Прилад нічного бачення (ПНБ): технічний пристрій та принцип роботи
Прилад нічного бачення або ПНБ є пристроєм, що дозволяє бачити об'єкти та сцени в умовах низького освітлення або повної темряви. Працює такий електричний пристрій за рахунок уловлювання та посилення інфрачервоного випромінювання, яке видають теплові об'єкти навколишнього середовища.
Приціл з нічним баченням актуальний для замовлення представниками багатьох професій, включаючи військових, правоохоронців, представників пошуково-рятувальних операцій та приватних користувачів. Різновиди таких приладів, їх технічні особливості та сфери застосування розглянемо далі.
Як працюють прилади нічного бачення
ПНБ складається з декількох елементів, кожен з яких виконує свою функцію, що допомагає перетворити інфрачервоне випромінювання у видиме світло для подальшого формування зображення. Отже, прилад нічного бачення складається з наступних елементів:
Фоточутливий елемент (ФЧЕ). Це головний компонент цього приладу. Він перетворює інфрачервоне випромінювання, що надходить від теплових об'єктів, електричний сигнал. Як правило, у сучасних приладах нічного бачення використовуються фотоелектричні перетворювачі, включаючи кремнієві фотодіоди або фотокатоди на основі кристала селену.
Підсилювач. Ним виступає ЕОП (електронно-оптичний перетворювач) . Використовується для багаторазового посилення сигналу світла. ЕОП виступає одночасно приймачем, перетворювачем, підсилювачем та передавачем випромінювання.
Відображуваного елемента. Найчастіше ним є катодно-променева трубка (КЛТ). Всередині неї знаходяться електрони, які отримали енергію посиленого сигналу світла. Вони, стикаючись з фосфорним екраном, викликають його свічення, тим самим формується зображення.
Принцип формування зображення у приладі нічного бачення
Монокуляр нічного бачення забезпечує користувачеві можливість спостерігати за об'єктами та сценами у нічний час доби. Як зазначалося вище, це досягається за рахунок перетворення інфрачервоного випромінювання у видиме світло.
Уточнимо, весь процес виглядає наступним чином:
інфрачервоне зображення перетворюється на світло;
фоточутливий елемент приймає інфрачервоні фотони та конвертує їх;
далі отримані світлові відблиски передають на елемент, що відображає;
в елементі, що відображає електрони стикаються з фосфорним екраном і викликають його світіння.
Так формується зображення, яке видно на екрані приладу нічного бачення, яке спостерігає його користувач. Варто додати, що після посилення світловий сигнал проходить через кілька процесів обробки, у тому числі:
фільтрацію шумів;
корекцію яскравості та контрасту;
визначення контурів об'єктів.
Так досягається оптимальна якість зображення, що виводить на екран цифрова матриця.
Типи ПНБ
Концепція такого пристрою розвивалася протягом тривалого часу. Тому з'явилося багато різновидів даних пристроїв, які відрізняються принципом роботи та особливостями конструкції. Основні типи ПНБ представлені нижче:
тепловізійні камери;
підсилювачі ПНБ;
цифрові ПНБ.
Тепловізійні камери
У роботі такі прилади використовують інфрачервоне випромінювання, що виходить від теплових об'єктів. Вимірюється інтенсивність інфрачервоного випромінювання та на основі різниці температур, створюється видиме зображення.
Тепловізійні камери можуть визначити об'єкт, навіть якщо його помістити у темне приміщення. Їх об'єктив спостереження здатний відстежувати теплові об'єкти, що знаходяться за деревами, купами сміття, чагарниками, димом, туманом. Тому тепловізійні камери активно використовуються в пошуково-рятувальних операціях, у процесі переслідування злочинців, у військових операціях.
У ряді випадків представлений пристрій відображення світла використовують у сфері промисловості, у тому числі для виявлення витоків тепла.
Підсилювачі
Ці прилади створюють видиме світлове відображення, використовуючи фотоелектричні пристрої та перетворюючи їх слабкий сигнал інфрачервоного випромінювання. Простими словами, вони потрібні для посилення ІЧ сигналу ПНБ та його деталізації.
Підсилювачі здатні вловлювати навіть слабкий світловий сигнал, який сприймається людським оком. Такі пристрої активно використовуються у військовому секторі, а також у роботі правоохоронних органів і для рекреаційних цілей.
Цифрові ПНБ
Принцип роботи цифрових приладів нічного бачення полягає у використанні сенсорних зображень та їх подальшій цифровій обробці. Прилади дозволяють записувати відео або робити фотографії. Вони легко інтегруються з іншими пристроями, у тому числі з комп'ютером, смартфоном та планшетом.
Цифрові ПНБ зручні у використанні та прості у налаштуванні. Це робить їх одними з найпопулярніших приладів нічного бачення на сьогоднішній день.
Типи ПНБ по поколінням
Існує кілька. Отже:
Покоління 0 Це перші прилади нічного бачення, які розроблялися ще з часів Другої світової війни. Вони вже використовувався підсилювач і приймач випромінювання.
Покоління 1. Це старі ПНБ, але із вбудованими фотокатодами та фосфорними екранами. На відміну від попереднього покоління, якість зображень у цих приладах була значно кращою.
Покоління 2. Це ПНБ, в яких вже використовуються мікроканальні помножувачі для подальшого посилення сигналу світла, а також підвищення якості зображення.
Покоління 3. Прилади нічного бачення із впровадженою комп'ютерною технологією обробки зображень та покращення їх якості.
Покоління 4. Сучасні ПНБ. Вони використовують цифровий обробник зображень. Картинка виходить деталізована, з високою роздільною здатністю.
Ось такі існують покоління ПНБ, які формувалися за період більш ніж 80 років.
Технічні характеристики та особливості ПНБ
Ефективність застосування зазначених приладів залежить від їх технічних характеристик. Серед ключових параметрів оптичних приладів нічного бачення:
Чутливість. Визначає здатність пристрою виявляти слабкі світлові сигнали чи інфрачервоне випромінювання. Вимірюється у лм/лк (люмен на люкс). Чим вище це значення, тим краще прилад подолає низький рівень освітленості.
Дозвіл. Визначає кількість деталей, які можна помітити на зображенні. Вимірюється lp/mm (лініях на міліметр). Від розміру роздільна здатність залежить якість зображення.
Дальність виявлення. Це відстань, де прилад нічного бачення може виявити теплові об'єкти і розпізнати світло. Вимірюється за метри.
Дальність розпізнавання. Це відстань, де прилад здатний ідентифікувати теплові об'єкти і розпізнати їх. Вимірюється за метри.
Кут огляду. Визначає ширину області, яка охоплює оптичний прилад. Чим більший кут, тим більша область спостереження. Вимірюється у градусах.
Крім того, ПНБ відрізняються за вагою та габаритами. Ці параметри визначають зручність транспортування та використання оптичного пристрою.
На сьогоднішній день найпопулярнішими ПНБ є такі моделі:
PVS-14. Відрізняється високою чутливістю та роздільною здатністю. Має гарну портативність. Простий у використанні та налаштуванні.
AN/PVS-7. Бінокулярний ПНБ. Активно застосовується у військових операціях та у роботі правоохоронних органів. Відрізняється великим кутом огляду та гарною чутливістю ІЧ сенсора.
FLIR Systems ThermoSight Pro PTS233. Тепловізійна камера з високою роздільною здатністю та дальністю виявлення. Призначений для військового сектору, а також для полювання.
ATN X-Sight 4K Pro. Цифровий ПНБ із можливістю запису відео. Можна підключати до смартфону та віддалено керувати пристроєм. Відрізняється високою роздільною здатністю та дальністю виявлення теплових об'єктів.
Застосування приладів нічного бачення
Як зазначалося раніше, ПНБ широко застосовують у військовому секторі. Адже такі оптичні пристрої дозволяють військовим оперувати та вести бойові дії незалежно від погодних умов та часу доби.
У сфері безпеки ПНБ здатні допомогти охоронцям, поліцейським та іншим службам забезпечити моніторинг певних об'єктів та/або території у нічний час доби.
У процесі проведення пошуково-рятувальних операцій ПНБ також незамінні. Вони здатні відшукати людей і тварин, що зникли під час аварій, природних катаклізмів.
Для приватних користувачів прилади нічного бачення підходять для спостереження за дикою природою, створення привабливих фото і відео тваринного світу, красивих природних об'єктів.
У промисловому секторі таке обладнання використовується для охорони інфраструктури, а також для перевірки обладнання у галузі енергетики, у нафтогазовій промисловості.
Переваги та обмеження використання ПНБ
Вигоди використання такої техніки незаперечні. Насамперед це можливість відстежувати теплові об'єкти на великій відстані за будь-яких погодних умов, у тому числі в нічний час. Також дані пристрої забезпечують безпеку військовим та працівникам правоохоронних органів.
Серед обмежень, які є під час використання приладів нічного бачення, виділяють:
обмежену дальність огляду;
невелике погіршення видимості під час використання приладу у несприятливих погодних умовах, включаючи: дощ, сніг, туман;
залежність від джерел енергії, тобто батарей та акумуляторів;
Крім того, не варто забувати про досить велику вартість такого обладнання.