ПНВ и тепловизоры

Принцип работы приборов ночного видения

В основе работы приборов ночного видения (ПНВ) лежит усиление улавливаемого света в сотни и тысячи раз. Видимый свет, который мы можем воспринимать глазами, охватывает диапазон от 400 до 760 нм. В то же время, излучение в области от 760 нм и выше относится к инфракрасному спектру, что делает его невидимым для человека и животных. Именно в этом невидимом спектре работают многие ПНВ.

Конструкция приборов ночного видения

Приборы ночного видения классифицируются по поколениям в зависимости от технологии, используемой в их конструкции. Выделяют следующие поколения ночных прицелов:

•  Поколение 1
• Поколение 1+
• Поколение 2+
• Поколение 3
• Поколение 3+
•  Цифровое поколение

Каждый последующий класс приборов обеспечивает более высокое качество изображения.

Поколение 1

ЭОП (электронно-оптический преобразователь) первого поколения представляет собой герметично запаянную стеклянную трубку, из которой откачан воздух. Степень вакуума внутри колбы очень высока. По сути, ЭОП является усилителем света, который возникает в результате бомбардировки фотонами люминофорного экрана на фотокатоде, расположенном ближе к объективу прибора.

Фотокатод преобразует фотоны в электроны, которые ускоряются и увеличивают свою энергию под действием наведенного электрического напряжения в рабочей камере ЭОПа. После прохождения ускорительной камеры электроны попадают на маленький экран в окуляре прибора, на который нанесено фосфорицирующее покрытие (зеленого или белого фосфора). Под действием электронов покрытие вспыхивает в нужных местах, формируя видимое изображение.

Поколение 1+

В ЭОП 1+ поколения разрешение на краю поля зрения практически не отличается от разрешения в центре, а искажения формы предметов практически незаметны. Равномерное разрешение по полю достигается за счет использования плоско-вогнутой волоконно-оптической пластины (ВОП), на вогнутой поверхности которой нанесен фотоэмиссионный материал.

Сравнительно недавно появилась новая разработка — ЭОП поколения Супер 1+. В этом ЭОП используется сферическая форма фотокатода без применения ВОП в сочетании с новым объективом. Это позволяет получать четкое изображение по всему полю зрения без потери света, что сохраняет коэффициент усиления по свету при одновременном увеличении ЭОПа.

ПНВ с ЭОПами 1-го и 1+ поколений хорошо работают в условиях естественной ночной освещенности, соответствующей наличию четверти луны на небе. При более низкой освещенности необходимо включать ИК подсветку.

Поколение 2+

Это поколение создано на основе бипланарной конструкции ЭОП, то есть без электростатической линзы, с прямым переносом изображения с фотокатода на экран. Для усиления света используется микроканальная пластина (МКП).

Расстояния между слоями фотокатода, входом МКП, выходом МКП и слоем люминофора очень малы. Напряжения, подаваемые на фотокатод, вход и выход МКП, зависят от конкретной конструкции ЭОПа, а напряжения на выходе МКП регулируются в процессе изготовления для достижения максимального разрешения. Изображение на экране ЭОП получается прямым. Чтобы его перевернуть, вместо плоской стеклянной пластины с люминофором применяют волоконно-оптическую пластину, волокна которой являются световодами и закручены таким образом, что изображение переворачивается на 180°.

При отсутствии такой пластины перед окуляром необходимо устанавливать оборачивающую систему (ОС). Изображение на экране ЭОП в этом случае рассматривается через микроскоп (ОС + окуляр = микроскоп), и за окуляром уже имеется выходной зрачок (висит в воздухе светлый кружок). При использовании переворачивающего изображение ВОП такого выходного зрачка нет, так как окуляр работает как лупа, и выходным зрачком является глаз.

В поколении 2 основной коэффициент усиления достигался за счет микроканальной пластины, и было решено избавиться от устаревшей электростатической линзы. Это позволило избавиться от засветки сильными источниками света. В результате получился очень компактный ЭОП с характеристиками, ненамного уступающими характеристикам 2 поколения. Коэффициент усиления составляет порядка 20000-30000, присутствует автоматическая регулировка яркости в зависимости от внешнего освещения. Кроме того, отсутствие разгонной камеры позволяет получить более четкое изображение.

Поколение 3

ЭОП поколения 3 отличается от 2+ тем, что фотокатод выполнен на основе арсенида галлия (AsGa). Это позволило увеличить его интегральную чувствительность до 900-1600 мкА/лм, а чувствительность в инфракрасной области — до 190 мкА/лм (в инфракрасной области в 10 раз больше по сравнению с ЭОП 2+ и в 6 раз больше по сравнению с Super Gen 2+). Разрешение составляет 42-64 штр/мм. Ресурс работы до 10 000 часов, что втрое больше чем у ЭОП 2 и 2+, и в 10 раз больше чем у ЭОП 1.

Приборы на базе ЭОП 3-го поколения очень хорошо работают в условиях предельно низкой освещенности. Картинка в приборе насыщенная, четкая, с хорошим контрастом и проработкой деталей. В отличие от ЭОП 2+ на входе отсутствует волоконно-оптическая шайба, поэтому нет защиты от боковых засветок, что затрудняет их использование в городских условиях. Из-за высокой стоимости, в 1,5-2,5 раза выше, чем II+, приборы на ЭОП 3 поколения в свободной продаже встречаются редко и в основном применяются в спецтехнике (военные, спецслужбы и т.д.).

Поколение 3+

Иногда это поколение называют 3+. Вместо того чтобы полностью удалить ионно-барьерную пленку, её сделали в три раза тоньше, использовали улучшенную микроканальную пластину (МКП) и установили импульсный источник питания ЭОПа с пониженным напряжением. Это позволило значительно улучшить характеристики ЭОПа без снижения срока службы и устойчивости к перегрузкам.

Благодаря импульсному источнику питания ЭОП стал более устойчивым к ярким источникам света. Интегральная чувствительность нового поколения составляет от 2000 до 2700 мкА/лм, чувствительность на длинах волн 830 нм — 190-250 мА/Вт, а на 880 нм — 80-120 мА/Вт. Коэффициент усиления достигает 50 000-80 000, максимальное разрешение — 64-72 штр/мм, а соотношение сигнал-шум составляет 25-28. Срок службы ЭОПа составляет 10 000 часов.

Цифровое поколение

В последнее время цифровые устройства ночного видения становятся всё более популярными. Принцип работы таких приборов кардинально отличается от предыдущих поколений. Предыдущие методы преобразования света можно сравнить с аналоговой фотографией, в то время как цифровые приборы используют цифровые технологии.

В основе цифрового прибора ночного видения лежит специальная матрица, работающая в инфракрасном спектре излучения и обеспечивающая высокое усиление света. Через объектив прибора свет попадает на матрицу, которая преобразует его в изображение на цифровом экране.

Основным недостатком таких приборов является их неспособность работать в полной темноте без внешней ИК-подсветки. В этом плане приборы второго поколения значительно лучше. Однако преимуществом цифровых приборов является их устойчивость к засветке, что позволяет использовать их как днём, так и ночью.

Тепловизоры для охоты

Тепловизоры, известные также как монокуляры, представляют собой незаменимые инструменты для охотников. Они позволяют увидеть и выследить добычу без необходимости вскидывать оружие. Монокуляры особенно полезны, когда требуется найти подранка по кровяному следу в любое время суток и даже в сложных погодных условиях, таких как снег или дождь.

Чтобы выбрать надежный тепловизор для охоты, необходимо понимать, из чего он состоит. От качества комплектующих частей напрямую зависит его цена. Независимо от назначения, принцип работы всех тепловизоров одинаков: они визуализируют на экране инфракрасное излучение от объектов. Разность температур участков поверхности и фона создает тепловую карту — видимое изображение, на котором легко различимы люди, животные и детали рельефа.

В отличие от прицела, формат монокуляра не требует крепления на оружие, но обладает теми же особенностями:

•  Способен обнаруживать и распознавать добычу во время охоты при слабом свете или в полной темноте;
•  Не боится засветки и может использоваться для наблюдения в дневное время (по сравнению с классическими ПНВ);
•  Работает в условиях тумана, задымленности, в дождь и снегопад;
•  Помогает находить зверя на охоте, включая подранка, сквозь ветви кустарников или деревья, которые маскируют цель для обычной оптики;
•  Позволяет заметить тепловой след недавно прошедшего животного.

Важные параметры тепловизоров для охоты

Тепловизор представляет собой сложное техническое устройство, но при его выборе следует обратить внимание на основные параметры:

Объектив

Линзы охотничьих тепловизоров изготавливаются из германия, так как обычное стекло не пропускает ИК-лучи. Оптика приборов имеет черный цвет и характерный блеск. Для защиты от механических повреждений линзы покрываются тонким и очень прочным алмазоподобным углеродом (DLC). В названиях моделей часто указывают диаметр объектива, так как во многих линейках именно этот параметр является основным различием. Чем больше объектив, тем дальше можно заметить объект.

Сенсор (микроболометр)

Объектив фокусирует тепловое излучение на болометрической матрице — сердце прибора и его самая дорогая часть. Сенсор состоит из терморезисторов, напыленных на кристаллическую подложку. Каждый из чувствительных элементов меняет сопротивление под действием ИК-излучения, в результате чего на выходе матрицы формируется электронный сигнал, который обрабатывается микропроцессором. Болометрические датчики промышленно производятся только в трех странах: США, Франции и Китае.

При выборе тепловизора особое внимание следует уделить разрешению сенсора. Это второй по важности параметр, так как от него зависит детализация изображения.

Разрешение сенсора

Матрицы микроболометров могут различаться по количеству термочувствительных элементов. Обычно указываются два значения: по горизонтали и вертикали, например, 384x288, 160x120 или 640x480. Это стандарты QVGA, QQVGA и обычный VGA. Также существуют болометры с разрешением XGA (1024x640), но их использование ограничено высокой ценой.

Даже самые низкие разрешения позволят увидеть контуры объектов на небольших расстояниях во время охоты. Однако, если требуется более детализированное изображение, следует выбирать тепловизор с более высоким разрешением.

Важно учитывать, что разрешение сенсора должно соответствовать диаметру объектива. Даже при высоком разрешении вы можете не увидеть объекты из-за маленького объектива.

Дисплей

Дисплей представляет собой жидкокристаллическую или светодиодную матрицу небольшого размера. Для комфортного наблюдения предусмотрен окуляр с диоптрийной настройкой и резиновым наглазником. Даже если выбрать модель с максимальными параметрами объектива и сенсора, важно также иметь широкий дисплей с высоким разрешением.

Увеличение (кратность) объектива

Увеличение объектива показывает, во сколько раз изображение на экране больше видимого невооруженным глазом. Обычные значения от 1x до 4x вполне достаточны для наблюдения за крупными животными. Чем выше кратность, тем уже поле зрения.

Высокие значения кратности достигаются за счет цифрового увеличения. Однако чем больше цифровое увеличение, тем больше пикселизация и искажения изображения. Обычно прибор имеет цифровой zoom 2x или 4x, но есть модели и с 8x.

Поле зрения

Поле зрения — это пространство или угол, который можно рассмотреть, не перемещая прибор. Угол наблюдения обратно пропорционален увеличению объектива: чем выше кратность, тем уже обзор.

Чем выше разрешение сенсора, тем меньше изначальная кратность и тем выше поле зрения.

Частота обновления кадров

Чтобы отобразить движущуюся картинку во время охоты, электронный блок работает циклически. Частота обновления изображения может составлять от 9 до 60 раз в секунду. Чем выше частота, тем меньше задержки, размытость и шлейф у движущихся объектов. Это особенно важно при стрельбе, но не так критично для наблюдения.

Наиболее распространенными значениями считаются 25 и 50 Гц. Приборы с матрицей 640x480 обычно имеют частоту 25 Гц. Если требуется записывать видео, лучше выбирать тепловизор с большей частотой обновления.

Время работы

Заряда батарей должно хватать на 4-5 часов. При низких температурах может потребоваться внешний источник питания. Тепловизор не нужен постоянно на охоте, поэтому можно использовать спящий режим с минимальным расходом энергии.

Приборы со встроенным аккумулятором держат заряд дольше, но в случае разрядки их нужно заряжать с помощью внешних устройств. Для длительного использования лучше приобрести дополнительные элементы питания.

Масса и габариты

Все просто: чем компактнее устройство, тем удобнее его носить с собой.