Прибор ночного видения: принцип работы прибора, как правильно выбрать?

Что такое прибор ночного видения?

Это устройство, работа которого основана на способности преобразовывать неразличимое инфракрасное излучение в видимое для человеческого глаза. Кроме этого, прибор усиливает низкий уровень яркости на наблюдаемом объекте, который создается свечением ночного неба, Луны или звезд. Используют ПНВ пограничные, таможенные, спасательные службы, спецподразделения ФСБ, МВД и так далее. Такие приборы находят применение в производственном технологическом контроле, при добыче полезных ископаемых, для наблюдений за астрономическими объектами и ночного ориентирования на местности.

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:

1. 0 поколение
   . Такие прототипы night vision использовались в немецкой армии и устанавливались на противотанковых пушках.
2. 1 поколение
   . Эти приборы появились во время проведения военных действий во Вьетнаме. Они работали с рассеянным светом, усиливая его в 1000 раз. Позже, благодаря началу развития волоконной оптики, устройство было усовершенствовано.
3. 2 поколение
   . В 80-х годах прошлого века американские ученые разработали улучшенный прибор с усилителем, имеющим микроканальную пластину. Со временем были разработаны ПВН, отличающиеся высокой частотой фотокатода, благодаря чему улучшилось качество изображения на всем экране.
4. 3 поколение
   . Такой ЭОП имеет принципиальные отличия в фотокатоде, который сейчас изготавливается из арсенида галлия. Приборы ночного видения такого типа являются новой эволюционной ступенью в развитии ПВН.

Устройство прибора ночного видения

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

• объектив;
• приемник излучения;
• усилитель;
• устройство для отображения изображения.

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:

1. Свет, попадая в объектив, фокусируется на стенке преобразователя точно так же, как и в любом фотоаппарате.
2. Преобразователь усиливает полученное изображение, делая его четким и ярким.
3. Пользователь видит в объективе необходимое изображение.

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.

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.

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.

Назначение

Для охотников этот атрибут незаменим. Бинокль ночного видения предназначен для наблюдения за предметами в темное время с близкого расстояния, поэтому для них не существенно, насколько он увеличивает предметы. Кратность бывает небольшой или вообще нулевой. Увеличение расстояния, с которого возможно вести эффективное наблюдение, зависит от мощности самого прибора, от того, есть ли в бинокле функции дополнительных подсветок, от степени освещенности местности естественным путем и других подобных условий. Понятно, что при светлом фоне, например, при нахождении предметов на снегу, в свете луны, значительно облегчается наблюдение в бинокли ночного видения.

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;
• бинокли;
• очки;
• прицелы.

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

Конструкция такого устройства схожа с монокулярами, однако прицел может накручиваться на оружие, а цель через него можно рассмотреть во всех мельчайших подробностях. Такой прицел зачастую применяют для гражданских целей, например, ими пользуются охотники для стрельбы в ночное время по движущимся целям. Кроме этого, военный прибор ночного видения сегодня используется во многих армиях мира. Прицелы бывают двух видов:

• прибор ночного видения цифровой;
• прицел на основе электронно-оптического преобразователя.

Принцип работы тепловизоров

Тепловизоры – это измерительные устройства, которые работают по принципу определения теплового контраста объектов. В отличии от ПНВ, тепловизоры не отражают, а показывают реальный объект в значении его температурного фона.

Допустим, если вы охотник, который использует тепловизор, вы сможете увидеть максимально точное очертание животного и малейшие детали окружающей среды вокруг объекта наблюдения. Тепловой фон животного будет контрастировать с охлажденным тепловым фоном окружающей среды.

Также для тепловизора не важны незначительные препятствия в виде листьев или камуфляжа – он сможет показать качественное отображение теплового фона и в таких условиях. Главное – это пропуская способность препятствий. Но, зачастую, даже базовые модели тепловизоров отлично справляются с незначительными преградами.

Немаловажным является то, что тепловизоры можно использовать и при плохих погодных условиях, и в дневное время суток. Это расширяет сферу применения этих измерительных устройств и поднимает их на ряд выше ПНВ.

Немного физики для лучшего понимания

Атомы находятся в постоянном движении. Они постоянно вибрируют, двигаются и вращаются. Твердые частицы всегда находятся в движении! Атомы могут принимать различные возбужденные состояния, проще говоря, они обладают разной активностью. Если атом получает слишком много энергии, то он покидает так называемый энергетический уровень основного состояния и переходит на возбужденный уровень. Уровень возбужденности зависит от количества энергии, примененной к атому. Выступать в качестве энергии может температура, свет или электричество.

Атом состоит из ядра (содержащий протоны и нейтроны) и электронного облака. Электроны движутся в этом облаке, как ядра во многих различных орбитах. Хотя некоторые ученые считают эти орбиты всего навсего различными энергетическими уровнями атома. Таким образом получается, что при воздействии на атом, некоторые его электроны из более низкой орбиты переходят на более высокий энергетический уровень, отдаляясь от ядра.

Как только электрон переходит на более высокий энергетический уровень, он пытается вновь вернуться к своему основному состоянию. В результате такого процесса электрон выпускает свою энергию в качестве фотона – частицы света. Возбужденные электроны обладают большей энергией, чем расслабленный электрон. Освобожденный фотон имеют свою определенную длину волны (цвет), которая зависит от состояния энергии электрона, когда происходит освобождение фотона.

Все живое на Земле использует энергию, как и некоторые неодушевленные объекты, такие как двигатели и ракеты. В результате употребления энергии вырабатывается тепло. Тепло, в свою очередь, заставляет атомы в объекте излучать фотоны в тепловом инфракрасном спектре. Чем горячее объект, тем короче длина волны инфракрасного фотона. Некоторые горячие объекты способны даже излучать фотоны в видимом спектре, от красного, оранжевого, желтого, синего и до белого цветов.

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.

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.

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:

1. Диаметр объектива
   . Линзовый должен собрать как можно больше света от наблюдаемого объекта, поэтому для получения яркой картинки нужно выбирать прибор с большим объективом.
2. Поле зрения
   . Указывается в градусах, при этом, чем больший этот показатель, тем лучше будет работать прибор.
3. Фокусировка
   . Этот показатель имеет определенный диапазон, который должен соответствовать требованиям потребителя. При проблемах со зрением необходимо уточнить, имеет ли прибор современного ночного видения диоптрийную коррекцию окуляра.
4. Разрешающая способность
   . Она измеряется в количестве штрихов в одном миллиметре. Мелкие детали лучше рассмотреть в ПНВ с высоким разрешением.
5. Габариты и вес
   . Особенно важен этот показателей для прицелов, которые могут существенно утяжелять винтовку. Оптимальную конструкцию будут иметь модели с более дорогим прибором.

Общее устройство цифровых приборов

В общем случае, цифровой прибор ночного видения состоит из объектива, светочувствительного сенсора, блоков электронной обработки изображения и управления, дисплея и окуляра.

Энергоснабжение цифровых приборов НВ осуществляется от сменных элементов питания (батарей), аккумуляторов того же типоразмера или встроенных аккумуляторов. Приборы могут оснащаться разъемом для подачи питания от внешних источников (например, бортовая сеть автомобиля, компактные внешние аккумуляторы).

Для работы в условиях низких освещенностей цифровые ночные приборы часто оснащаются встроенными инфракрасными осветителями на основе лазерных или светодиодных источников. Для повышения удобства использования цифровые ПНВ могут включать в свой состав систему беспроводного управления основными функциями прибора — в этом случае пользователь может управлять прибором с помощью беспроводного пульта дистанционного управления (ПДУ).

Как в любом оптическом наблюдательном приборе, объектив предназначен для проецирования изображения на сенсор, который, в свою очередь, преобразует отраженный от объекта наблюдения свет в электрический сигнал.

В качестве светочувствительного элемента в цифровых приборах ночного видения применяются сенсоры CCD (ПЗС) или CMOS (КМОП).

СЕНСОР CMOS

СЕНСОР CCD

Обычно блок электронной обработки состоит из одной или нескольких плат (в зависимости от компоновки прибора), на которых расположены специализированные микросхемы, осуществляющие обработку сигнала, считанного с сенсора, и дальнейшую передачу сигнала на дисплей, где и формируется изображение наблюдаемого объекта. На платах располагаются основные органы управления прибором, а также реализуется схема электропитания, как прибора в целом, так и отдельных цепей схемы. В связи с тем, что в цифровых наблюдательных приборах применяются микродисплеи, для наблюдения изображения используется окуляр, работающий как лупа и позволяющий комфортно рассматривать изображение с увеличением. Наиболее часто в цифровых приборах ночного видения применяются жидкокристаллические (ЖК) дисплеи просветного типа (с обратной стороны дисплей подсвечивается источником света) или OLED-дисплеи (при пропускании электрического тока вещество дисплея начинает излучать свет). Применение OLED — дисплеев имеет ряд преимуществ: возможность эксплуатировать прибор при более низких температурах, более высокая яркость и контраст изображения, более простая и надежная конструкция (отсутствует источник для обратной подсветки дисплея, как в ЖК-дисплеях). Кроме ЖК и OLED-дисплеев, в цифровых приборах могут применяться микродисплеи, изготовленные по технологии LCOS (Liquid Crystal on Silicone) – разновидность дисплеев отражательного типа. В отличие от приборов ночного видения на базе электронно-оптических преобразователей (назовем их аналоговыми), цифровые приборы ночного видения позволяют реализовать большое количество пользовательских настроек и функций. Например, регулировка яркости, контраста изображения, изменение цвета изображения, ввод в поле зрения различной информации (текущее время, индикация разряда батарей, пиктограммы активированных режимов и т.п.), дополнительное цифровое увеличение, функция «картинка в картинке» (позволяет в отдельном небольшом «окне» выводить в поле зрения дополнительное изображение объекта целиком или какой-то его части, в том числе увеличенное), временное отключение дисплея (для энергосбережения и маскировки наблюдателя за счет исключения свечения работающего дисплея).

В цифровых приборах могут быть легко реализованы такие функции как беспроводная (например, WI-FI) передача информации (фото, видео) на внешние удаленные приемники; интеграция с лазерными дальномерами (с вводом информации от дальномеров в поле зрения прибора), GPS-датчиками (возможность фиксации координат объекта наблюдения). Также к преимуществам цифровых приборов следует отнести способность работать в условиях дневной освещённости, не боясь вспышек света и интенсивных источников освещения, которые могут повредить прибор ночного видения на базе ЭОП. Прицельная метка в цифровых прицелах, как правило, «цифровая», т.е. изображение метки во время обработки видеосигнала накладывается поверх изображения, наблюдаемого на дисплее, и перемещается электронным образом, что позволяет исключить из состава прицела механические узлы ввода поправок, входящие в состав ночных аналоговых или дневных оптических прицелов и требующие высокой точности изготовления деталей и сборки этих узлов. Дополнительно это исключает такой эффект, свойственный оптическим или ночным аналоговым прицелам, как параллакс, т.к. изображение объекта наблюдения и изображение прицельной сетки находятся в одной плоскости – плоскости дисплея.

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ЦИФРОВЫХ ПРИБОРОВ НОЧНОГО ВИДЕНИЯ

Другие типы ПНВ

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

• Тепловизоры. Улавливают тепловое излучение в условиях, когда ЭOП бесполезен, в тумане или дымовой завесе. Позволяют различить животное в камышах или высокой траве, но не подходят для охоты в жару, при температуре выше 35°С.
• Цифровые устройства. Работают по принципу видеокамеры — светочувствительная матрица преобразует свет цифровой сигнал. Он передаётся на экран, с которого изображение выводится в окуляры.

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

Типичные ПНВ для систем охраны и безопасности

Рассмотрим сначала портативные ПНВ. К ним относятся ночные монокуляры (НМ) и очки ночного видения (ОНВ).

Ночные монокуляры

НМ при наблюдении может удерживаться в руке или крепиться на шлеме либо на специальном универсальном ременном оголовье. По желанию заказчика предусмотрена возможность закрепления НМ на шлемах (касках) различных конструкций с помощью специального универсального крепления.

Рис. 1. НМ «Альфа-90223» и насаженный на его корпус с помощью крепления «ласточкин хвост» ИК-осветитель «Альфа-8111-2» (справа)

НМ «Альфа-9022» (рис. 1) [2] имеет дальность распознавания ростовой фигуры человека (РФЧ) при уровне естественной ночной освещенности (ЕНО), равном 3?10–3 лк (безоблачная звездная ночь), Dрас. = 200 м, угол поля зрения 2? = 40°, увеличение Г = 1? для обеспечения нормальной пространственной ориентации. Прибор формирует изображение высокого качества, равномерное по всему полю зрения, благодаря использованию в его конструкции ЭОП 2+ или третьего поколения. В ЭОП использован микроканальный усилитель, встроенный высоковольтный источник питания, автоматическая регулировка яркости и защита от мощных источников засветки. Для повышения дальности действия до 300 и 400 м монокуляр может комплектоваться оптическими афокальными насадками с Г = 2,5? и, соответственно, Г = 4?, адаптером, позволяющим вести ночную видео- и фотосъемку (рис. 2), а также внешним ИК-осветителем «Альфа-8011» (рис. 3), позволяющим значительно улучшить видимость через НМ в условиях низких уровней естественного ночного освещения и обеспечить видение в полной темноте на дальности до 150 м. При работе в «полной» темноте на небольших расстояниях (до 10 м) предусмотрена встроенная система местной ИК-подсветки в угле подсвета 40°. В конструкции НМ предусмотрена наводка в пределах ±4 диоптрии и фокусировка объектива в пределах 0,25 м–?. Такая перефокусировка необходима для наблюдения как удаленных, так и близлежащих объектов (например, карты местности, инструмента для ремонта, приборной панели). Напряжение питания составляет 2,5 В, масса НМ 0,35 кг, его габариты 115?70?40 мм. Конструкция НМ обеспечивает необходимую защиту от пыли и влаги, соляного тумана.

Рис. 2. Сопряжение НМ «Альфа-9022» с видеокамерой с помощью специального адаптера

Светодиодный ИК-осветитель «Альфа-8111» [2] выпускается в двух модификациях: «Альфа-8111-1» и «Альфа-8111-2». Они имеют мощность излучения 35 и 20 мВт на длине волны 820 нм при токе питания 250–350 мА и 160–220 мА соответственно. Остальные их параметры идентичны: угол подсвета 4–9°, напряжение питания 3 В, габариты ?22?120 мм, диапазон рабочих температур –40…+40 °С. Осветитель снабжен креплением, обеспечивающим быстрый съем и установку на ПНВ. ИК-осветитель «Альфа-8011» предназначен для подсвета объектов, наблюдаемых в ночное время при недостаточной естественной освещенности: облачное небо при отсутствии света луны и звезд, складки рельефа местности, лесной массив, подвал и т. д.

Рис. 3. Светодиодный ИК-осветитель «Альфа-8111-1»

Для совместной работы с НМ или с ОНВ используются лазерные целе­указатели (ЛЦ), монтируемые на индивидуальном оружии (например, автомате). ЛЦ предназначен для ведения прицельной стрельбы из огнестрельного оружия с использованием наголовного ПНВ в условиях пониженной естественной освещенности ночью и в сумерках. ЛЦ служит для создания на цели светового пятна (пятна подсвета), наблюдаемого в ПНВ, но практически невидимого невооруженным глазом. ЛЦ «Альфа-7115» (рис. 4) [2] обеспечивает плавное изменение интенсивности излучения до 50 раз в зависимости от конкретных условий наблюдения цели и пятна подсвета. Контроль режимов работы и разрядки источников питания обеспечивают встроенные светодиодные индикаторы. ЛЦ имеет мощность излучения 2 мВт, рабочую длину волны 850 нм, угловую расходимость излучения 0,5 мрад, напряжение питания 2,4–3 В (два элемента типа АА), массу 0,31 кг, габариты 120?110?42 мм. ЛЦ предназначен для работы в диапазоне температур –40…+50 °С и относительной влажности до 98%. По желанию заказчика кнопка включения целеуказателя может жестко устанавливаться на крепежном кронштейне либо размещаться на гибком выносном манжете.

Рис. 4. Лазерный целеуказатель «Альфа-7115»

Комплекс прицельный универсальный ночного видения КПУ НВ «Альфа-1962» (рис. 5) [2] предназначен для ведения прицельной стрельбы из огнестрельного оружия, чтения карт, вождения транспортных средств, ремонтных работ и т. д. в условиях пониженной освещенности ночью и в сумерках. Комплекс незаменим для бойцов спецподразделений служб безопасности. В состав комплекса входят:

• НМ «Альфа-9022»;
• ЛЦ «Альфа-7115»;
• насадка афокально-оптическая с Г = 4?;
• ИК-осветитель «Альфа-8111-2»;
• нашлемное крепление;
• зарядное устройство.

  Рис. 5. Ночной прицельный комплекс «Альфа-1962» в рабочем положении

НМ «Альфа-9022» крепится на специальном оголовье или защитном шлеме-каске. Крепление допускает быстрый перевод НМ из рабочего положения в нерабочее и наоборот. НМ может использоваться и независимо от шлема, «с руки». В этом случае он комплектуется внешним ИК-осветителем «Альфа-8111» для видения в абсолютной темноте на дальности до 150 м, а также оптической афокальной насадкой с Г = 4? для увеличения дальности видения в 1,5 раза. Кроме того, по желанию заказчика НМ может укомплектовываться адаптером, дающим возможность вести ночную видео, и фотосъемку. ЛЦ создает ИК-пятно подсвета, наблюдаемого в НМ «Альфа-9022», но практически невидимое невооруженным глазом. Достаточно придать оружию положение, при котором пятно подсвета совпадает с целью, и можно открывать огонь. Это позволяет вести стрельбу из любого положения оружия и с ходу. Устройство зарядное обеспечивает зарядку аккумуляторов первичных источников питания НМ, ЦЛ и осветителя от напряжения 12 и 27 В, ~220 В, 50 Гц.

Рис. 6. Псевдобинокулярные ОНВ ПН-14К

Очки ночного видения

Различают бинокулярные и псевдо­бинокулярные ОНВ (табл. 1) [1]. Бинокулярные ОНВ состоят из двух идентичных ночных каналов под правый и левый глаз оператора. Каждый канал состоит из объектива, ЭОП и окуляра. В ОНВ обеспечивается плавная регулировка расстояния между зрачками глаз (базы глаз) в пределах 52–72 мм. Бинокулярные ОНВ формируют стереоскопическое изображение. Это удобно для ночного вождения транспортных средств. Однако наибольшее распространение получили псевдобинокулярные ОНВ, в особенности для обеспечения охраны и безопасности. В них используется один объектив и один ЭОП. С экрана последнего изображение разводится на оба глаза с помощью псевдобинокулярного микроскопа. По сравнению с бинокулярными такие ОНВ обладают минимальной массой и стоимостью. Примером псевдобинокулярных ОНВ может служить модель ПН-14К (рис. 6) [3]. Если вместо объектива с фокусным расстоянием 27 мм поставить зеркально-линзовый объектив с фокусным расстоянием 100 мм, то данные ОНВ преобразуются в ночной бинокль (рис. 7) [3].

Рис. 7. Псевдобинокулярные ОНВ ПН-14К с зеркально-линзовым объективом

Таблица 1. Характеристики различных ОНВ

Модель	GN-2	Lucie	1ПН105*	AN/GVS-21*	ПН-14К**	ПН-14К***
Страна–изготовитель	Норвегия	Франция	Россия	США	Россия
2?, град	40	50	45,5 (по горизонту), 38 (по вертикали)	40±2 (канал на базе ЭОП); для дневного канала — 165 по горизонту и 90 по вертикали	40 при ЕНО = (3–5)?10–3 лк	10
Напряжение питания, В	3	1,5–3,6	1,1–1,6	1,5–3,6	1,5 (один элемент типа АА)
Диапазон диоптрийной регулировки	(–6)–(+2)	(–5)–(+3)	±4		±4
Dрас., м			200		180	350 при ЕНО = (3–5)?10–3 лк
Увеличение (Г)					1?	3,6?
Диапазон рабочих температур, °С					–35…+35
Вес, кг	0,45	0,39	0,55	0,76	0,53 (с оголовьем 0,77)	0,88
Габариты, мм		155?73?58	116?116?68		182?124?64	250?124?75

Примечание: * — низкопрофильные, ** — псевдобинокулярные, *** — в виде бинокля после замены объектива с фокусным расстоянием 27 мм на зеркально-линзовый с фокусным расстоянием 100 мм.

Общим недостатком наиболее распространенных традиционных ОНВ являются их значительные продольные габариты. Из-за них возникает большой опрокидывающий момент. Он создает нагрузку на шейные и лицевые мышцы оператора, вызывая утомление. Поэтому усилия разработчиков направлены на создание низкопрофильных («плоских») ОНВ с минимальным продольным габаритом. Типичными их представителями являются ОНВ GN-2 фирмы Simrad (Норвегия) [4] и ОНВ Lucie фирмы ANGENIEUX (Франция) [5]. Расстояние от первой поверхности ОНВ до зрачка глаза не превышает 80 мм, в то время как для традиционных ОНВ этот габарит колеблется от 135 до 200 мм. В России созданы низкопрофильные ОНВ 1ПН105 (рис. 8).

Рис. 8. Низкопрофильные ОНВ 1ПН-105

В США созданы низкопрофильные ОНВ AN/GVS-21 (рис. 9) [7]. Они предназначены для бойцов спецподразделений. Благодаря окулярной системе ОНВ имеют низкий профиль и, соответственно, продольный габарит не более 80 мм. ОНВ допускают «сквозное» видение за счет наличия дневного канала с Г = 1?. В их состав входит модуль цветного OLED-дисплея, на который передается тепло­визионное изображение. При этом наблюдатель одновременно видит совмещенное изображение сцены с экрана ЭОП и тепловизионное изображение объекта наблюдения. Пределы фокусировки 0,33 м–?, разрешение 1,25 штр/мрад, диапазон регулировки базы глаз 55–75 мм. Возможен монокулярный вариант построения прибора.

Рис. 9. Дневно-ночные ОНВ AN/GVS-21

Бинокль «день–ночь»

Бинокль «день–ночь» БДН-9С (рис. 10) [7] предназначен для круглосуточного ведения визуальной разведки местности, обнаружения и распознавания целей в дневных условиях и в условиях ЕНО. Дневной светосильный канал БДН построен по классической стереоскопической схеме. В ночном канале БДН применен малогабаритный герметизированный ЭОП поколения 2+ с прямым переносом изображения, с микроканальным усилением и встроенным высоковольтным источником питания. Усиленное по яркости изображение предметов на экране ЭОП рассматривается далее наблюдателем с помощью оптической системы, состоящей из проекционного объектива, отражателя, оборачивающих линзовых систем и окулярных блоков. Включение и выключение ночного канала БДН производится поворотом ручки переключения режимов работы. Дальномерная сетка БДН позволяет определять расстояние до объектов при работе как дневным, так и ночным каналами. Характеристики БДН-9С приведены в таблице 2.

Рис. 10. Бинокль «день–ночь», модель БДН-9

Таблица 2. Характеристики бинокля «день–ночь» БДН-9С

	Дневной канал	Ночной канал
Дальность обнаружения РФЧ, м (не менее)	850
Распознавание РФЧ, м (не менее)	500
Увеличение (Г)	14,5?	5?
2?, град	4,5	14
Питание, В	3 (два элемента типа АA)
Регулировка по базе глаз (в пределах 56–74 мм)	вращение окулярных блоков
Диоптрийная регулировка	вращение окулярных муфт
Диапазон температур окружающей среды, °С	50…+50
Относительная влажность воздуха, % (при температуре +25 °С)	до 100
Разрешающая способность	5»	60»
Вес, кг	1,55
Габариты, мм	235?168?74

Активно-импульсные приборы ночного видения

Все указанные выше ПНВ не могут работать при пониженной прозрачности атмосферы (дымка, туман, дождь, снегопад, пыльная буря и др.) и при воздействии мощных световых помех (фары встречного транспорта, излучение прожекторов и др.). Для преодоления этого недостатка были созданы лазерные активно-импульсные приборы ночного видения (АИ ПНВ). Их принцип действия основан на импульсном подсвете наблюдаемого объекта излучением импульсного лазерного осветителя и синхронизированным с ним импульсным управлением (стробированием) ЭОП [1]. АИ ПНВ могут работать в пассивном (без подсвета) режиме, в активно-непрерывном режиме (работает осветитель, ЭОП не стробируется) и в активно-импульсном (АИ) режиме (работает осветитель, ЭОП стробируется). Характеристики АИ ПНВ моделей ННП-130 («НИИ «Полюс» [9]) и «Титан 720» («Медитон» [10]) приведены в таблице 3. Внешне АИ ПНВ выглядят так же, как ночной бинокль с осветителем. Благодаря высокой степени защиты от световых помех АИ ПНВ могут работать даже в дневных условиях (в АИ режиме).

Таблица 3. Характеристики активно-импульсных ПНВ

Характеристики	Модель
ННП-130	Титан 720
Dрас., м	Пассивный режим	300–400	500
АИ режим	800	1000
2?, град	Пассивный режим	8	15°
АИ режим	2?1	4,8?2,4
Напряжение питания, В	10–14	9–12
Энергопотребление, Вт	3,5	14,4
Вес, кг	3	2
Габариты, мм	300?160?110	330?170?85

Прибор ночного видения своими руками

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

1. Экран для наблюдения – его можно снять со старой видеокамеры.
2. Видоискатель – может быть черно-белым или цветным.
3. Камера – та, которая идет в комплекте с видеокамерой для изготавливаемого прибора не подойдет, нужную можно купить в магазине, где продаются системы видеонаблюдения.
4. 4-6 инфракрасных излучателей – приобретаются в магазине радиотоваров.

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.

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.