Приборы ночного видения: принципы работы и характеристики

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Иркутский государственный университет путей сообщения»

(ФГБОУ ВПО ИрГУПС)

Факультет менеджмента, логистики и таможенного дела

КУРСОВАЯ РАБОТА

Приборы ночного видения: принципы работы и характеристики

Выполнил: студент гр. Т-09-2

Кузнецова А.С.

Проверил: преподаватель

Григоренко С.А.

Иркутск, 2013



Содержание

Введение

1. Теоретические основы прибора ночного

1.1 История развития приборов ночного видения

1.2 Принцип действия приборов ночного видения

2. Основные типы и характеристики приборов ночного видения

2.1 Типы приборов ночного видения

2.2 Основные характеристики приборов ночного видения

Заключение

Список использованных источников

Приложение



Введение

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 глаз воспринимает очень узкий участок, да и то, начиная с определенного уровня освещенностей: при освещенностях менее 0,01 люкс Единица измерения освещённости в Международной системе единиц (СИ), что равнозначно свету от четверти луны, 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. Позволяя «видеть» в принципиально невидимых ультрафиолетовом (далее УФ) и инфракрасном (далее ИК) диапазонах, а также усиливая во много раз яркость ночного изображения, эти приборы, в том числе приборы ночного видения, дают неоценимое преимущество их владельцам при проведении военных, поисковых, спасательных и других специальных операциях.

Одним из таких приборов, является прибор ночного видения (далее ПНВ) -- вакуумный фотоэлектронный прибор для преобразования невидимого глазом изображения объекта в инфракрасном, ультрафиолетовом или рентгеновском спектре в видимое, либо для усиления яркости видимого изображения.

На протяжении уже нескольких десятилетий приборы ночного видения занимают важное место в современной технике. За последние годы приборы ночного видения активно применяются и в гражданской технике для разведки и добычи полезных ископаемых, спасательных работ, астрономических исследований, производственного и экологического контроля, ночной навигации и вождения автотранспортных средств в специальных климатических и погодных условиях, ночной видеосъемки, работы спецслужб, правоохранительных органов и таможенных служб, для ночной охоты и рыбной ловли, в системах охраны и пожаротушения и др.

Основные требования, предъявляемые к ПНВ: обеспечение высокого качества изображения с равномерным разрешением по всему полю зрения, достаточная яркость изображения, правильное распределение яркости по области изображения, наличие автоматической регулировки яркости для защиты от сильных засветок, достаточная дальность наблюдения, прочность, защита от грязи и влаги, универсальность питания, удобство и простота эксплуатации прибора, приемлемая стоимость.

Целью данной курсовой работы является изучение понятия и основных характеристик приборов ночного видения, а также рассмотрение принципов работы этих приборов.

Работа состоит из введения, двух глав и заключения.



Глава 1. Теоретические основы прибора ночного видения

1.1 История развития приборов ночного видения

На протяжении всей истории своего развития, человек стремился стать совершеннее. Не имея крыльев, он построил крылатые машины, и стал летать как птица. Он изобрел акваланг и научился плавать и погружаться в пучины океана, как рыба. Извечной мечтой человека оставалось видеть в темноте, как кошка.

Но осуществление этой мечты стало одной из наиболее трудных задач, так как потребовало серьезной научной подготовки и значительной технико-экономической базы. Предпосылкой для создания приборов ночного видения стало открытие в 19 веке инфракрасного (теплового) излучения. Однако, устройство, способное "видеть" предметы не в оптическом (видимом), а в инфракрасном (тепловом) диапазоне спектра было создано лишь в 1934 г. Ильин А.В. Основы специальной техники М., 2000

Этот момент принято считать началом эры ночного видения. Развитие приборов ночного видения можно разбить на ряд этапов, с которыми связано появление их определенных поколений. Каждое последующее поколение отличалось от предыдущего большей дальностью видения, лучшим качеством изображения, снижением массы и габаритов, увеличением времени работы, повышением стойкости к воздействию световых помех и целым рядом других преимуществ.

Главным признаком, по которому различаются поколения приборов ночного видения, является их основной элемент - электронно-оптический преобразователь (далее ЭОП), предназначенный для преобразования невидимого глазом инфракрасного изображения в видимое и усиления его по яркости.

0-е поколение

Приборы этого поколения были настолько неэффективны при низком освещении, что постоянно нуждались в сильном дополнительном инфракрасном освещении. В этом случае в большей степени происходит преобразование инфракрасным светом, а не усиление изображения. У инфракрасного освещения было два больших недостатка: во-первых, это громоздкий источник питания ИК прожектора, во-вторых, сам прожектор был заметен издалека другими пользователями ПНВ. Достоинство усилителей 0-го поколения - это большая чувствительность в глубокой ИК области. Однако из-за химических свойств покрытий срок жизни был невелик. Тогда еще не было автоматической защиты светочувствительных частей и плюс ко всему оставалось послесвечение от ярких объектов.

1-е поколение

С появлением, так называемых, многощелочных фотокатодов возросла светочувствительность электронно-оптического преобразователя, так что теперь, в большинстве случаев, дополнительное ИК освещение было не нужно. Такие ЭОП работают в нижнем ИК диапазоне верхней видимой области. Усиление гораздо больше, чем у 0-го поколения, но все же отстает от современных 2-го и 3-го поколений. Удовлетворительное послесвечение было достигнуто путем увеличения пути ускорения, что в свою очередь увеличило системные искажения и сделало прибор более габаритным. Частично в целях увеличения освещенности были соединены три усилительных трубы (2-3-ступенчатые трубы). Это сделало картинку ярче, но менее четкой и контрастной. Кроме того, при переходе от одной трубы к другой терялось больше (световой) информации и ошибки увеличивались многократно. Срок службы усилительной трубки (около 1000-2000 ч.) вырос по сравнению с 0-м поколением. Улучшения существовали также в отношении короткого послесвечения люминесцентного экрана. Тем не менее все также отсутствовала автоматическая защита ЭОП от ярких вспышек (особенно это сказывалось во время боевых действий). Ильин А.В. Основы специальной техники М., 2000

2-е поколение

Начиная с середины 60-х годов с появлением микроканальной пластиныМикроканальная пластина - вид изделий вакуумной микроэлектроники. Предназначены для работы в вакууме в качестве многоканальных детекторов, преобразователей и вторично-электронных усилителей пространственно-организованных потоков заряженных частиц и излучений. Основное применение -- преобразователь и усилитель яркости изображения индивидуальных приборов ночного видения. (далее МКП) произошел переход на более современные ЭОП. Таким образом, принцип работы усилительной трубы на ускорение электронов был дополнен их умножением. МКП состоит из более чем 2 миллионов параллельных и слегка наклоненных относительно оси ЭОП микроканалов. Количество микроканалов на пластине определяет разрешение изображения. Благодаря принципу работы МКП достигается гораздо более сильное усиление картинки, чем это было возможно в предыдущих поколениях. К тому же появилась системная защита от вспышек: МКП имеет естественный потолок эмитированных электронов, так что яркий свет не приведет к сожжению ЭОП. Кроме того размеры и вес приборов стали гораздо меньше благодаря МКП. Срок службы увеличился до 2500-5000 ч., а вместе с проблемой послесвечения устранили и искажения изображения. Волков В.Г. Приборы ночного видения новых поколений./Специальная техника, 2001, №5, с. 2 - 8.

2+ поколение

Это усовершенствованное 2-е поколение с измененными МКП, фотокатодом и люминесцентным экраном. Фоновый шум был сокращен. Новый фотокатод S-25 лучше реагировал на ИК излучение, а измененная фосфорная смесь экрана дала более светлое и контрастное изображение. Для ЭОП 2 супер-поколения при помощи нового фотокатода S-20R чувствительность была расширена на дальний ИК спектр. Улучшение МКП и люминесцентного экрана (P-22) привело к увеличению качества приборов, таким образом супер-поколение стало сравнимо с американским 3-им поколением.

3-е поколение

Термин «3-е поколение» используется главным образом американскими производителями для того, чтобы подчеркнуть специальное фотокатодное покрытие на основе арсенида галлия.

Прогресс этой ступени развития основывается как на дальнейшем улучшении управляющей электроники, МКП и люминесцентного экрана, так и на новом покрытии фотокатода. Смесь элементов галлия и мышьяка дала значительное увеличение светочувствительности. Первый GaAs-фотокатод (арсенид-галлиевый) отрицательно заряженный электрод (катод) в светочувствительных устройствах, работающих с использованием внешнего фотоэффекта (в частности, в фотоумножителях, фотоэлементах, электронно-оптических преобразователях и других вакуумных фотоэлектронных приборах) был сделан в конце 80-х годов и нашли свое первое применение в войне в Персидском заливе в 1991г. Количество микроканалов возросло до 6-12 млн. Для увеличения срока службы усилительных труб (около 10000 ч.) использовалось покрытие из оксида алюминия, которое хоть и защищало чувствительные элементы, но в то же время сокращало количество эмитированных электронов. Современные ЭОП 3-его поколения имели преимущество над 2-ым поколением в первую очередь в условиях низкой освещенности. Волков В.Г. Приборы ночного видения новых поколений./Специальная техника, 2001, №5, с. 2 - 8.

4-е поколение или перспективы развития

В настоящее время американские войска оснащены т. н. «filmless» или «thin filmed» (тонкопленочными) трубами, которые очень чувствительны в глубокой ИК зоне. У этих ЭОП увеличено время жизни (около 15000 ч.) и, также улучшена защита от яркого света. Но не смотря на то, что достигнута большая производительность, производители не уверены, что эти ЭОП могут быть официально признаны 4-м поколением.

Последние европейские разработки также показывают на практике неплохие результаты, они без проблем работают днем, а благодаря новым покрытиям фотокатода изображение становится все качественнее.



1.2 Принцип действия приборов ночного видения

Принцип действия ночного прибора основан на усилении яркости и преобразовании спектрального состава изображения наблюдаемых объектов с помощью малогабаритного 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)в ИК-область чувствительности (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.

Рассмотрим более подробно принцип работы прибора ночного видения на основе псевдобинокуляра ПНВ-10Т. Он представляет собой носимый наблюдательный прибор пассивного типа со встроенным ИК источником местной подсветки, обеспечивающий возможность наблюдения объектов и местности в ночное время за счет использования ЭОП. ПНВ-10Т (рис.1) имеет модульную конструкцию, в основу которой положена схема (рис.2) вакуумного ЭОП. В псевдобинокуляр встроен осветитель, представляющий собой самостоятельную сборочную единицу, главными элементами которой являются ИК диод и линза, формирующая энергетический пучок излучения. Питание ЭОП и ИК диода может осуществляться от бортовой сети транспортного средства через ПНН.



Рис.1

1. корпус ПНВ;

2. окуляр;

3. оборачивающий объектив;

4. зеркало;

5. коллиматор (лупа) с призмой;

6. корпус ОНВ;

7. ИК-подсветка;

8. ЭОП;

9. корпус объектива;

10. объектив;

11. крышка объектива.



Рис.2

1. объектив;

2. ЭОП (вакуумный блок изделия ЭПМ-53Г-В);

3. коллиматорный объектив (лупа);

4. разделительная призма;

5. телескопическая система;

6. ВИП;

7. автономный источник питания;

8. УП;

9. ПНН;

10. кабель;

11. переходник;

12. насадка (съемная)

Объектив 1 формирует изображение объектов и местности на фотокатоде ЭОП 2. Усиленное по яркости (ЭОП) и преобразованное по спектральному составу (люминофор) это изображение воспроизводится на экране ЭОП и рассматривается наблюдателем через окуляр изделия с помощью лупы коллиматора 3, разделительной призмы 4 и двух телескопических систем 5, которые могут сдвигаться относительно призмы или раздвигаться в зависимости от величины глазной базы наблюдателя. В конструкцию изделия ЭПМ-53Г-В входят вакуумный блок и высоковольтный источник питания (ВИП) 6 , который имеет устройство автоматической регулировки яркости (АРЯ) экрана (в зависимости от освещенности на местности) и схему защиты ЭОП от световых перегрузок. Для обеспечения работы ВИП и осветителя используется автономный источник питания 7 или бортовая сеть транспортного средства.

В корпусе ПНВ имеется патрон осушки. Он предназначен для поглощения влаги в случае её попадания во внутреннюю полость псевдобинокуляра. Конструктивно патрон осушки состоит из втулки, в которую насыпают силикагель-индикатор. Ненасыщенный силикагель имеет синеватую окраску. По мере насыщения влагой окраска силикагеля меняется и при полном насыщении имеет бледно-розовый или грязно-белый цвет. Состояние силикагеля можно контролировать через смотровое стекло на боковой части ПНВ.

Оптическая насадка предназначена для наблюдения удаленных объектов на местности и образует вместе с ночными очками малогабаритный наблюдательный прибор с увеличением 2,5х. Конструктивно представляет собой отдельную сборочную единицу: корпус с оптической системой из линз.

Преобразователь напряжения низковольтный (далее ПНН) предназначен для питания изделия от бортовой сети транспортного средства, ПНН является стабилизированным источником питания, который преобразует напряжение бортовой сети транспортного средства 12 В или 27 В (имеется переключатель режима питания) в постоянное напряжение 3 В, необходимое для питания ПНВ. Электрическая схема ПНН представляет собой стабилизатор напряжения, выполненный на базе интегральной микросхемы напряжение на выходе которой регулируется настройке. Электрическая схема крепится винтами к железному (теплоотводному) основанию и размещается в пластмассовом корпусе. ПНН комплектуется кабелем и набором переходников.

ПНВ-10Т поставляется с переходным устройством, предназначенным для работы с изделием при пониженных температурах окружающего воздуха и применяется только при работе от автономного источника питания (батареек). Батарейки размещаются в корпусе устройства, которое крепится в кармане одежды. Тем самым достигается подогрев элементов питания.

ПНВ-10Т комплектуется зарядным устройством, предназначенным для зарядки аккумуляторных батарей от бортовой сети транспортного средства 12 В или 27 В до 1.5 В.

Весь комплект ПНВ-10Т размещается в стальном футляре, на крышке которого указывается наименование изделия и его заводской номер.



Глава 2. Основные типы и характеристики приборов ночного видения

2.1 Типы приборов ночного видения

В настоящее время выпускаются и свободно продаются различные типы ПНВ, конструкции которых оптимизированы в соответствии с их назначением. Основными типами ПНВ являются:

· приборы наблюдения (монокуляры, псевдобинокуляры, бинокли);

· прицелы для стрелкового оружия;

· очки;

· приборы, позволяющие документировать наблюдаемое изображение (ночные фото и видеокамеры).

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 двумя батарейками по 1.5 вольта. Масса составляет около одного килограмма.

Основной параметр как наблюдательных, так и всех ПНВ - дальность видения. Его грамотное определение должно включать следующие факторы: освещенность наблюдаемой сцены, размер наблюдаемой цели и ее контраст по отношению к фону, детальность видения: обнаружение, распознавание, идентификация. Такая многофакторность определения дальности видения часто приводит к несоответствию между рекламными и реальными значениями этого параметра.

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 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

При нормальном зрительном процессе человек пользуется двумя глазами. Изображения, создаваемые каждым глазом . дополняя и усиливая друг друга, создают в нашем сознании один зрительный образ, несущий также информацию о пространственном характере изображения (стереоскопический эффект).

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 псевдо и 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.

Прицел имеет механизм крепления на оружие и механизм «выверки». Последний обеспечивает совмещение линии прицеливания (стрельбы) оружия с специальной меткой («маркой») в поле зрения ПНВ, играющей при ночной стрельбе роль «мушки». Марка может быть темной или светящейся, что более предпочтительно, т. к, светящаяся марка легче различается на темном предмете(цели). В связи с большими ударными нагрузками, возникающими в момент выстрела (до 100 и выше “g”), к ЭОЛУ и всей конструкции прибора предъявляются повышенные по сравнению с другими П Н В требования по ударопрочности и удароустойчивости.

Дальность действия ночных прицелов разумно соотносить с дальностью прицельной стрельбы оружия, которая для легкого стрелкового оружия составляет 200 -- 400 метров. Ночные прицелы можно использовать и в дневное время, для чего на объектив одевается специальная диафрагма (крышка) с «булавочным» отверстием, защищающая ЭОП от яркого света и одновременно обеспечивающая хорошую видимость цели.

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.

В последнем случае объект (цель) «метится» невидимым невооруженным глазом лучом лазера, сьюстированным с оружием, а стрелок, видя «метку» с помощью ОНВ и наведя ее на цель, поражает последнюю без обычного прицеливания. Для привычной и быстрой ориентации практически все типы ОНВ имеют однократное увеличение и широкое поле зрения: 40 и более градусов. Классическая конструкция ОНВ содержит два объектива, два ЭОП и два окуляра, в ряде ОНВ с целью снижения цены используются один объектив и один ЭОП (т.н. тип «циклоп»).

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 фото или 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 ПЗС-мамтрица (сокр. от «прибор с зарядовой связью»)-- специализированная аналоговая интегральная микросхема, состоящая из светочувствительных фотодиодов, выполненная на основе кремния, использующая технологию ПЗС -- приборов с зарядовой связью.. 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 - функция регулировки диафрагмы в автоматическом режиме), переменное увеличение (zoom - производная величина, показывающая отношение максимально и минимального фокусного расстояния) 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 фото или 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” (Абу-даби) 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 УФ и 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.

Давно известен способ чтения документов, залитых чернилами или тушью, с помощью ЭОП с кислородно-серебряно-цезиевыми фотокатодами, чувствительными до 1,2 -- 1,3 мкм. Многие жидкости и материалы, непрозрачные в видимой области, прозрачны в этом ИК диапазоне и залитая или подделанная надпись прекрасно видна с помощью такого ЭОП .

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 электро и 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.

Федеральное Государственное Унитарное Предприятие «Научно-производственная организация «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.

2.2 Основные характеристики приборов ночного видения

Основные технические характеристики ПНВ определяются характеристиками применяемых в них электронно-оптических преобразователей (ЭОП) и оптикой. К этим характеристикам относятся:

Увеличение (другое название -- кратность, видимое увеличение)

Характеристика, показывающая, во сколько раз наблюдаемое в НПВ изображение предмета, больше по сравнению с наблюдением предмета невооруженным глазом.

Увеличение определяется характеристиками применяемой в приборе оптики (объектива и окуляра)и увеличением ЭОП.В большинстве ПНВ увеличение составляет от 2-х до 4-х крат (от 2х до 4х).Очки ночного видения, как правило, имеют увеличение 1х.

Вопреки весьма распространенному мнению, что чем больше кратность, тем лучше прибор, в случае с ПНВ этот принцип совершенно не работает. Некоторые Покупатели высказывают желание приобрести ПНВ с увеличением от 10х до 20х,чтобы рассмотреть что либо в деталях на расстоянии 2...3 километра. Увы, это невозможно.

Для достижения такого увеличения необходимо установить объектив с настолько большим фокусным расстоянием, что придется или пожертвовать его светосилой и заведомо снизить яркость наблюдаемых предметов или использовать объектив с большим диаметром оптики, но в этом случае ПНВ будет не только большим, но и тяжелым (оптика то тяжелая!).Светосила, о которой речь пойдет немножко позже, весьма существенная характеристика для ПНВ с ЭОП первого поколения, да и для других поколений ЭОП чем меньше светосила объектива, тем менее яркими будут предметы, наблюдаемые в ПНВ. При этом потери могут быть столь велики, что невооруженный глаз человека будет видеть лучше, чем с ПНВ.

Дальность видения.

Профессионалы обычно под термином «дальность видения » подразумевают два понятия: «дальность опознавания» и «дальность обнаружения».

Под дальностью опознавания обычно понимается расстояние, на котором можно различить детали фигуры человека (голову, вытянутую руку)при ясной погоде и естественной ночной освещенности в ? луны. Для ПНВ, в которых установлены ЭОП это расстояние составляет от 100 метров до 200 метров, а при хорошем сочетании оптики и хороших параметрах ЭОП -- до 300 метров. Применение ЭОП второго и третьего поколения позволяет увеличить это расстояние в несколько раз и в сочетании с качественной оптикой дальность опознавания может достигать до 1000 метров.

Понятие дальности видения довольно условное. Дальность сильно зависит от условий наблюдения: прозрачности атмосферы, освещенности (наличие луны и ее фазы, ясное небо или сильная облачность),размера объекта и его контрастности с фоном. Контраст между фоном и объектом зависит не только от цвета, но и от отражательной способности поверхностей фона и объекта. Например, человек в глянцевой (хорошо отражающей)одежде на фоне густого хвойного леса виден лучше, чем человек в ворсистой одежде того же цвета А вот на фоне луговой зелени после дождя все может быть наоборот. Конечно же, дальность видения, например, волка на фоне снега будет несоизмеримо больше, чем на фоне зеленых кусов.

Когда говорят о дальности обнаружения, то как правило, имеют ввиду возможность определить наличие на этом расстоянии объектов значительно больших размеров. Например, увидеть, что на расстоянии в 500 метров виден возможно человек, но точно сказать нельзя, так как не различаются такие детали, как голова, руки и прочее.

Световой диаметр объектива.

Световой диаметр -- это диаметр входной линзы объектива, через которую свет попадает в оптическую систему ПНВ, в миллиметрах. Очень важный показатель, чем он больше, тем большее количество света проходит на ЭОП, а значит и есть что усиливать. Однако при этом соответственно растут габариты, и вес прибора, что делает его менее удобным. У большинства ПНВ световой диаметра объектива составляет от 24 мм до 50 мм.

Угол поля зрения.

Измеряется в градусах и зависит от применяемой оптики. Чем выше значение этого показателя, тем большее пространство можно охватить взглядом, легче ориентироваться, а значит и удобнее пользоваться таким прибором. В технических характеристиках на прибор иногда указывают линейное поле зрения в метрах (диаметр видимого круга)на дистанции 100 или 1000 метров

Коэффициент усиления света.

Комплексный показатель. Зависит от величины усиления света в ЭОП и величины световых потерь в оптической системе. Показывает во сколько раз световой поток, который мы наблюдаем на выходе из окуляра ПНВ, превышает световой поток, поступающий на вход оптической системы от объекта наблюдения. Приборы на основе ЭОП 1-го поколения усиливают свет в несколько сотен раз, но не более 1000.Для приборов ЭОП 2-го и 30го поколения этот показатель составляет от 20 000 до 50 000.

Разрешение в центре поля зрения.

Разрешение -- это способность прибора передавать мелкие детали. Измеряется (записывается в паспорте на прибор)в угловых секундах или в штрихах (или линиях)на миллиметр. Разрешение в угловых секундах. Определяется как наименьший угол между лучами, проведенными из центра зрачка наблюдателя, к двум рядом расположенным и раздельно различимым точкам. Чем эта величина меньше, тем лучше видно мелкие детали в ПНВ. Более понятна величина разрешения, измеряемая количественно в штрихах (линиях) на миллиметр. Означает количество раздельно различимых штрихов на один миллиметр изображения, и чем эта величина больше, тем лучше видно мелкие детали.

Разрешение конкретного ПНВ зависит от качества установленной в нем оптики и разрешения ЭОП.

В приложении 1 указанны индивидуальные характеристики ПВН - 10Т.

прибор ночное видение оптический



Заключение

Приборы ночного видения предназначены для ведения наблюдения за объектами в условиях малой освещенности.

ПНВ может иметь однократное увеличение (если требуется правильная ориентация в пространстве) либо может быть использован совместно с линзовым объективом, т.е. служить биноклем (подзорной трубой). ПНВ так же может быть укомплектован ИК - осветителем (дополнительный источник подсветки).

Современные ПНВ 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, что позволяет использовать их как бинокль). Очки могут иметь два ЭОП либо быть псевдобинокулярными, когда изображение с одного ЭОП поступает на оба окуляра. Монокуляр, закрепленный на оголовье, может использоваться как дешевая альтернатива очкам. Прицелы ночного видения закрепляются на оружии, как правило, увеличивают изображение и имеют прицельную сетку.



Список использованных источников

1. Бекяшев К.А., Моисеев Е.Г. Таможенное право: учеб. пособие. - VI.: ТК Велби, Проспект, 2003.

2. Волков В.Г. Применение активно-импульсных приборов наблюдения для видения бликующих элементов. Вопросы оборонной техники, серия 11, 2005

3. Гейхман И.Л., Волков В.Г. Основы улучшения видимости в сложных условиях. М., ООО "Недра-Бизнесцентр", 2009.

4. Давыдов Я.В. Таможенное право: конспект лекций. - М.: Приор-издат, 2004.

5. Комментарий к Таможенному кодексу Российской Федерации/под общ. ред. В.П. Шавшиной. - СПб.: Питер, 2004.

6. Комментарий к Таможенному кодексу Российской Федерации/под ред. А.Н. Козырина. - М.: ТК Велби, Проспект, 2004.

7. Малов А.Н., Законников Обработка деталей оптических приборов. Машиностроение, 2006. - 304 с

8. Пиляева В.В. Комментарий к Таможенному кодексу Российской Федерации (новая редакция). - М.: ТК Велби, 2003.

9. Правоохранительные органы: учеб. для вузов/под ред. Э.А. Галустьяна. - М.: ЮНИТИ-ДАНА, Закон и право, 2002.

10. Саликов В.Л. Приборы ночного видения: история поколений.//Специальная техника, 2000, № 2, С. 40 - 48. 21 - 32.

11. Свинухов В.Г. Таможенное дело: учеб. - М.: Экономистъ, 2005.

12. Свинухов В.Г. Таможенно-тарифное регулирование внешнеэкономической деятельности и таможенная стоимость: учеб. - М.: Экономистъ 2005.



Приложение 1

Наименование технических данных	Значение
	Ночные очки	Ночные очки с насадкой
Дальность опознавания ростовой фигуры при естественной ночной освещённости лк, м, не менее	200	300
Угол поля зрения, градус	40	10
Увеличение изделия, крат	1,0	2,5
Фокусировка объектива на резкость в пределах дальностей, м	0.25 - ?	10 - ?
Электрическое питание изделия:	автономный источник питания (аккумуляторные батареи типа KRH (2шт) или элементы питания типа АА(2шт)) через преобразователь напряжения низковольтный от бортовой сети постоянного тока
Время работы изделия до замены автономного источника питания (без осветителя): при положительных температурах до 50°С, ч, не менее	18	18
при отрицательных температурах до минус 50°С, ч, не менее	4	4
Габариты изделия, мм, не более
Масса изделия, кг: в рабочем положении	0.98	1.3
в сумке	1.5	1.8
в футляре	6.0	6.3

Размещено на Allbest.ru

...