Видеть днем ​​и ночью, водить машину с выключенным светом или даже обнаруживать движение вне зоны видимости в любую погоду? Да, мы собираемся поговорить об оптике «ночного видения», определить, как и благодаря какому физическому принципу может существовать эта технология, рассмотрим ее работу - с ее эволюцией с момента ее создания и, наконец, ее различные возможные применения (и их пределы) . По определению, покупка очков ночного видения - это инвестиция. Изделие (очки, бинокль, бинокль и т. Д.) Должно соответствовать наиболее универсальному использованию, по оптимальной цене и с максимально возможным сроком службы.

Почему человек не видит ночью?

Ну, мы исключаем вампиров и других оборотней, это особый случай. Человеческий глаз состоит из двух типов клеток (фоторецепторов, выстилающих нижнюю часть сетчатки):

  • Конусы - чтобы различать цвета

  • Палочки - для установки яркости

Когда уровень света падает, реагируют только палочки - в 1000 раз более чувствительные, чем колбочки и от 92 до 100 миллионов для человека (по сравнению с кошкой, у которой их около 150 миллионов и которая является никталопом). Это объясняет, почему ваше зрение переходит в «черно-белый» режим. Точно так же объекты кажутся «размытыми», потому что передача фоторецепторов на зрительный нерв менее эффективна с помощью стержней. В основном, чтобы активировать способность к естественному «ночному видению» и пропустить остаточный свет, зрачок расширяется и «активирует» стержни. Но с пределом, не позволяющим эффективное ночное видение.

Ячейки, обрабатывающие свет в вашем глазу:
клетки обработки света в человеческом глазу

Что такое инфракрасный?

Это происходит на атомном уровне! Атом (состоящий из нейтронов, протонов и «облака» электронов - это интересующая нас часть - которые движутся вокруг ядра атома) находится в вечном движении, даже на теле. (объект) твердое тело. В зависимости от уровня возбуждения (в зависимости от приложенной к нему энергии и поглощаемой им энергии, например, тепла) его электроны переходят из «пассивного» состояния в «возбужденное» состояние. и удаляйтесь от ядра, чтобы достичь орбиты с большей энергией. Возбужденные электроны (которые получают энергию, превышающую их возможности) через определенное время вернутся на свою «естественную» орбиту вокруг ядра. Этот «скачок» между двумя орбитами вызовет электромагнитное возмущение (излучение) и «высвободит» эту избыточную энергию (которая будет равна поглощенной энергии) в виде фотонов (и электромагнитной волны - согласно принцип дуальности волна-частица). Это высвобождение в форме волны И фотонов, следовательно, количественно определяется электромагнитным спектром (для простоты мы выразим его в метрической системе).

Атом 1, его ядро ​​и его электроны (окружности вокруг ядра - это орбиты 3, «используемые» электронами в зависимости от их состояния возбуждения)
Атом 1 и его электроны
  • ИНФРАКРАСНЫЙ ВОЛНОВОЙ ДИАПАЗОН расширяет от 0,7 до 100 мкм
  • ВИДИМОЙ ВОЛНОВОЙ ДИАПАЗОН варьируется от 0,38 до 0,7 мкм
  • НАХОДЯТСЯ НА ГАММЕ, Х, УЛЬТРАВИЛЕ и РАДИО ЛАЙСАХ, здесь нет интереса

Что нас интересует в технологиях, используемых в ночном видении и тепловизоре, так это инфракрасный диапазон волн, разделенный (системой CIE) на 4 спектральных диапазона:

  • Вблизи инфракрасного: от 7μm до 1,6μm
  • Средний инфракрасный: от 1,6 до 4 мкм
  • Тепловая инфракрасная: от 4 до 15 мкм
  • Дальний инфракрасный: от 15 до 100 мкм

Именно благодаря этим различным диапазонам волн работают ваш пульт дистанционного управления, ваша светодиодная лампа, наведение ракет, тепловизионные камеры, лазеры ... и множество других приложений!

 Электромагнитный спектр

электромагнитный спектр

Что такое остаточный свет?

Абсолютно необходим для работы ваших очков (без остаточного света - и, следовательно, без фотонов, невозможно ночное видение), излучаемого солнцем, луной, звездами - и всеми источниками света в городских районах (общественное освещение , автомобильные фары, световые вывески), которые образуют световой ореол на обширной территории - остаточный свет - это набор фотонов, которые блуждают по пространству, в котором вы находитесь (со скоростью света в другом месте) днем ​​и ночью. Усиливая этот свет (ночью, очевидно, для ночного видения) с помощью фотокатода и фосфоресцирующего экрана, мы восстановим изображение (более или менее хорошего качества в зависимости от " генерация »трубки, содержащей фотокатод).

Теперь, когда физический принцип которая позволяет установить технологию «ночного видения», мы сможем объяснить, как она работает!

Как работает телескоп ночного видения?

Как видно выше, основной принцип (для очков с пассивной оптикой) заключается в максимальном усилении остаточного света для визуализации изображения с наилучшей четкостью и наилучшей возможной яркостью. Я лишь быстро (и в главе «Инфракрасный фонарик») займусь активным использованием инфракрасного излучения, поскольку эта технология потенциально опасна при тактическом использовании.

  1. Линза (в передней части телескопа) фиксирует остаточный свет и часть спектра ближнего инфракрасного излучения и направляет их на электронную трубку (фотоумножитель).
  1. Прохождение через фотоумножитель света (фотоны) поражает фотокатод и, таким образом, генерирует электроны с помощью фотоэлектрического эффекта.
  1. Электроны проецируются на пластину - поляризованную электродами - микроканалов, MCP (которая считается пластиной фотоумножителя). Построен таким образом, чтобы облегчить столкновение (каждый микроканал ориентирован под более-менее важным углом - от 5 до 8 °) и уменьшить «шум». Когда первые электроны попадают в микроканалы, они ударяются о их стенки и вызывают испускание других электронов, которые, в результате эффекта усиления, в свою очередь, ударяются о стенки микроканалов, создавая тем самым d 'другие электроны.
  1. Электроны (теперь насчитывающие несколько тысяч) пройдут через фосфоресцирующий экран. Благодаря полученной кинетической энергии электроны (которые сохранили структуру исходных фотонов, что позволит восстановить изображение) будет возбуждать атомы фосфора ... которые высвобождают фотоны. Этот свет, возвращаемый через линзу, будет составлять окончательное изображение, которое вы визуализируете «зеленым» из-за свойств люминофора. Объектив должен обеспечивать фокусировку (и, возможно, увеличение) для достижения наилучшего качества.
    1. Следует отметить, что видение «в зеленом» обусловлено выбором производителем определенного фосфора - человеческий глаз, более чувствительный к зеленому, был решением для (более или менее) оптимального контраста при a. контролируемая стоимость.

Схематическая работа телескопа ночного видения (по крайней мере, поколение 2)

диаграмма работы телескопа ночного видения

Так почему же у очков ночного видения несколько «качеств»?

Как и в случае любого человеческого изобретения, мы будем постоянно стремиться к улучшению возможностей технологии. Благодаря физике, биологии или химии, благодаря опыту, полученному пользователями, и просто благодаря возможности создания частей, которая улучшается с появлением связанных технологий.

Что касается ночного видения, то в основном это позволило улучшить:

  • Улучшение фотокатода и его чувствительность (через поколения 2 и 3)

    • Это последовательное S1 фотокатод, S20, S25 Фотокатоды и арсенида галлия (GaAs) - что повышает чувствительность в спектральном диапазоне видимого и ближней инфракрасной области спектра
  • Вставка плиты микроканала (из поколения 2)

    • Это позволит генерировать гораздо большее количество электронов (по сравнению с генерацией 1) и, следовательно, улучшать усиление и качество рендеринга изображения.
    • На трубке для генерации 3 прикрепляется ионная фильтровальная пленка (чтобы защитить катод от воздействия нежелательного источника света). Это уменьшает количество генерируемых электронов и увеличивает видимый ореол на светлых пятнах. Напротив, пленка значительно улучшает срок службы трубки
    • На трубке поколения 3 отвечают стандартам OMNI-V - VII, интегрирующий более тонкий ионный фильтр - улучшено SNR и чувствительность к свету - за счет жизни
  • Функция "АВТОМАТИЧЕСКАЯ" (из поколения 3)

    • Эта функция управляет очень быстрым (порядка миллисекунды) способом подачи трубки. Как только на трубку попадает «агрессивный» источник света, питание немедленно отключается, что сохраняет лампу и ее срок службы.
  • Разрешение (определяется измерением в линейной паре на мм)

    • Вкратце - и очень лаконично - это улучшает вашу визуализацию тонкости деталей
  • Улучшение ОСШ (Сигнальное радиошум)

    • Это соотношение между напряжением сигнала (электрического сигнала вашей трубки) и шумом, который он генерирует. В основном это «снег» (мерцание), появляющийся на изображении. Разница между хитами поколения 1 и поколения 3 очевидна.

Различные поколения труб

Рендеринг изображений различных поколений ламп (термин «генерация 4» используется слишком часто и соответствует стандартизированному поколению 3). Omni-VII)

рендеринг изображений различных поколений трубки

Генерация 0

В 1929 венгерский физик Калман Тиханьи представляет принцип ночного видения (на благо британской армии). Из 1935 немецкая фирма (AEG, которая до сих пор существует) развивает технологию ночного видения параллельно с США. Во время второй мировой войны эти две страны будут использовать возможности ночного видения в бою, на бронетехнике, а также на стрелковом оружии. США разработают концепцию и будут продолжать использовать ее во время Корейской войны. Используемая технология активна - она ​​проектирует широкий инфракрасный луч

Генерация 1 (и 1 +)

До сих пор наиболее часто используется во всем мире! Разработанный в 60-е годы и использовавшийся во время войны во Вьетнаме США, он использует первую «пассивную» лампу с усилением света с фотокатодом S20 (для Увеличение усиления приблизительно x1000). Изображение четкое и предлагает хороший контраст в центре изображения, с искажениями по краям и отношением сигнал / шум, которое создает помехи - «снег» - на визуализированном изображении. Лампы поколения 1, предлагаемые в настоящее время производителями, в основном поступают со склада в бывшем Советском Союзе, что весьма положительно. В время жизни этой трубки будет около 4000 часов (плюс или минус) активного использования et можно будет работать только с высоким уровнем остаточного света (видимая луна), за исключением случаев использования ИК-фонарика в сочетании с телескопом.

Так называемая трубка «поколения 1+» - это не что иное, как трубка поколения 1, улучшенная для обеспечения лучшего качества изображения (Armasight Core или Pulsar Edge) с оптимизированным разрешением.

  • Определение: от 35 до 60 пар линий на мм
  • Средний срок службы: около 4000 часов
  • Фотокатод: S20
  • Усиление: около 1000x - требуется высокий уровень остаточного света
  • Средняя цена: от 150 до 700 евро - в зависимости от типа прицела (монокуляр, бинокль, прицел, с увеличением или без увеличения и т. Д.)

Генерация 2 (и 2 +)

Это второе поколение представляет MCP (микроканальную пластину) и фотокатод S25, обеспечивающие усиление до 20000 45 раз, значительное улучшение отношения сигнал / шум, разрешение (минимум 1 пар линий на мм) и чувствительность к яркости - добавление ИК-фонарика больше не потребуется, а уровень остаточного света должен быть намного ниже для визуализации изображения, превосходящего поколение XNUMX. Люминофорный экран может использовать ( согласно заявлению производителя) люминофор, который улучшает контраст зеленого «цвета» и, следовательно, обеспечивает более высокий уровень детализации.

Так называемая лампа поколения «2+» (действительно) оптимизирует разрешение (в среднем 60 пар линий на мм), SNR увеличивается до точек 10 по сравнению с пробойной камерой 2 и чувствительность проходит 400-800 мкА / лм (для чувствительности 500-600 мкА / лм для генерации 2 и фотокатодом S25). Трубка поколения 2 + с качественными компонентами значительно ближе к трубам поколения 3.

  • Определение: от 45 до 73 пар линий на мм
  • Средний срок службы: около 10000 часов
  • Фотокатод: S25
  • Усиление: прибл. 20000x - требуется низкий уровень остаточного света
  • Средняя цена: от 900 до 2500 евро - в зависимости от типа прицела (монокуляр, бинокль, прицел, с увеличением или без увеличения и т. Д.)
  • FOM (Figure Of Merite): с 810 до 2044 (теоретически - на самом деле максимум 1800)

Генерация 3 (и стандартизованная 3 Omni-VII)

Интеграция фотокатода, сделанного из арсенида галлия (улучшает чувствительность к дальнему инфракрасному диапазону, но является более «хрупким», чем фотокатоды типа S25) и покрытого МКП «второго поколения» пленка фильтра (которая защищает катод от ионов) - это уменьшает количество генерируемых электронов и увеличивает ореол, видимый вокруг световых точек - позволяет увеличить срок службы трубки (до 20000 часов) и а усиление остаточного света от 30 до 50000x. Чистота изображения и прорисовка деталей примерно в 3 раза лучше, чем у трубки поколения 2, но ваш глаз будет нечувствителен к этой оптимизации (или в меньшей степени); С другой стороны, исключительная чувствительность к световому потоку позволяет использовать очки в условиях очень плохого остаточного освещения. Функция «AUTO GATED» предохраняет трубку от случайного воздействия агрессивного и внезапного освещения, сохраняя при этом рендеринг изображения - что будет важно для оператора в бою, который без AUTO GATED может быть ослеплен. внезапными взрывами, взрывами, пожарами ...

Пробная труба 3, стандартизованная американским военным стандартом Omni (уровень VII), в первую очередь улучшает MCP с более тонкой фильтровальной пленкой, чем на обычной трубке для генерации 3 (при сохранении элементов трубки поколения 3i). Это изменение, которое сокращает срок службы трубки до примерно 15000 часов, значительно увеличит определение и рендеринг изображения, разрешение и уровень контрастности. Обычно зарезервировано для использования в военных целях, с усилением усиления от 80 до 120000x (теоретическое - но оно по-прежнему действительно впечатляет).

Следует отметить, что некоторые производители предлагают люминофорные лампы P43, которые предлагают «черно-белую» или даже «голубоватую» визуализацию для лучшего обзора контрастов и деталей изображения.

Следует отметить, что в зависимости от уровня стандартизации США (от уровня II до VII) фильтровальная пленка MCP будет иметь более или менее четкое и подробное изображение. Некоторые трубки поколения 3 предлагаются без пленки (без пленки). Оформление изображения значительно улучшено, но срок службы трубки, очевидно, сокращен. 

  • Определение: от 57 до 73 пар линий на мм
  • Средний срок службы: от 20000 15000 до XNUMX XNUMX часов
  • Фотокатод: арсенид галлия
  • Интенсификация: от 30 до 120000x (очень теоретический) - требует очень низкого уровня остаточного света
  • Средняя цена: от 2300 до 6000 евро - в зависимости от типа телескопа (монокуляр, бинокль, оптический прицел, с увеличением или без увеличения и т. Д.) И используемых комплектующих.
  • FOM (показатель заслуг): с 1400 до более 2000

Для монтажа на пушках, ПОНАДОБИТСЯ сделать выбор окна противостоять SHIP Способных труб в снижении в КЛАССЕ назначения ОРУЖИЯ - ЭТО для защиты Трубки ЖИЗНИ И визуализации изображения. ПРИ ВОЗНИКНОВЕНИИ CONTACT.

Специальный случай цифрового ночного видения

Технология, идентичная той, что используется в вашей камере, ваших цифровых камерах наблюдения, вашей веб-камере или цифровой камере: CCD или CMOS, модифицированные так, чтобы они были чувствительны не к видимому спектру, а к инфракрасному спектру и преобразуются в цифровой сигнал . Цифровой сигнал усиливается и затем передается на ЖК-экран, на котором вы просматриваете изображение. Отсутствие люминофорного экрана приведет к удалению черно-зеленого изображения, чтобы сделать черно-белое изображение.

Подобно лампе поколения 1, цифровой зум для ночного видения может только усилить остаточный свет без интеграции PCM. Фактически вам понадобится либо существенный остаточный свет (полная луна ...), либо (например, камера с защитой) ИК-диоды или ИК-фонарик. Необходимо отметить, что любое инфракрасное излучение можно обнаружить. Из-за подобных ошибок глупо быть снайперским выстрелом.

Усиление будет идентично (или даже больше) лампе поколения «1+» (т.е. 1000x) с лучшим рендерингом изображения - в частности, из-за отсутствия искажений по краям.

Его самым решающим преимуществом является то, что, очевидно, ограничения, связанные с трубами, исчезают. Вы можете использовать телескоп без риска, ни для глаз, ни для устройства, Также будет намного проще использовать все преимущества цифровой камеры (запись изображений или видео, интеграция дальномера, барометра ...).

Этот тип продукта идеально подходит для использования «на отдыхе» или для охраны территорий с «низкой» бдительностью и в бою с низкой интенсивностью. ЭТО БУДЕТ ИЗБЕЖАТЬ БОРЬБЫ ПРОФЕССИОНАЛЬНЫХ И ОБОРУДОВАННЫХ СОЛДАТОВ.

ЧТО НЕОБХОДИМО ВЫБРАТЬ ОЧКИ ДЛЯ НОЧНОГО ВИДЕНИЯ:

  • Простая логика: сделанные вложения должны быть связаны с предстоящей миссией (ями)
  • Каждая трубка имеет срок годности - поэтому профессиональное использование должно включать в себя порог восстановления устройства
  • Всякий раз, когда это возможно попытаться выбрать телескоп, который является универсальным (может быть использован вручную, который крепится на шлем и оружие, например) - для очень конкретных целей, за исключением (снайперская ...)
  • Определите общее качество телескопа благодаря его FOM (Figure Of Merite) - обратитесь к глоссарию ниже, чтобы понять формулу

ГЛОССАРИЙ «НОЧНОЕ ВИДЕНИЕ»

  • Автоматическая регулировка яркости (ABC):

Автоматическое регулирование яркости (позволяет модулировать напряжение, передаваемое на MCP, в зависимости от интенсивности остаточной яркости).

  • Автоматическое стробирование (ATG):

Позволяет контролировать напряжение, передаваемое на фотокатод (и уменьшать или отключать цикл) во время воздействия агрессивной яркости (ночная съемка, огонь, молния, общественное освещение, гало, очищаемое по областям городские ...). Эта функция сохраняет ваше видение деталей в интенсивном свете и защищает фотокатод (который может быть постоянно деградирован без этой функции). Полезный, даже существенный, для пилотов самолетов - особенно на малой высоте - специальных сил и вмешательств в городских районах.

  • lp / mm (пары линий на миллиметр):

Единица измерения разрешения усилителя изображения. Обычно определяется из контрольной цели разрешения ВВС США 1951. Цель - это набор шаблонов разных размеров, состоящий из трех горизонтальных линий и трех вертикальных линий. Пользователь должен иметь возможность различать все горизонтальные и вертикальные линии и пробелы между ними.

  • сцинтилляционный:

Случайный и блестящий эффект во всей области изображения. Сцинтилляция, которую иногда называют «видеошумом», является обычной особенностью усилителей с микроканальными пластинами и более выражена в условиях слабого освещения.

  • Отношение сигнал / шум (SNR):

Отношение амплитуды сигнала к амплитуде шума. Если шум (см. Определение «мерцания») такой же яркий и большой, как усиленное изображение, вы не сможете увидеть изображение. Отношение сигнал / шум изменяется в зависимости от уровня освещенности, поскольку шум остается постоянным, но сигнал увеличивается (более высокий уровень освещенности). Чем выше SNR, тем лучше устройство работает в «темной» среде - с низким остаточным светом.

  • μA / lm (микроамперы Lumen):

Измерение электрического тока (мкА), создаваемого фотокатодом при воздействии измеренного количества света (люмен).

  • разрешение:

Способность усилителя изображения или системы ночного видения различать детали вашего окружения. Разрешение трубки усилителя изображения измеряется в парах линий на миллиметр (lp / мм), а разрешение системы измеряется в циклах на миллирадиан. Для любой системы ночного видения с увеличением 1 разрешение трубки останется постоянным, в то время как на разрешение другого телескопа можно повлиять путем изменения фокуса и увеличения окуляра и добавления фильтров увеличения или «ретрансляционные» линзы. Часто разрешение в одном и том же устройстве ночного видения сильно различается при измерении в центре изображения и на периферии изображения. Это особенно важно для камер, выбранных для фотографии или видео, где важно разрешение всего изображения.

  • MCP (микроканальной пластины):

Знаменитая «пластина» микроканалов, которая умножает электроны, создаваемые фотокатодом. MCP есть только в системах Gen 2 и Gen 3. MCP устраняют характеристики искажения, характерные для систем Gen 0 и Gen 1. Количество «отверстий» (микроканалов) в MCP является основным фактором при определении разрешения.

  • Добротность (FOM):

Если есть что вынести из этого сообщения в блоге, так это это! FOM определяется следующим образом: разрешение (пары линий на миллиметр) x отношение сигнал / шум. Именно по этому критерию вы будете определять «качество» трубки вашего телескопа.

Как всегда, берегитесь и будьте счастливы!

Оставить комментарий

Ваш электронный адрес не будет опубликован. Обязательные для заполнения поля помечены *

Вы можете использовать эти обзоры HTML теги и атрибуты: