Основные типы и характеристики приборов ночного видения

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 150 200 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…5×10−3 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.