Прибор ночного видения (ПНВ): техническое устройство и принцип работы
Прибор ночного видения или ПНВ является устройством, позволяющим видеть объекты и сцены в условиях низкой освещенности или полной темноты. Работает такое электрическое приспособление за счет улавливания и усиления инфракрасного излучения, которое издают тепловые объекты окружающей среды.
Прицел с ночным видением актуален для заказа представителями многих профессий, включая военных, работников правоохранительных органов, представителей поисково-спасательных операций и частных пользователей. Разновидности таких приборов, их технические особенности и сферы применения, рассмотрим далее.
Как работают приборы ночного видения
ПНВ состоит из нескольких элементов, каждый из которых выполняет свою функцию, помогающую преобразовать инфракрасное излучение в видимый свет для дальнейшего формирования изображения. Итак, прибор ночного видения состоит из следующих элементов:
Фоточувствительного элемента (ФЧЭ). Это главный компонент указанного прибора. Он преобразует инфракрасное излучение, поступающее от тепловых объектов, в электрический сигнал. Как правило, в современных приборах ночного видения используются фотоэлектрические преобразователи, включая кремниевые фотодиоды или фотокатоды на основе кристалла селена.
Усилителя. Ним выступает ЭОП (электронно-оптический преобразователь). Используется он для многократного усиления сигнала света. ЭОП выступает одновременно приемником, преобразователем, усилителем и передатчиком излучения.
Отображаемого элемента. Чаще всего ним является катодно-лучевая трубка (КЛТ). Внутри нее находятся электроны, получившие энергию от усиленного сигнала света. Они, сталкиваясь с фосфорным экраном, вызывают его свечение, тем самым, формируется изображение.
Принцип формирования изображения в приборе ночного видения
Монокуляр ночного видения обеспечивает пользователю возможность наблюдать за объектами и сценами в ночное время суток. Как отмечалось выше, это достигается за счет преобразования инфракрасного излучения в видимый свет.
Уточним, весь процесс выглядит следующим образом:
инфракрасное изображение преобразуется в свет;
фоточувствительный элемент принимает инфракрасные фотоны и конвертирует их;
далее полученные световые блики передают на отображающий элемент;
в отражающем элементе электроны сталкиваются с фосфорным экраном и вызывают его свечение.
Так формируется изображения, видимое на экране прибора ночного видения, которое наблюдает его пользователь. Стоит добавить, что после усиления световой сигнал проходит еще через несколько процессов обработки, в том числе:
фильтрацию шумов;
коррекцию яркости и контраста;
определение контуров объектов.
Так достигается оптимальное качество изображения, которое выводит на экран цифровая матрица.
Типы ПНВ
Концепция такого устройства развивалась с течением длительного времени. Поэтому, появилось много разновидностей данных устройств, которые отличаются принципом работы и особенностями конструкции. Основные типы ПНВ представлены ниже:
тепловизионные камеры;
усилители ПНВ;
цифровые ПНВ.
Тепловизионные камеры
В своей работе такие приборы используют инфракрасное излучение, исходящее от тепловых объектов. Измеряется интенсивность инфракрасного излучения и на основе разницы температур, создается видимое изображение.
Тепловизионные камеры могут определить объект, даже если его поместить в темное помещение. Их объектив наблюдения способен отслеживать тепловые объекты, находящиеся за деревьями, грудами мусора, зарослями, дымом, туманом. Поэтому, тепловизионные камеры активно используются в поисково-спасательных операциях, в процессе преследования преступников, в военных операциях.
В ряде случаев, представленное устройство отображения света используют в сфере промышленности, в том числе для выявления утечек тепла.
Усилители
Эти приборы создают видимое световое отображение, используя фотоэлектрические устройства и преобразуя их слабый сигнал инфракрасного излучения. Простыми словами, они нужны для усиления ИК сигнала ПНВ и его детализации.
Усилители способны улавливать даже слабый световой сигнал, который не воспринимается человеческим глазом. Такие приспособления активно используются в военном секторе, а также в работе правоохранительных органов и для рекреационных целей.
Цифровые ПНВ
Принцип работы цифровых приборов ночного видения заключается в использовании сенсорных изображений и в их последующей цифровой обработке. Приборы позволяют записывать видео или делать фото. Они легко интегрируются с другими устройствами, в том числе с компьютером, со смартфоном и планшетом.
Цифровые ПНВ удобные в использовании и просты в настройке. Это делает их одними из самых востребованных приборов ночного видения на сегодняшний день.
Типы ПНВ по поколениям
Из существуют несколько. Итак:
Поколение 0. Это первые приборы ночного видения, которые разрабатывались еще со времен Второй мировой войны. В них уже использовался усилитель и приемник излучения.
Поколение 1. Это старые ПНВ, но со встроенными фотокатодами и фосфорными экранами. В отличие от предыдущего поколения, качество изображений в данных приборах было значительно лучше.
Поколение 2. Это ПНВ, в которых уже используются микроканальные умножители для дальнейшего усиления сигнала света, и также для повышения качества изображения.
Поколение 3. Приборы ночного видения с внедренной компьютерной технологией обработки изображений и улучшения их качества.
Поколение 4. Современные ПНВ. В них используется цифровой обработчик изображений. Картинка получается детализированная, с высоким разрешением.
Вот такие существуют поколения ПНВ, которые формировались за период времени в более чем 80 лет.
Технические характеристики и особенности ПНВ
Эффективность применения указанных приборов напрямую зависит от их технических характеристик. Среди ключевых параметров оптических приборов ночного видения выделяют:
Чувствительность. Определяет способность устройства обнаруживать слабые световые сигналы или инфракрасное излучение. Измеряется в лм/лк (люмен на люкс). Чем выше это значение, тем лучше прибор справится с низким уровнем освещенности.
Разрешение. Определяет количество деталей, которые могут быть различимы на изображении. Измеряется в lp/mm (линиях на миллиметр). От величины разрешение зависит качество изображения.
Дальность обнаружения. Это расстояние, на котором прибор ночного видения может обнаружить тепловые объекты и распознать свет. Измеряется в метрах.
Дальность распознавания. Это расстояние, на котором прибор способен идентифицировать тепловые объекты и распознать их. Измеряется в метрах.
Угол обзора. Определяет ширину области, которую охватывает оптический прибор. Чем больше угол, тем больше область наблюдения. Измеряется в градусах.
Кроме того, ПНВ отличаются по весу и габаритам. Эти параметры определяют удобство транспортировки и использования оптического устройства.
На сегодняшний день самыми популярными ПНВ являются следующие модели:
PVS-14. Отличается высокой чувствительностью и разрешением. Обладает хорошей портативностью. Прост в использовании и настройке.
AN/PVS-7. Бинокулярный ПНВ. Активно применяется в военных операциях и в работе правоохранительных органов. Отличается большим углом обзора и хорошей чувствительностью ИК сенсора.
FLIR Systems ThermoSight Pro PTS233. Тепловизионная камера с высоким разрешением и дальностью обнаружения. Предназначена для военного сектора, а также для охоты.
ATN X-Sight 4K Pro. Цифровой ПНВ с возможностью записи видео. Можно подключать к смартфону и удаленно управлять устройством. Отличается высоким разрешением и дальностью обнаружения тепловых объектов.
Применение приборов ночного видения
Как уже отмечалось ранее, ПНВ широко применяют в военном секторе. Ведь такие оптические устройства позволяют военным оперировать и вести боевые действия независимо от погодных условий и времени суток.
В сфере безопасности ПНВ способны помочь охранникам, полицейским и прочим службам обеспечить мониторинг определенных объектов и/или территории в ночное время суток.
В процессе проведения поисково-спасательных операций ПНВ также незаменимы. Они способны отыскать людей и животных, пропавших во время аварий, природных катаклизмов.
Для частных пользователей приборы ночного видения подходят для наблюдения за дикой природой, для создания привлекательных фото и видео животного мира, красивых природных объектов.
В промышленном секторе такое оборудование используется для охраны инфраструктуры, а также для проверки оборудования в отрасли энергетики, в нефтегазовой промышленности.
Преимущества и ограничения использования ПНВ
Выгоды использования такой техники неоспоримы. Прежде всего, это возможность отслеживать тепловые объекты на большом расстоянии при любых погодных условиях, в том числе в ночное время суток. Также данные устройства обеспечивают безопасность военным и работникам правоохранительных органов.
Не стоит забывать про их широкий спектр применения и простоту настройки.
Среди ограничений, которые есть при использовании приборов ночного видения, выделяют:
ограниченную дальность обзора;
небольшое ухудшение видимости при использовании прибора в неблагоприятных погодных условиях, включая: дождь, снег, туман;
зависимость от источников энергии, т.е батарей и аккумуляторов;
Кроме того, не стоит забывать про довольно большую стоимость такого оборудования.