Ученые могут подарить людям возможность видеть в темноте

Принцип действия прибора ночного видения

Глаз представляет собой пассивный радар, принимает излучения, испускаемые предметами. Видимый спектр – малый диапазон колебаний тела Вселенной, окружающего человечество. Хищник из одноименного фильма переключал диапазоны, представитель развитой цивилизации неспособен охватить тотальный спектр! В темноте глаз видеть бессилен, недоступно Homo Sapiens наблюдать инфракрасное излучение. Тела будут испускать волны при низких температурах окружающей среды, плотность мощности падает. Вырисовывается первый прибор ночного видения. Ничего общего с военными. Аппарат пользуют строители.

Встречайте тепловизор, принимающий инфракрасное излучение предметов. Прибор предназначен не для обозрения темного пейзажа, однако фронтальный вид разглядеть можно. Штуковина имеет ряд настроек, типичны следующие признаки:

• температура 10 градусов Цельсия тепла выглядит оранжевым сиянием;
• стены домов смотрятся красноватыми;
• окружающая неживая природа разных оттенков вплоть до черного.

Собрать своими руками тепловизор забудьте, купить тысяч за 50 можно. Потратив семь тысяч, прибор ночного видения (ПНВ) в магазине приобретете. Специально тепловизор целям бдения в темноте брать нет смысла, помогает строителям оценить качество теплоизоляционных мероприятий. Если найдется знакомый прораб, можно природой полюбоваться в темноте бесплатно, одолжив агрегат.

Схема прибора ночного видения реализуется указанными процессами, чтобы не раздражать глаз лучезарной радугой, внутри заводского изделия стоит прозрачная пластина, покрытая полупроводниковым материалом, пользуясь внутренним фотоэффектом, позволяет «увидеть» инфракрасное излучение предметов.

Под действием невидимых «фотонов» электроны пластины получают энергию. Считать информацию можно по изменению прозрачности материала, электропроводности вещества. Микроканальная технология изготовления чувствительных элементов помогает избежать засветки соседних пикселей. Первыми к решению задачи приблизились фашисты. Германия пользовалась трудом талантливых ученых. Некоторые добровольно, иных заставляли. Создан прицел винтовки весом 2,25 кг с чемоданом батареек (13,5) кг. Позволило бы, наверное, совершить немало подвигов (или преступлений), если бы советские войска маем 1945 года не взяли Берлин.

Иногда излучение дополнительно усиливается фотоумножителями. Помогает получить яркую контрастную картинку прибору ночного видения. Зачастую внешних излучений недостаточно, в ход идет подсветка инфракрасного диапазона. Используются лампы, чаще применяются полупроводниковые диоды специального типа. Найти можно в магазине радиолюбителям. К слову сказать, когерентность излучения светодиодов высока. Значит, что помехи не будут влиять на качество картинки.

Приборы ночного видения подразделяются следующим образом:

1. Характером влияния на окружающую обстановку:
   1. Активные со светодиодной подсветкой.
   2. Пассивные, принимающие только излучения других предметов.
2. Методом обработки принятого сигнала:
   1. С усилением.
   2. Лишенные усиления.
3. Признаком наличия накопителя информации:
   1. Регистрирующие.
   2. Не регистрирующие.

Теперь можно собрать прибор ночного видения своими руками.

Типы ОНВ: какой выбрать?

На сегодняшний день различают два типа ОНВ: бинокулярные и псевдобинокулярные. Первый тип очков состоит из двух одинаковых каналов под левый и правый глаз. В каждом канале есть объектив, электронно-оптический преобразователь и окуляр. В таких ОНВ изображение обрабатывается отдельно каждым каналом. В большинстве моделей есть специальный регулятор, позволяющий корректировать расстояния между зрачками. Поэтому каждый оператор может настраивать под себя бинокулярные очки ночного видения. Фото прибора такого типа представлено ниже.

Бинокулярные ОНВ позволяют быстро определять расстояние предметов до объектива, однако они отличаются большим весом и стоимостью. Их применение оправдано только в случае выполнения задач, требующих быстрой оценки расстояния и скорости движения. Поэтому бинокулярные очки чаще всего используются спецподразделениями и пилотами вертолетов для выполнения ночных операций.

В псевдобинокулярных очках происходит усиление изображения, которое попадает в объектив оптического канала, с последующим разделением его на два окуляра. Очки этого типа идеально подходят для ночной рыбалки и охоты.

Поколение I и I+

Доступный по стоимости тип ПНВ. Рассчитан на дальность в пределах 100 метров, при наличии слабого освещения или инфракрасной подсветки. Имеет ряд недостатков:

Низкая чувствительность, четкое в центре, но размытое по краям изображение.

Стеклянная колба — корпус ЭОП, чувствительна, трескается к отдаче. Это ограничивает применение на гладкоствольном и крупнокалиберном оружии.

ЭОП первого поколения чувствительны к резким перепадам освещенности. Яркий источник света (фары, фонари, костер) засвечивает изображение.

В поколении I+ большинство недостатков исправлено. Применение волоконно-оптических пластин (ВОП) позволило почти полностью убрать размытость по краям.

Современные модели дают картинку с одинаковым разрешением в центре и периферии, не боятся точечных засветок, а дистанция работы увеличена до 150 метров. Их корпуса изготовлены из металлокерамики и не боятся отдачи.

Тепловизоры

Инфракрасный прибор ночного видения работает с подсветкой, тепловизоры целиком пассивны. Улавливают излучения, испускаемые нагретыми телами.

Небезызвестный Арнольд Шварценеггер в фильме Хищник-1 использовал особенность прибора охотника на людей, скрываясь из поля зрения инопланетянина. Герой обмазался холодным илом, затерялся среди коряг.

Инопланетный хищник раскрыл себя, за что позже наказан.

Преимущества тепловизора: аппарат видит сквозь дымовую завесу, туман, когда военные приборы ночного видения отказывают напрочь. На относительно сером поле, где очерчены предметы, ярким пятном выделяются посторонние пейзажу разгоряченные тела животных.

Изобретатели тепловизора Flir Scout запатентовали специальную технологию фильма Хищник, которую назвали Instalert (англ. сокращение «тревога наступления события»).

Горячие фигурки на экране становятся красными, мишени невозможно пропустить.

Рекламодатели стыдливо умалчивают, что будет, если температура окружающей среды приблизится к 35 ºС, станет равна по горячести человеку. Появится сплошной красный фон, где тяжело найти живые объекты.

Мнение эксперта
Смирнов Александр Станиславович
Инструктор по выживанию в дикой природе. Опыт преподавания более 15 лет

Любой китайский прибор ночного видения продолжит давать четкую картинку. Отсутствует режим Instalert, привычный пейзаж отчетливо прорисуется.

Привыкший к выделению цветом человек в экстремальных условиях бессилен заметить врага. Несет потенциальную опасность оператору.

Учитывая большую стоимость устройств, хотелось бы видеть на рынке более интеллектуальную систему, позволяющую безошибочно действовать в экстремальных условиях.

Дополнительное преимущество тепловизора: возможность использовать по хозяйству, обнаруживая утечки энергии жилого дома. Утеплительные мероприятия вести гораздо проще.

Приборами пользуются строители. Тепловизоры продвигают, называя многообещающими системами для ручной ночной навигации на водном, наземном транспорте.

Авторы склонны рассматривать перспективу скептически. Разве снабдить устройство специальной подсветкой.

В этом ракурсе автомобильный прибор ночного видения смотрится привлекательнее, поскольку отображает предметы, независимо от температуры, наличия на небе Луны, звезд. Если ночь, отказали фары, тепловизор выручит, ровно до следующего раза.

• обнаружения крадущихся людей (воров, засады, гопников, убийц);
• отслеживания затаившихся зверей, птиц;
• оценки обстановки объекта.

Никакой прибор ночного видения Пульсар не позволит эффективно решить поставленную задачу, как тепловизор. При наличии множества нагретых тел преимущества нивелируются. Прибор ночного видения с тепловизором нашел разнообразные области применения. Первый хорош в городе, в теплом климате, второй — в заснеженном лесу.

На каких зверей охотятся по ночам?

Ночью добывают волка, дикую свинью, медведя; копытных – оленя, лося, косулю; пушных зверьков – лису, зайца, бобра. Охота в каждом случае имеет особенности, о которых нужно знать.

• Кабан. Ночью звери отправляются в поисках пропитания, отходя от лежки даже на 5 км. Охотятся на них из засидки, но самый безопасный способ добычи вепря – с вышки. Засидки обычно делают у мест, где потенциальная цель кормится или пьет. В любом случае потребуется ночной прицел или заменяющее его устройство.
• Медведь. На зверя обычно идут в одиночку. Для охоты больше подходит овсяное поле, поскольку ранней осенью злак – главная пища медведя. Прячутся в естественном укрытии – например, в стоге сена, еще до заката. Для охоты используют монокуляр с ночным видением на ствол. Раненного медведя не следует преследовать в темноте – это опасно. Разумнее пустить собак по оставленному следу или дождаться утра.
• Лисы и зайцы. На этих зверьков лучше охотиться зимой, когда их мех наиболее густой. Засидки устраивают у мест прикормки. Лис приманивают тушами и потрохами коз, коров. Зайцам как приманку предлагают ветки, злаки, плоды, полив некрепким водным раствором пищевой соли.
• Копытные. Лучший способ добычи этих животных – с вышки, с использованием тепловизионного бинокля или ночного монокуляра для охоты. Укрытия сооружают минимум в 50 м от оставленного прикорма. Браконьеры этих животных загоняют на автомобилях, ослепляя фарами, хотя этот способ запрещен законом и предусматривает серьезное наказание.

Как устроен фотокатод?

Изнутри входного окна объектива нанесён прозрачный токопроводящий слой – это электрод фотокатода. На этот электрод осаждают активный слой полупроводникового материала.

Полупроводниковый слой может быть сурьмяно-цезиевым, кислородо-серебряно-цезиевый или многощелочной (соединение сурьмы с калием, натрием и цезием). Фотокатод обладает хорошей фотоэмиссией в видимой и инфракрасной областях спектра.

Лучшей фотоэмиссией обладает многощелочной фотокатод. Изготавливают его методом осаждения слоя сурьмы с обработкой парами цезия, натрия и калия. Спектральная чувствительность такого фотокатода находится в области значений длины волны от 0,3 мкм до 0,9 мкм.

Принципы ночного видения

В дневное время суток окружающие нас предметы мы видим потому, что солнечный свет падает на поверхность объектов, рассеивается и попадает на чувствительную сетчатку глаза. В ночное время естественного освещения нет, и человеческий глаз не в силах хорошо разглядеть окружающие предметы.

Несмотря на отсутствие естественного освещения в ночное время присутствует слабое фоновое инфракрасное излучение с длиной волны менее 1 мкм (микрометра). Фоновое инфракрасное излучение вызвано рассеянием в облаках и других неоднородностях атмосферы удалённых источников излучения, таких как звёзд, Луны и пр. Чтобы разглядеть окружающую обстановку ночью необходимо принять это фоновое излучение, затем усилить и преобразовать в видимое изображение.

Для работы в шахтах, закрытых помещениях и тоннелях, где естественного фонового излучения нет, применяется активная инфракрасная подсветка.

Змеиное зрение

Экран, на котором вы читаете этот текст, преобразует поступающие к нему электрические сигналы в излучение определенного цвета и интенсивности.

Наша сетчатка работает с точностью до наоборот: падающий на нее свет она преобразует в электрические сигналы, поступающие в мозг. Делают это расположенные на внутренней оболочке глаза фоторецепторы — так называемые палочки и колбочки.

Image caption

Так выглядят наши фоторецепторы под микроскопом

Однако их чувствительность очень ограничена: видимый свет составляет ничтожную часть электромагнитного спектра, расположенную между инфракрасным (тепловым) и ультрафиолетовым диапазонами излучения. Большая же часть волн остается для нас невидимой.

Некоторым животным повезло больше. Например, комары, а также некоторые виды змей и рыб обладают способностью видеть в инфракрасном диапазоне. Это позволяет им охотиться по ночам или в холодных водоемах: теплокровная добыча выглядит контрастно на более прохладном фоне.

Человечество давно научилось имитировать эту способность при помощи приборов ночного видения, которые широко используют охотники, военные и спасатели.

Аппаратура улавливает невидимое человеком инфракрасное излучение и чуть укорачивает волны, делая их доступными для восприятия.

• Самое острое ночное зрение? Нет, не у кошки
• Насколько близки к реальности мечты о рентгеновских очках?

Впрочем, приборы ночного видения довольно громоздки, а кроме того, совершенно бесполезны в дневное время.

Разработанные китайскими учеными наночастицы покрыты молекулами белка, которые работают по тому же принципу, только наносятся напрямую на фоторецепторы. Они обволакивают палочки и колбочки, переводя невидимое излучение в видимую, зеленоватую часть спектра.

Что такое прибор ночного видения?

Это устройство, работа которого основана на способности преобразовывать неразличимое инфракрасное излучение в видимое для человеческого глаза. Кроме этого, прибор усиливает низкий уровень яркости на наблюдаемом объекте, который создается свечением ночного неба, Луны или звезд. Используют ПНВ пограничные, таможенные, спасательные службы, спецподразделения ФСБ, МВД и так далее. Такие приборы находят применение в производственном технологическом контроле, при добыче полезных ископаемых, для наблюдений за астрономическими объектами и ночного ориентирования на местности.

Когда изобрели прибор ночного видения?

Разработки этих приборов велись еще до начала Второй мировой войны в разных странах. Первый прибор ночного видения появился в нацистской Германии в 1936 г. Это устройство применялось на противотанковых пушках. К окончанию Великой Отечественной войны прототипы подобных приборов, обеспечивающих ночное видение, появились и на вооружении Красной армии. Поначалу эти устройства использовались на танках, затем на флоте, в авиации, в прицелах к стрелковому оружию.

Специалисты классифицируют приборы ночного видения по типу установленного ЭОП:

1. 0 поколение. Такие прототипы night vision использовались в немецкой армии и устанавливались на противотанковых пушках.
2. 1 поколение. Эти приборы появились во время проведения военных действий во Вьетнаме. Они работали с рассеянным светом, усиливая его в 1000 раз. Позже, благодаря началу развития волоконной оптики, устройство было усовершенствовано.
3. 2 поколение. В 80-х годах прошлого века американские ученые разработали улучшенный прибор с усилителем, имеющим микроканальную пластину. Со временем были разработаны ПВН, отличающиеся высокой частотой фотокатода, благодаря чему улучшилось качество изображения на всем экране.
4. 3 поколение. Такой ЭОП имеет принципиальные отличия в фотокатоде, который сейчас изготавливается из арсенида галлия. Приборы ночного видения такого типа являются новой эволюционной ступенью в развитии ПВН.

Устройство прибора ночного видения

Наблюдательный оптико-электронный прибор ночного видения состоит из таких основных частей:

• объектив;
• приемник излучения;
• усилитель;
• устройство для отображения изображения.

Многие современные приборы используют в качестве усилителя электронно-оптический преобразователь ЭОП, который состоит из объектива, умножителя напряжения, вакуумной трубки с фокусирующей системой, источника питания. На его экране имеется окуляр, через который оператор может рассмотреть изображение. Кроме этого, роль приемника может выполнять ПЗС-матрица и тогда оператор видит картинку на экране монитора. В некоторых ПВН используются инфракрасные преобразователи, в основе которых лежит тепловизор.

Как работает прибор ночного видения?

Принцип работы прибора ночного видения заключается в следующем:

1. Свет, попадая в объектив, фокусируется на стенке преобразователя точно так же, как и в любом фотоаппарате.
2. Преобразователь усиливает полученное изображение, делая его четким и ярким.
3. Пользователь видит в объективе необходимое изображение.

Преобразователь – это трубка с герметично запаянными концами, из которой откачан воздух. На ее передней стенке нанесен полупроводник, а на задней – люминофор. К передней стенке подключается минус, а к задней – плюс. После подачи напряжения слабо различимое изображение попадает на фотокатод, с которого выбиваются электроны и направляются к аноду. При попадании на люминофор, они вызывают его свечение

Здесь совсем неважно, какой электрон попадает на фотокатод: ультрафиолетовый или инфракрасный. Изображение в любом случае будет черно-зеленым

Очки «Диполь»

Очки ночного видения «Диполь» выпускаются уже более 20 лет. Благодаря новейшим технологиям и большому опыту производителю удается создавать качественные приборы оптимальной стоимости.

Главное преимущество очков «Диполь» – возможность легко менять объективы с разными типами увеличения без дополнительных настроек. Во всех моделях ОНВ используются окуляры с большим диаметром зрачка. Это существенно упрощает использование прибора, поскольку нет необходимости регулировать межглазное расстояние.

Очки удобно фиксируются на голове и не вызывают дискомфорта даже при длительной носке. Они легки и удобны в использовании. Простая конструкция позволяет быстро регулировать положение очков и откидывать их в вертикальное положение.

Другими преимуществами ОНВ «Диполь» являются надежность и долговечность прибора. Устройство обладает отличными механическими, оптическими и эргономическими характеристиками. Для создания очков производитель использует высококачественный сплав ударопрочного пластика и авиационного алюминия.

Как самому сделать ОНВ?

Очки ночного видения давно уже вошли в жизнь обычного человека. Профессиональные приборы, как правило, стоят дорого, поэтому все больше людей стараются изготовить такое устройство самостоятельно.

Чтобы сделать очки ночного видения своими руками, понадобятся два ненужных мобильных телефона, старые очки, фонарь и детский металлический конструктор.

Итак, нужно взять два одинаковых рабочих мобильника с камерами. Из очков вынуть линзы и на их место установить две одинаковые лупы.

Из металлического детского конструктора сделать два кронштейна, которые должны крепить телефоны к очкам. В зафиксированном положении кронштейны должны быть направлены вперед. Способ крепления зависит от конструкции телефонов. В каждом случае тип фиксации нужно подбирать индивидуально.

Затем нужно закрепить телефоны на очках на расстоянии, при котором четко видно изображение на экранах. Отлично, если телефоны позволяют включать камеры без SIM-карт. Ну а если это невозможно, нужно вставить карты в каждый телефон.

После этого следует переделать обычный светодиодный фонарь на инфракрасный. Для этого нужно выпаять белые диоды, а на их место, соблюдая полярность, впаять инфракрасные. Теперь можно приступать к тестированию самодельных ОНВ.

Проверить работоспособность прибора можно в обычной комнате. В ночное время нужно выключить свет, надеть на голову очки с включенными камерами. Помещение освечивать инфракрасным фонарем

Важно, чтобы в телефонах было отменено автоматическое отключение подсветки и настроена ее минимальная яркость

На экранах должны быть видны все объекты, которые попадают под прицел фонаря. Но только их изображение будет белого цвета, а не зеленого, как на приборах фабричного производства.

Если сделать самостоятельно ОНВ не получается, но при этом есть в них необходимость, остается единственный вариант – купить готовый прибор.

Критерии выбора приборов ночного видения

Далее будет рассмотрено, что крайне важно при чтении технических характеристик конкретного изделия

Бинокль или монокуляр

Монокуляр обойдется дешевле бинокля при аналогичных оптических качествах. Такой прибор можно использовать прямо с руки, его крепят на шлем, устанавливают на штатив, присоединяют через переходник к оптическому прицелу огнестрельного оружия. Через монокуляр неудобно долго вести наблюдение.

Бинокль стоит больше, так как в большинстве случаев в нем дублируется оптическая система, которая в монокуляре одна. Он комфортный для глаз и обеспечивает более широкий угол обзора. Однако у бинокля сокращена область использования.

Следует учитывать поколение электронно-оптического преобразователя (ЭОП), который применяется в оптической схеме бинокля или монокуляра. Оно указывается в спецификациях латинскими цифрами: I, I+, II, II+, III и так далее. Дорогие модели III поколения гораздо более зоркие, чем устройства прошлых поколений.

Кратность увеличения

Не стоит гнаться за высоким уровнем приближения. Чем выше кратность, тем сложнее и дороже оптика, а также меньше угол обзора при максимальном увеличении. Высокий уровень приближения требует качественного ЭОП, при других обстоятельствах трудно понять неразборчивые силуэты при наибольшей кратности. Для нормального просмотра объектов при наибольшем увеличении желательно включать инфракрасную подсветку.

Диаметр объектива

Чем больше диаметр, тем ярче окажется итоговое изображение. Есть некоторые исключения из этой закономерности, но хорошая оптика должна быть большой. Важна светосила объектива, которая является соотношением фокусного расстояния объектива к его диаметру. Чем меньше итоговое число, тем более светосильная оптика, которая не формирует слишком темную картинку.

Поле зрения

Является углом обзора устройства и измеряется в градусах либо метрах на 1 километр. Чем больше поле зрения, тем проще сориентироваться на местности. Например, на охоте широкий угол обзора станет весомым преимуществом – не тратится время на ненужные действия.

Возможность фокусировки

Идеально, если устройство может сфокусироваться на наблюдаемом объекте автоматически, еще и с указанием расстояния до него. Желательна корректировка диоптрийной разницы.

Разрешение изображения

Более новые модели обеспечивают детализированную картинку, которая будет недостижима для устройств с ЭОП первого поколения. Разрешение измеряется в количестве видимых линий на миллиметр (л/мм) – чем больше, тем лучше.

Супермыши

На мышах эксперимент сработал отлично. Подопытные начинали видеть в инфракрасном диапазоне, при этом прекрасно сохраняя обычное зрение, несмотря на незначительное внешнее помутнение глаз.

Через несколько недель наночастицы естественным образом вымывались из организма, и «супермыши» вновь превращались в обычных грызунов.

Бессознательное зрение и мнимая слепота

Поскольку зрительный аппарат мышей похож на человеческий, ученые уверены, что технология должна сработать и на людях. А в будущем, возможно, поможет и разработать лекарство от дальтонизма.

Image caption

Так выглядит изображение через прибор ночного видения

Но сначала нужно решить две существенные технические проблемы.

Во-первых, разработанные наночастицы помогают видеть лишь самые длинные инфракрасные лучи, а тепловое излучение состоит из фотонов более низкой энергии. Его улавливать технология пока не научилась, хотя это лишь вопрос времени.

А во-вторых, в отличие от рыб, лягушек и змей, люди — теплокровные, и пока неизвестно, как «инфракрасное зрение» будет воспринимать тепло нашего собственного тела.

Возможные перспективы совершенствования

В настоящее время фотокатоды ЭОП работают в области спектра 0,4–0,9 мкм. Однако смещение рабочей области спектра в ИК-диапазон (1,4–1,8 мкм) открывает перед ПНВ новые возможности. Средняя величина ЕНО в безлунную ночь для области спектра 0,4–0,9 мкм достигает (1,5–3)?10–9 Вт/см2, а в области спектра 1,4–1,8 мкм — (1,5–2) ?10–7 Вт/см2, т. е. на два порядка выше. В дополнение к этому улучшается прозрачность атмосферы: при метеорологической дальности видимости 10 км пропускание толщи атмосферы 1 км на длине волны 0,6 мкм составляет 0,72, а в центре области спектра 1,4–1,8 мкм — 0,93. При этом яркость атмосферной дымки снижается больше чем на порядок в области спектра 1,4–1,8 мкм по сравнению с видимой областью спектра. Величина контраста объекта наблюдения с фоном в этой ИК-области спектра более стабильна и выше в 1,4–1,5 раза, чем в области спектра 0,4–0,9 мкм. Кроме того, если в этой области спектра ЕНО меняется от 10–5 до 2,5?10–9 Вт/см2, то в области 1,4–1,8 мкм — от 1,6?10–4 до (3–4)?10–7 Вт/см2 при тех же условиях ЕНО, т. е. почти на два порядка. Процент обеспеченности освещенностью в течение всего года для ЕНО в пределах 5?10–3–5?10–4 лк для области спектра 1,4–1,8 мкм также почти вдвое выше, чем для 0,4–0,9 мкм . В области спектра 1,4–1,8 мкм можно работать в тумане, до определенной степени — в некоторых дымах и в пыли, а также визуализировать излучение современных лазерных целеуказателей-дальномеров, работающих на длине волны 1,55 мкм и 1,7 мкм. Весьма результативно использование ПНВ, работающих в области спектра 1,4–2,0 мкм, для демаскировки объектов: разница в отражательной способности обмундирования позволяет в области спектра 1,4–2,0 мкм не только обнаружить солдата на фоне зелени, но и отличить своего от чужого. Известно, что камуфляж позволяет замаскировать различные объекты на фоне окружающего пространства. Однако камуфляж, разработанный для видимой области спектра, может быть неэффективен для области спектра 1,4–1,8 мкм. Для нее узор камуфляжа исчезает, и обнаруживается силуэт замаскированного объекта .

Другим перспективным направлением совершенствования ПНВ является использование для их производства 3D-печати . На ее основе возможно создание микроминиатюрных лазерных целеуказателей, ИК-осветителей, а также твердотельных преобразователей изображения взамен традиционных ЭОП. Для ПНВ использование 3D-печати позволит создать сверхминиатюрные электронные схемы с высоким быстродействием, а также первичные источники питания в интегральном исполнении. В свою очередь, это приведет к сокращению массы, габаритов и энергопотребления ПНВ, а также к повышению их надежности. Уровень развития 3D-печати, достигнутый за последнее время, позволяет рассчитывать на дальнейшее совершенствование ПНВ уже в ближайшие годы.

Типы ПНВ

Существует несколько подходов к построению ПНВ:

• Усиление очень слабого видимого света, не различаемого глазом человека. Идея реализуется в электронно-оптических преобразователях (ЭОП) и, в некоторой степени, в современных видеокамерах для систем охраны с т. н. ночным режимом.
• Наблюдение в ближнем инфракрасном диапазоне (длина волны 0,7—1,5 мкм). Чувствительностью в этом диапазоне обладают ЭОП и видеокамеры без инфракрасного фильтра. В ближнем ИК нет естественных источников, кроме солнца, поэтому в полной темноте такие ПНВ ничего не увидят без подсветки. Для таких ПНВ существуют специальные источники подсветки (инфракрасные прожекторы, например на базе инфракрасных светодиодов), не видимые невооружённым глазом.
• Наблюдение в среднем (тепловом) инфракрасном диапазоне (длина волны 7—15 мкм). В этом диапазоне излучают все твёрдые тела, нагретые до температур нашего мира: от −50 °C и выше. Такие ПНВ называются тепловизорами. Они показывают картинку разницы температур и не требуют никакой подсветки.
• Возможно наблюдение в ультрафиолетовом спектре. Однако отсутствие естественных источников ультрафиолета (кроме солнца) и практическое отсутствие не видимых невооружённым глазом искусственных источников ультрафиолетовой подсветки сдерживает распространение ультрафиолетовых ПНВ.

Технически есть несколько популярных способов построения ПНВ:

• Специальные современные полупроводниковые видеокамеры способны дать изображение при освещённости сцены до 0,0005 люкса. Это позволяет наблюдать при очень низкой освещённости. Кроме того, чувствительность в ближнем инфракрасном диапазоне позволяет организовать не видимую глазом подсветку сцены (например, инфракрасными светодиодами) и использовать обычные видеокамеры без ИК фильтра. Во избежание ошибок цветопередачи обычные бытовые видеокамеры снабжаются специальным фильтром, отсекающем ИК спектр. Камеры для охранных систем или дешёвая бытовая видеотехника не имеют такого фильтра и потому пригодны для наблюдения с ИК-подсветкой. Однако в темноте нет естественных источников ближнего ИК, поэтому без подсветки такие камеры ничего не покажут. В качестве подсветки обычно используют ИК прожекторы на базе инфракрасных светодиодов.
• Электронно-оптический преобразователь — вакуумный фотоэлектронный прибор, усиливающий свет видимого спектра и ближнего ИК. Имеет высокую чувствительность и способен давать изображение при очень низкой освещённости. Являются исторически первыми приборами ночного видения, широко используются и в настоящее время в дешёвых ПНВ. Поскольку в инфракрасном диапазоне они чувствительны только в ближнем ИК, то, как и полупроводниковые видеокамеры, требуют наличия освещения (например, свет ночного неба или инфракрасных прожекторов). Коэффициент усиления света ЭОП от нескольких тысяч до нескольких десятков тысяч раз.
• Тепловизор — тепловой видеодатчик, как правило на основе болометров. Болометры для систем технического зрения и приборов ночного видения чувствительны в диапазоне длин волн 3—14 мкм (средний инфракрасный диапазон), что соответствует излучению тел, нагретых от −50 до +500 °C. Таким образом, болометрические приборы не требуют внешнего освещения, регистрируя собственное излучение самих предметов и создавая картинку разности температур.

Системы ночного видения, разработанные крупными концернами

Каждый автопроизводитель всегда старается привносить что-то новое в созданные ранее функции и системы. Поэтому некоторые крупные автомобильные концерны разработали свои разновидности приборов ночного видения. Приведем самые известные примеры.

Night View Assist Plus от Mercedes-Benz

Ярким образцом активной системы NVA является разработка концерна Мерседес – Night View Assist Plus. Ее уникальная особенность заключается в том, что система сможет проинформировать водителя даже о небольших ямах и неровностях дорожного полотна, а также предупредить пешеходов о возможной опасности.

Работа Night View Assist Plus происходит следующим образом:

• высокоточные инфракрасные датчики фиксируют малейшие препятствия, возникающие на дороге;
• видеокамера определяет, в какое время суток происходит поездка на автомобиле, а также воспроизводит все детали дорожной обстановки;
• электронный блок управления анализирует поступающую информацию и выводит ее на экран монитора.

Наиболее результативно система от Мерседес работает в условиях, когда скорость автомобиля превышает 45 км/ч, а расстояние от транспортного средства до препятствия или пешехода составляет не более 80 метров.

Dynamic Light Spot от BMW

Еще одной значимой разработкой является система Dynamic Light Spot, созданная инженерами немецкой компании БМВ. В основе используется интеллектуальный прибор ночного видения, который стал еще более совершенным в отношении безопасности пешеходов. Фиксировать опасную близость людей к дороге позволяет уникальный датчик сердцебиения, который может обнаружить человека или другое живое существо на расстоянии до 100 метров.

Вместе с остальными элементами системы, в оптику автомобиля монтируются дополнительные светодиоды, которые своевременно привлекут внимание пешеходов и предупредят их о приближении машины

Night Vision от Audi

Тепловизионная камера в Audi A8

В 2010 году свою новинку представил концерн Ауди. Тепловизионная камера А8, удобно разместившаяся на машине возле эмблемы автопроизводителя, способна «видеть» на расстоянии до 300 метров

Людей система выделяет желтым цветом, чтобы гарантированно привлечь внимание водителя. Также бортовой компьютер Audi способен вычислить возможную траекторию движения пешехода

Если автоматика определит, что пути автомобиля и человека пересекутся, пешеход будет отмечен на дисплее красным цветом. Дополнительно система воспроизведет звуковой сигнал, который предупредит об опасности.

Принципы ночного видения.

В дневное время суток окружающие нас предметы мы видим по причине того, что солнечный свет падает на поверхность предметов и объектов, а затем рассеивается и попадает на чувствительную сетчатку глаза.

В ночное время естественного освещения нет, и человеческий глаз не в силах хорошо разглядеть окружающие предметы. Несмотря на отсутствие естественного освещения в ночное время присутствует слабое фоновое инфракрасное излучение с длиной волны менее 1 мкм (микрометра).

Фоновое инфракрасное излучение вызвано рассеянием в облаках и других неоднородностях атмосферы удалённых источников излучения, таких как звёзд, Луны и пр. Чтобы разглядеть окружающую обстановку ночью необходимо принять это фоновое излучение, затем усилить и преобразовать в видимое изображение.

Для работы в шахтах, закрытых помещениях и тоннелях, где естественного фонового излучения нет, применяется активная инфракрасная подсветка.