Вы можете написать и разместить на портале статью.

Убедительно просим не присылать статьи из интернета - их можно найти поисковыми машинами. Напишите свою, интересную и уникальную статью. Сфотографируйте и опишите лабораторную работу по физике, или химии, пришлите фотографии Вашей самоделки....
шлите статьи на адрес we@guru.ua

Устройство прибора ночного видения.

О чем вы думаете, когда речь заходит о приборах ночного видения? Вероятно, многие сразу вспоминают фильмы о шпионах или боевики, в которых герои при лунном свете используют специальные приборы ночного видения для того, чтобы узнать обстановку внутри здания и спасти людей, как правило, заложников. Но ведь это всего фильм, а существуют ли действительно такие приборы и как они работают? Неужели в темноте можно что-нибудь увидеть?

Ответ определенно положительный. С помощью хорошего оборудования для ночного видения можно разглядеть человека на расстоянии около 200 м в темной комнате и при лунном свете или в облачную ночь. В зависимости от используемой техники приборы ночного видения делятся на два вида: Приборы, которые повышают качество изображения - обработка изображения с целью улучшения его качества. Принцип работы прост - оборудование «притягивает» немного света, например, инфракрасный свет, проходящий по воздуху, но не видимый для глаз, и усиливает его так, чтобы человек мог видеть изображение.

Приборы тепловидения. Такая технология работает за счет того, что приборы ночного видения захватывают верхнюю часть спектра инфракрасного света, излучаемый самими объектами за счет своего тепла. Более горячие объекты, например, теплые тела, излучают больше всего света по сравнению с такими более прохладными объектами, как деревья или здания.

В этой статье Вы узнаете о двух главных технологиях ночного видения. Мы также расскажем о некоторых приборах ночного видения. Но в начале несколько слов об инфракрасном свете.

Инфракрасный Свет

Чтобы понять принцип работы ночного видение, важно понять, что такое свет. Свет – это лучистая энергия, воспринимаемая глазом. Свет передается волнами. Количество энергии световой волны называется «длиной волны»: чем короче длина волны, тем выше энергия света. Из всех видимых видов света наибольшей энергией обладает фиолетовый свет, а наименьшей - красный. Почти видимым светом также можно считать спектр инфракрасного цвета.

Инфракрасный свет – только часть спектра видимого излучения.

Инфракрасный свет бывает трех категорий:

Ближняя инфракрасная часть спектра – наиболее близкий к видимому свету, длина волны этого вида IR составляет 0.7 - 1.3 микрон или 700 - 1 300 миллиардная часть метра.

Средняя инфракрасная часть спектра с длиной волны в пределах от 1.3 до 3 микрон. Первые две категории инфракрасного света используют в большинстве электронных устройств ночного видения, а также в системах дистанционного управления.

Инфра тепловой свет занимает большую часть инфракрасного спектра, длина волны которого достигает от 3 микрон до свыше 30 микрон.

Основное отличие между инфратепловым светом и двумя другими состоит в том, что инфратепловой свет производится самим объектом, а не отражается от него, как в первых двух случаях. Инфракрасный свет излучается объектом за счет его атомного строения.

Атомы

Атомы находятся в постоянном движении. Они постоянно вибрируют, двигаются и вращаются. Твердые частицы всегда находятся в движении! Атомы могут принимать различные возбужденные состояния, проще говоря, они обладают разной активностью. Если атом получает слишком много энергии, то он покидает так называемый энергетический уровень основного состояния и переходит на возбужденный уровень. Уровень возбужденности зависит от количества энергии, примененной к атому. Выступать в качестве энергии может температура, свет или электричество.

Атом состоит из ядра (содержащий протоны и нейтроны) и электронного облака. Электроны движутся в этом облаке, как ядра во многих различных орбитах. Хотя некоторые ученые считают эти орбиты всего навсего различными энергетическими уровнями атома. Таким образом получается, что при воздействии на атом, некоторые его электроны из более низкой орбиты переходят на более высокий энергетический уровень, отдаляясь от ядра.

Как только электрон переходит на более высокий энергетический уровень, он пытается вновь вернуться к своему основному состоянию. В результате такого процесса электрон выпускает свою энергию в качестве фотона - частицы света. Возбужденные электроны обладают большей энергией, чем расслабленный электрон. Освобожденный фотон имеют свою определенную длину волны (цвет), которая зависит от состояния энергии электрона, когда происходит освобождение фотона.

Все живое на Земле использует энергию, как и некоторые неодушевленные объекты, такие как двигатели и ракеты. В результате употребления энергии вырабатывается тепло. Тепло, в свою очередь, заставляет атомы в объекте излучать фотоны в тепловом инфракрасном спектре. Чем горячее объект, тем короче длина волны инфракрасного фотона. Некоторые горячие объекты способны даже излучать фотоны в видимом спектре, от красного, оранжевого, желтого, синего и до белого цветов.

Тепловидение

Сосредоточенный свет сканируется фазированной антенной решёткой приемника инфракрасного излучения. Индикаторные элементы создают детальный образец температуры, называемый термограммой. На создания термограммы детекторная матрица тратит всего 1/13 долю секунды.

Термограмма создается индикаторными элементами и превращается в электрические импульсы.

Импульсы передаются на блок обработки сигналов, который представляет собой схему со специализированным чипом, который передает информацию с элементов на дисплей.

Блок обработки сигналов пересылает информацию на дисплей, которая представляется несколькими цветами в зависимости от интенсивности инфракрасной эмиссии. Комбинация всех импульсов со всех элементов и создает изображение.

Типы приборов тепловидения.

Большинство устройств теплового видения могут сканировать изображение со скоростью 30 кадров в секунду. Они, как правило, очень чувствительны к температуре, поэтому чувствительный диапазон составляет от -20 градусов Цельсия до 2 000 C, при чем такие приборы замечают даже незначительные изменения в температуре на 0,2 градуса C.

Различают два вида устройств теплового видения:

Неохлаждаемые - это наиболее распространенный тип устройств теплового видения. Элементы, выявляющие красный цвет, содержатся в специальных блоках, которые активируются при комнатной температуре. Этот тип устройств считается самым бесшумным, быстро активируемым и имеет встроенный аккумулятор.

Охлаждаемые с помощью криогенна. Такие устройства наиболее дорогостоящие, к тому же они очень хрупкие, поскольку в них находятся хрупкие элементы, которые и охлаждают устройства. Однако, эта система имеет свое преимущество – хорошее разрешение и чувствительность, которые создаются благодаря охлаждающим элементам. Устройства, охлаждаемые при помощи криогенна, замечают изменение температуры даже на 0,1 градус и могут различать объекты на расстоянии 300 м, что достаточно для того, чтобы увидеть есть ли у охранника оружие или нет.

Однако, если тепловидение идеально подходит для того, чтобы рассмотреть небольшие объекты на большом расстоянии при полной темноте, в большинстве приборов ночного видения все равно чаще используется технология повышения качества изображения.

Повышение качества изображения

В большинстве приборов ночного видения используется именно эта технология. Устройства ночного видения состоят преимущественно из электронно-оптического усилителя яркости изображения, который собирает и усиливает инфракрасный и видимый свет.

Электронно-оптический усилитель яркости изображения превращает фотоны в электроны и наоборот. Обычная линза, называемая объективной линзой, захватывает окружающий свет и немного света ближней инфракрасной части спектра.

Затем собранный свет поступает в электронно-оптический усилитель. Большинство приборов ночного видения работают за счет специальных аккумуляторов (N-Cell) или от двух батареек «АА». Усилитель вырабатывает высокое напряжение, около 5 000 вольт. Электронно-оптический усилитель также оснащен фотокатодом, который используется для преобразования фотонов света в электроны.

Когда электроны проходят по этому усилителю, атомы также освобождают подобные электроны, увеличивая первоначальное число электронов в несколько тысяч раз за счет использования микроканальной пластины (MCP) в этом усилителе. Микроканальная пластина представляет собой крошечный стеклянный диск с миллионами микроскопических отверстий, сделанных при помощи волоконно-оптической технологии. Микроканальные пластины находятся в вакууме, а по краям диска проходят металлические электроды. Каждый канал приблизительно в 45 раз больше своей ширины, и выполняет роль фотоэлектронного умножителя.

Как только электроны из фотокатода поражают первый электрод MCP (микроканальной пластины), они ускоряются и попадают в стеклянные микроканалы.

Когда электроны проходят через микроканалы, они освобождают тысячи других электронов в каждом канале, используя процесс, называемый каскадным вторичным излучением. В сущности, оригинальные электроны вступают в контакт со стороной канала, возбуждающими атомами, благодаря чему освобождаются другие электроны. Эти новые электроны также вступают в контакт с другими атомами, происходит цепная реакция, в результате чего из канала вытекают уже десятки тысяч электронов, хотя в канал попало всего несколько тысяч. Самое интересное, что все микроканалы в MCP располагаются под небольшим углом (5 – 8 градусов). Это необходимо для того, чтобы электроны сталкивались с другими электронами.

В конце электронно-оптического усилителя электроны ударяются об экран, покрытый люминофором. Эти электроны занимают свои положения относительно канала, через который они прошли, что в свою очередь обеспечивает прекрасное изображение, поскольку электроны располагаются в том же порядке, что и оригинальные фотоны. Энергия электронов возбуждает люминофор и освобождает фотоны света. За счет люминофора все изображение показывается в зеленом свете, однако, достигается высокое качество воспроизведения.

Затем это зеленое изображение еще раз проходит через линзу, называемую глазной линзой, которая позволяет увеличивать картинку и фокусировать изображение. Для просмотра изображения приборы ночного видения можно подключить к электронному монитору или просто смотреть непосредственно через глазную линзу.

Поколения приборов ночного видения

Приборы ночного видения были созданы еще 40 лет назад. За эти годы появился ряд новых и усовершенствованных приборов ночного видения, поэтому такие устройства принято различать по поколениям.

Поколение «0» - оригинальная система ночного видения, разработанная Армией Соединенных Штатов, которую использовали во второй мировой войне и в войне с Кореей. В таких приборах видеопроектор подсоединялся отдельно. Видеопроектор проектировал луч инфракрасного света, подобно лучу светового сигнала. Невидимый невооруженным глазом, этот луч отражался от объектов и попадал в линзу прибора ночного видения. Для увеличения скорости электронов в таких приборах использовали анод и катод. Недостаток этой системы состоял в том, что такое ускорение электронов искажало изображение и очень быстро выводило из строя электронно-оптический усилитель. Главный же недостаток этих приборов заключается в том, что вражеские силы могли с помощью специального оборудования зафиксировать инфракрасный луч, спроектированный прибором ночного видения.

Поколение 1 - следующее поколение приборов ночного видения, в которых в отличие от предыдущего поколения стали использовать пассивное инфракрасное излучение. Приборы нового поколения стали использовать окружающий свет, излучаемый луной и звездами. Им больше не нужен был источника спроектированного инфракрасного света. Но единственный их недостаток заключался в том, что такие приборы практически не работали в полной темноте, когда небо было покрыто тучами. Также в приборах ночного видения первого поколения по-прежнему использовались электронно-оптические усилители, которые искажали изображения и быстро разрушали сам усилитель.

Поколение 2. Самые заметные улучшения в приборах ночного видения произошли в приборах второго поколения. В них заметно улучшилось разрешение изображение и сама работа устройств. Самое большое преимущество приборов этого поколения над всеми существующими являлось то, что они могли видеть объекты даже при очень плохом освещение, например, в безлунные ночи. Это стало возможным после того, как разработчики установили микроканальную пластину в электронно-лучевой усилитель. Благодаря тому, что MCP просто увеличивало число электронов вместо того, чтобы ускорять их движение, изображения стали более четкими и яркими по сравнению со всеми предыдущими устройствами ночного видения.

Поколение 3. Третье поколение в настоящее время используется американскими войсками. В сущности, это поколение мало чем отличается от второго поколения, за исключением того, что новые приборы более чувствительны и поэтому воспроизводят более качественное изображение. Достигнуть этого удалось за счет использования полупроводникового материала арсенида галлия, который ускоряет процесс преобразования фотонов в электроны. Более того, MCP покрыта специальным ионным слоем, который значительно продлевает срок работы электронно-оптического усилителя и сокращает окружающий шум.

Поколение 4 – это новые приборы ночного видения, работающие как при хорошем, так и при плохом освещении. В них помимо всего прочего был установлен также стробируемый усилитель.

Благодаря новой технологии стробируемого усилителя, приборы ночного видения автоматически регулировали включение и выключение напряжения фотокатода, за счет чего приборы ночного видения могли резко подстраиваться под любые изменения света. Новая технология значительно изменила отношение многих людей к приборам ночного видения. Ведь теперь система стробируемого усилителя давала пользователю этих приборов свободу действий, он мог спокойно перемещаться из темной области в яркую и наоборот. Приведем наглядный пример: вы должно быть видели в фильмах, как герои прячутся где-нибудь в темноте, рассматривая обстановку через приборы ночного видения, как вдруг резко включается свет и человек буквально слепнет. Новая технология, используемая в приборах четвертого поколения, позволяет устранить этот недостаток. Усовершенствованные приборы ночного видения мгновенно реагируют на изменение света. Приборы ночного видения нулевого и первого поколения стоят относительно недорого, однако, профессионалы сильно разочаруются в чувствительности и качестве их воспроизведения. Приборы же трех последующих поколений стоят очень дорого, но если с ними обращаться аккуратно, то они могу прослужить долгие годы, да и качеством останется доволен даже требовательный «боец».

Следует также отметить, что все электронно-оптические усилители подвергаются суровому тестированию, необходимое для того, чтобы выяснить соответствует ли это оборудование военным нормам и требованиям. В профессиональных устройствах ночного видения в военных целях используются электронно-оптические усилители стандарта MILSPEC. В некоторых отдельных случаях также допускается стандарт COMSPEC.

Оборудование для ночного видения и сфера его использования.

Оборудование для ночного видения делится на три категории:

Монокуляр – ручной или устанавливаемый на ствол оружия. Монокуляр, в отличие от очков ночного видения, которые можно одеть на глаза, приходится носить в руках. Он удобен в тех случаях, когда необходимо хорошо разглядеть темный объект в дали, а затем действовать в обычных условиях видимости.

Очки ночного видения – их также можно носить в руках, однако они рассчитаны на то, чтобы носить их на голове. В отличие от монокуляра очки бинокулярны, т.е. рассчитаны на два глаза. Очки ночного видения очень удобны в тех ситуациях, когда приходится ориентироваться в темноте, но в то же время нужны свободные руки, например, для военной операции в темном здании.

Камеры ночного видения – эти камеры «освещают путь» не только их пользователю, но и способны отсылать снятое видео на монитор или записывать его на пленку. В некоторых современных камерах изначально встраивается система ночного видения.

Самыми распространенными сферами применения приборов ночного видения являются: Армия
Войска
Охота
Наблюдение за дикой природой
Безопасность
Навигация
Обнаружение скрытых объектов
Развлечение

Основная задача приборов ночного видения заключается в том, чтобы обнаружить цель противника в ночное время суток. Поэтому приборы ночного видения используются преимущественно в военных целях, например, для навигации войск, разведки и наблюдения. В некоторых случаях такую технику использует полиция, например, для наблюдения за подозреваемыми. Охотники и просто любители дикой природы используют приборы ночного видения для ориентации и продвижению по лесу в ночное время.

Практически незаменимым инструментом приборы ночного видения считаются для детективов и частных сыщиков, ведущих наблюдение за определенными людьми. Многие крупные предприятия устанавливают специальные камеры ночного видения, ведущие наблюдение ночью.

Наиболее распространены приборы теплового видения, поскольку они фиксируют любые нарушения, например, прибор теплового видения может выявить подкоп, который не заметен невооруженным глазом. Очень часто такую технику используют правоохранительные органы для нахождения спрятанных улик, например, денег, наркотиков и трупов.

Многие люди стали по-новому смотреть на приборы ночного видения, ведь перед ними открывается совершенно новый мир, видимый только после наступления темноты. Если Вы особенно любите ходить в походы или охотиться на диких животных, приборы ночного видения станут вашими незаменимыми помощниками. Самое главное выбрать ту модель прибора ночного видения, которая Вам действительно необходима.