Как устроена технология ночного видения?

Приборы ночного видения позволяют видеть в темноте. Качественные очки ночного видения и оптические прицелы позволяют видеть людей, животных и предметы на расстоянии до 1 000 ярдов в темную ночь. Монокулярные камеры ночного видения позволяют делать фотографии и видеозаписи того, что невозможно увидеть в темноте невооруженным глазом.

В приборах ночного видения используются две схожие технологии. Традиционные приборы ночного видения используют оптоэлектронное усиление изображения, которое работает за счет восприятия небольшого количества инфракрасного света, отраженного от объектов, и последующего электрического усиления этого света в характерное светящееся зеленое изображение. Более новая технология — цифровое улучшение изображения — фиксирует доступный свет на цифровом датчике и затем в цифровом виде улучшает изображение на полноцветном дисплее.

Оптитическая электроника: технологии и применение

В старых приборах ночного видения используется технология оптико-электронного улучшения изображения. Эта технология использует ряд оптических линз и специальную электронно-вакуумную трубку для улавливания и усиления видимого и инфракрасного света, отраженного от близлежащих объектов.

Первая линза системы, называемая объективом, улавливает тусклый видимый свет, отраженный от объекта, а также часть света из нижней части инфракрасного спектра. Этот свет, как и весь свет, состоит из маленьких частиц, называемых фотонами.

Эти фотоны проходят через объектив в трубку-усилитель изображения. Это специальная электронно-вакуумная трубка, работающая от небольших батареек типа AA или N, состоящая из двух компонентов.

Первая часть трубки называется фотокатодом. Этот компонент преобразует поступающие фотоны в электроны. Как вы, наверное, помните из уроков естествознания, фотоны, нейтроны и электроны — это очень маленькие частицы, составляющие атом. Фотоны и нейтроны, объединяясь, создают ядро атома — электроны вращаются вокруг ядра и несут электрический заряд.

Вновь созданные электроны попадают во вторую часть вакуумной трубки, называемую микроканальной пластиной (МКП). MCP представляет собой небольшой стеклянный диск с миллионами крошечных отверстий, которые многократно увеличивают количество электронов, тем самым усиливая электрический сигнал в несколько тысяч раз.

Выходя из конца трубки усилителя изображения, электроны попадают на экран с люминофорным покрытием. При попадании на экран люминофоры загораются, создавая светящееся зеленое изображение, которое значительно ярче тусклого света, изначально попавшего в объектив. Люминофорное изображение просматривается через окулярную линзу, которая позволяет сфокусировать и, при необходимости, увеличить изображение.

Почему это традиционное изображение для приборов ночного видения не является цветным? Это связано с преобразованием фотонов в электроны, что лишает изображение цветовой информации и превращает исходный цветной свет в черно-белое изображение. Зеленые люминофоры были выбраны потому, что зеленый цвет легче всего воспринимается при длительном нахождении в темноте.

Как лучше понять цифровое изображение?

В большинстве современных приборов ночного видения используется цифровая версия традиционной оптико-электронной технологии улучшения изображения. Цифровая технология улучшения изображения позволяет создавать более компактные, легкие и универсальные приборы ночного видения.

В цифровых приборах ночного видения свет, попадающий в объектив, преобразуется в цифровой сигнал с помощью комплементарной металлооксид-полупроводниковой матрицы (CMOS), подобной тем, что используются в цифровых видеокамерах. Затем цифровое изображение подвергается электронному усилению, многократному увеличению и передается на ЖК-дисплей для просмотра. Чем больше матрица CMOS, тем выше разрешение изображения. Многие современные цифровые приборы ночного видения отображают и записывают видео в формате Full HD 1080p.

Помимо прямого просмотра на ЖК-дисплее, многие цифровые приборы ночного видения могут быть подключены к другим устройствам, например, к фото- или видеокамерам, для удаленного просмотра. Сигналы цифровых приборов ночного видения можно также сохранять в цифровом виде на картах SD, USB-накопителях или других устройствах хранения данных. Некоторые цифровые приборы ночного видения оснащены функцией Wi-Fi, позволяющей легко передавать видео и изображения в режиме реального времени на смартфоны, компьютеры и другие устройства.

Цифровые технологии произвели революцию в индустрии приборов ночного видения. Каждое последующее поколение КМОП-сенсоров позволяет получать более качественные изображения при меньшей стоимости. Если изображения, получаемые с помощью первых цифровых приборов ночного видения, не были столь же детальными, как традиционные оптические изображения, то современные устройства позволяют получать изображения с чрезвычайно высоким разрешением.

Где применяются технологии ночного видения?

Технология ночного видения используется в нескольких типах приборов, предназначенных для улучшения обзора в темных или слабоосвещенных условиях.

Пожалуй, наиболее популярное применение технологии ночного видения можно найти в оптических прицелах. Прицел — это оптический прибор, используемый для наблюдения за удаленными объектами. Прицелы могут быть как отдельно стоящими (переносными), так и устанавливаться на некоторые виды огнестрельного оружия, например, на винтовки. Приборы ночного видения могут быть монокулярными (с одним окуляром) или бинокулярными (с двумя окулярами для получения стереоскопического изображения).

Также популярны очки ночного видения. Эти очки представляют собой бинокулярный прицел, закрепленный на головном ремне или шлеме. Поскольку очки носят, а не держат, они освобождают руки для других целей. Они отлично подходят для передвижения ночью или в темных помещениях.

Наконец, многие фото- и видеокамеры оснащены цифровой технологией ночного видения для съемки в темное время суток. Камеры ночного видения часто используются для наблюдения, особенно по неосвещенному периметру здания.