выбрать прибор ночного видения, если многообразие представленных на рынке моделей и производителей настолько велико, что даже опытный пользователь может растеряться? Это нелегкая задача, для решения которой придется узнать, как работает прибор ночного видения, разобраться в характеристиках тех или иных моделей, изучить цены и сопоставить их с теми задачами, которые вы намерены решать с помощью этого устройства. Наша статья расскажет, как устроен прибор, мы рассмотрим нюансы ночного видения, которые помогут вам определиться с выбором конкретной модели.

Принцип действия прибора ночного видения

Направления реализации технологий

Чтобы говорить об устройстве ПНВ, необходимо напомнить, что существует несколько направлений реализации этой технологии. В зависимости от применяемого подхода, ПНВ можно разделить на три группы:

Наибольшее распространение получила технология преобразования светового потока в поток электронов. Это стало возможным путем применения специального элемента – электронно-оптического преобразователя (ЭОП). Подавляющее большинство современных устройств для ночного видения работают на ЭОПах.

Технология не нова, поэтому такие приборы ночного видения имеют различные поколения, от 1-го до 4-го. На самом деле, 90% эволюции происходит именно в конструкции и качестве самих ЭОПов, поэтому можно сказать, что мы имеем дело с ЭОПами разных поколений, применяемых в тех или иных устройствах.

Принцип работы ЭОП

Электронно-оптический преобразователь устроен достаточно просто, если говорить популярным языком, не вдаваясь в нюансы и подробности. Рассмотрим его работу пошагово:

Факт! С развитием технологий преобразователи менялись, получая все новые и новые возможности в плане дальности обнаружения объектов, качества изображения и т.д. Сегодня на таком принципе работает большинство монокуляров, биноклей, очков и прицелов ночного видения.

Цифровой прибор ночного видения: принцип работы

Цифровые технологии коснулись всех сфер приборостроения. ПНВ не стали исключением: уже сегодня используется масса моделей с цифровой «начинкой».

Принцип работы цифровых приборов прост:

Важно! Цифровые устройства не боятся засветок и могут работать в режиме день/ночь. Кроме того, цифровая природа сигнала позволяет реализовать массу дополнительных функций, характерных для всех современных девайсов.

По сути, это та же видеокамера, однако такие приборы ночного видения используются для охоты, и отзывы их обладателей в большинстве положительны. Кроме того, цена аналогичного ЭОП-прибора намного выше.

Инфракрасный прибор ночного видения (тепловизор)

ПНВ, которые работают со светом в ИК-диапазоне теплового спектра, называют тепловизорами. «Сердцем» этих приборов является специальная матрица, построенная на болометрах – датчиках, которые улавливают тепловое излучение в инфракрасном диапазоне и нагреваются, тем самым меняя собственное электрическое сопротивление. Подробнее о разнице ПНВ и тепловизора, а так же использования его на охоте мы написали отдельную статью.

Изменяющаяся характеристика прибора ночного видения считывается и обрабатывается, в результате на дисплей подается изображение нагретых тел, а именно людей, животных или неостывшей техники.

Важно! В отличие от любых других типов ПНВ, тепловизионные матрицы «видят» не отраженный свет, а собственное излучение тел. Благодаря блестящему ученому Максу Планке нам известно, что любое нагретое тело излучает свет в ИК-диапазоне. Этот свет улавливает инфракрасный прибор и позволяет видеть живые объекты даже в абсолютной тьме.

Кратко! Любой прибор ночного видения с высокой четкостью изображения построен по принципу усиления света, попавшего в объектив аппарата. Путей реализации этого усиления существует три: цифровое усиление, фото-элетронное преобразование и тепловидение. Наибольшим спросом пользуются приборы, построенные на ЭОПах, так как «цифра» все еще непривычна, а тепловизоры слишком дороги.

Виды приборов ночного видения

Монокуляры

Монокуляр – это ПНВ, напоминающий своеобразную «подзорную трубу», так как смотреть в него можно одним глазом. Из всех представленных сегодня приборов монокуляры пользуются наибольшим спросом.

Это объясняется рядом причин:

Современные модели монокуляров выполнены в герметичных корпусах, они не боятся умеренных ударных нагрузок и хорошо адаптированы к износу в полевых условиях. Примером такого устройства можно назвать Konuspy-12 от известной компании Konus. При весе менее 500 грамм, монокуляр легко прячется даже в карман. Это лучшее решение для экстрима, прибор уже успели оценить наши охотники и оставили массу хороших отзывов.

Бинокли

Бинокли стоят дороже монокуляров, и это понятно: здесь установлено больше линз, а именно эти элементы оказывают основное влияние на стоимость прибора. БНВ хорош для решения таких задач:

Раньше чаще всего в гражданские БНВ устанавливали ЭОП I или I+ поколений, а армейские приборы ночного видения не менее 2+ поколения. Сейчас же технологично намного выгоднее использовать цифровые устройства, так как они дают возможность работать как днем, так и ночью.

В качестве надежного и проверенного бинокля мы рекомендуем Levenhuk Halo 13x. Увеличенные линзы дают максимальную светосилу, что позволяет насладиться отчетливой картинкой даже при трехкратном увеличении.

Очки ночного видения представляют собой ПНВ, состоящий из одного (как правило) ЭОП и объектива, однако, посредством оптики реализовано псевдобинокулярное зрение за счет разводки зрительного сигнала в оба глаза. То есть, в отличие от других приборов, здесь мы видим один объектив и два окуляра.

Очки, как правило, идут в комплекте с системой ремней и затяжек, которые позволяют закрепить устройство на голове или шлеме. В результате наблюдатель обеспечен полноценным ночным зрением, а его руки освобождены. Это дает ряд преимуществ, а именно:

Прибор не имеет функции приближения (за редкими исключениями), что позволяет адекватно оценивать расстояния и размеры окружающих элементов ландшафта. В результате перед нами одно из самых комфортных средств ночного ориентирования, особенно это касается лесных зарослей или городских «джунглей». Самым бюджетным из очков для ночного использования считаются Bresser 1–2x, а лидерство в качестве и применения все же остаются ПН-14К.

Прицелы

Различные производители используют самые разные способы технологической реализации ночного видения, поэтому мы можем встретить как цифровые модели, так модели на ЭОПах и тепловизоры. Само собой, при таком разнообразии разброс цен и характеристик будет весьма и весьма велик.

Выбор прицела ночного видения – это отдельная и серьезная работа, поэтому раскрытию её нюансов и особенностей лучше посвятить отдельный материал. Кроме того, вы должны помнить о возможности получить исчерпывающую консультацию у специалистов Optics Trade. Время популярных прицелов ПН-2М и Dedal-180HR ушло, им на смену пришли современные, легкие и функциональные цифровые прицелы.

Вывод

Приборы ночного видения – это дорогая и сложная техника, которая решает определенные задачи. Перед тем, как приобрести тот или иной образец ПНВ, вам следует изучить азы, и после этого задаться вопросом «Нужен ли мне ПНВ? Какой именно? Сколько стоит прибор ночного видения? Готов ли я к таким затратам?». Если однозначные ответы не приходят, набирайте номер Optics Trade – и все ваши сомнения будут развеяны.

Источник

Прибор ночного видения – что это такое, когда изобрели, как работает и из чего состоит?

Если возникает необходимость усилить видимость в темноте, сделать тот или иной объект настолько четким, чтобы его можно было наблюдать и даже изучать, то на помощь придет прибор ночного видения (night vision). Изначально он разрабатывался для оборонных целей, однако в последнее время ПНВ, как его еще называют, используется для многих других нужд.

Что такое прибор ночного видения?

Когда изобрели прибор ночного видения?

Разработки этих приборов велись еще до начала Второй мировой войны в разных странах. Первый прибор ночного видения появился в нацистской Германии в 1936 г. Это устройство применялось на противотанковых пушках. К окончанию Великой Отечественной войны прототипы подобных приборов, обеспечивающих ночное видение, появились и на вооружении Красной армии. Поначалу эти устройства использовались на танках, затем на флоте, в авиации, в прицелах к стрелковому оружию.

Специалисты классифицируют приборы ночного видения по типу установленного ЭОП:

Устройство прибора ночного видения

Наблюдательный оптико-электронный прибор ночного видения состоит из таких основных частей:

Многие современные приборы используют в качестве усилителя электронно-оптический преобразователь ЭОП, который состоит из объектива, умножителя напряжения, вакуумной трубки с фокусирующей системой, источника питания. На его экране имеется окуляр, через который оператор может рассмотреть изображение. Кроме этого, роль приемника может выполнять ПЗС-матрица и тогда оператор видит картинку на экране монитора. В некоторых ПВН используются инфракрасные преобразователи, в основе которых лежит тепловизор.

Как работает прибор ночного видения?

Принцип работы прибора ночного видения заключается в следующем:

Преобразователь – это трубка с герметично запаянными концами, из которой откачан воздух. На ее передней стенке нанесен полупроводник, а на задней – люминофор. К передней стенке подключается минус, а к задней – плюс. После подачи напряжения слабо различимое изображение попадает на фотокатод, с которого выбиваются электроны и направляются к аноду. При попадании на люминофор, они вызывают его свечение. Здесь совсем неважно, какой электрон попадает на фотокатод: ультрафиолетовый или инфракрасный. Изображение в любом случае будет черно-зеленым.

Что лучше тепловизор или прибор ночного видения?

Если сравнить прибор ночного видения с тепловизором, то можно заметить, что эти устройства различаются между собой по техническим характеристикам, назначению, по принципу действия и ценовой доступности. ПНВ усиливает изображения, имеющие слабую яркость. С его помощью человек может видеть картинки в диапазоне от темно-красного до фиолетового и воспринимать только отраженный свет. В темноте ПНВ будет работать с инфракрасной подсветкой. Используется прибор ночного видения для охоты, при охране различных объектов, для других гражданских и военных нужд.

Тепловизоры предназначены для визуализации теплового излучения. Они помогают увидеть, какая температура того или иного участка изучаемого объекта по сравнению с соседними, более холодными или теплыми. Тепловизор будет работать только, если есть тепловой контраст с определенным фоном. Такое устройство будет полезно при дневном свете, в сумерках и в полной темноте, позволяя обнаружить людей и технику, животных на фоне снега или листвы. Сильный дождь является помехой в работе тепловизора, поскольку водяные струи будут экранировать тепловое излучение от объектов.

Виды приборов ночного видения

Эти устройства могут использоваться при выполнении многих задач, особенно в тех случаях, когда нет солнечного освещения и невозможно воспользоваться электроприборами. Приборы ночного видения, их виды и классификация зависят от тех целей, которые они могут выполнять:

Монокуляры ночного видения

Это устройство схоже по внешнему виду с подзорной трубой и смотреть в такой прибор ПНВ можно только одним глазом. Зато этот доступный вариант имеет небольшой вес и размеры, его конструкция проста и надежна, а цена невысока. Монокуляр может крепиться на специальном оголовье или шлеме-каске. Устройство обеспечивает видение при ночной освещенности без подсветки. Используют его в туризме, на охоте, для охраны территорий и проведения ремонтных работ.

Бинокли ночного видения

В этом устройстве, в отличие от предыдущего, присутствует бинокулярное зрение, что позволяет пользователю реальнее и точнее оценить увиденное изображение. Бинокли – приборы ночного видения с двумя монокулярами, которые соединены в общую конструкцию. В них есть возможность многократно увеличивать картинку, которая при этом остается отчетливо видной. Используется бинокль как для гражданских, так и для военных целей для наблюдения за далеко расположенными объектами.

Очки ночного видения

В очках используется один ЭОП, но благодаря оптике зрительный сигнал разводится отдельно на каждый глаз. Такой комплект, состоящий из объектива и двух окуляров крепится на шлеме или голове с помощью ремней, при этом руки у человека остаются свободными. Такие очки ночного видения для водителей и охотников становятся все более популярными и востребованными. Из-за того, что в очках ночного видения отсутствует функция приближения, расстояния до объектов оцениваются вполне адекватно. Используют такой прибор при вождении транспорта, ночной стрельбе.

Прицелы ночного видения

Как выбрать прибор ночного видения?

Прежде, чем приобрести ПНВ, каждый должен для себя решить, каким целям он должен отвечать и для чего будет использоваться. Выбирая прибор ночного видения для автомобиля или охоты, следует учитывать такие характеристики:

Прибор ночного видения своими руками

Для того чтобы изготовить самодельный прибор ночного видения, надо заранее заготовить все необходимые составные части:

Соединяем, припаивая, проводки: общий на камере и видеовыход с общим на видеоискателе и видеовходом. После этого подключаем инфракрасные излучатели. Остается вставить полученный самодельный ПНВ в корпус и включить питание. Помните, что камера и видоискатель должны работать на одном напряжении, зачастую это 5 или 12 В. Как видим, собрать прибор ночного или сумеречного видения, владея минимальными навыками, совсем просто.

Источник