Czy potrafisz widzieć w dzień i w nocy, prowadzić samochód z wyłączonymi światłami lub wykrywać ruch poza zasięgiem wzroku przy każdej pogodzie? Tak, będziemy rozmawiać o optyce noktowizyjnej, definiować, jak i na jakiej fizycznej zasadzie ta technologia może istnieć, sprawdzać, jak działa - i jak ewoluowała od czasu jej powstania, i wreszcie o jej różnych możliwych zastosowaniach (i ich ograniczeniach). Z definicji zakup gogli noktowizyjnych jest inwestycją. Produkt musi odpowiadać jak najbardziej uniwersalnemu zastosowaniu, przy jak najkorzystniejszych kosztach i jak najlepszej żywotności.

Dlaczego człowiek nie może widzieć w nocy?

Cóż, wykluczamy wampiry i inne wilkołaki, to szczególny przypadek. Oko ludzkie składa się z dwóch rodzajów komórek (fotoreceptorów znajdujących się w dolnej części siatkówki):

  • Czopki - do rozróżniania kolorów

  • Pręciki - do określania jasności

Kiedy poziom światła spada, reagują tylko pręciki - 1000 razy bardziej wrażliwe niż czopki i liczące 92 do 100 milionów u człowieka (w porównaniu z kotem, który ma 150 milionów i jest nyktalopiczny). To wyjaśnia, dlaczego Twój wzrok przełącza się na tryb "czarno-biały". Również obiekty wydają się "zamazane", ponieważ transmisja fotoreceptorów do nerwu wzrokowego jest mniej wydajna w przypadku pręcików. Zasadniczo, aby uaktywnić naturalną zdolność "widzenia nocnego" i przepuścić resztki światła, źrenica rozszerza się i "aktywuje" pręciki. Ale z ograniczeniem, które nie pozwala na efektywne widzenie w nocy.

Komórki przetwarzające światło w oku:
komórki leczenia światła w oku ludzkim

Co to jest podczerwień?

To się dzieje na poziomie atomowym! Atom (składający się z neutronów, protonów i "chmury" elektronów - to jest ta część, która nas interesuje - które są w ruchu wokół jądra atomu) jest w wiecznym ruchu, nawet na stałym ciele (obiekcie). W zależności od poziomu wzbudzenia (w zależności od energii przyłożonej do niego - i pochłoniętej przez niego, jak np. ciepło) jego elektrony będą przechodzić ze stanu "biernego" do stanu "wzbudzonego" i oddalać się od jądra na orbitę o wyższej energii. Wzbudzone elektrony (które zyskują więcej energii niż są w stanie zużyć) po pewnym czasie wracają na swoją "naturalną" orbitę wokół jądra. Ten "przeskok" pomiędzy dwoma orbitami wygeneruje zaburzenie elektromagnetyczne (promieniowanie) i "uwolni" tę nadwyżkę energii (która będzie równa energii pochłoniętej) w postaci fotonów (i fali elektromagnetycznej - zgodnie z zasadą dualizmu falowo-korpuskularnego). To uwolnienie, w postaci fal ORAZ fotonów, jest kwantyfikowane przez widmo elektromagnetyczne (dla uproszczenia będziemy je wyrażać w systemie metrycznym).

1 atom, jego jądro i jego elektrony (okręgi wokół jądra to 3 orbity „używane” przez elektrony, w zależności od ich stanu wzbudzenia)
Atom 1 i jego elektrony
  • ZAKRES PODCZERIWENI OD 0,7 DO 100 μm
  • ZAKRES WIDZIALNY zakres od 0,38 do 0,7 μm
  • FALE GAMMA, X, ULTRAVIOLET i RADIOWE zostały pominięte, nie mają tu zastosowania.

Z punktu widzenia technologii noktowizyjnej i termowizyjnej interesuje nas zakres fal podczerwonych, podzielony (przez system CIE) na 4 pasma widmowe:

  • Bliska podczerwień: od 7μm do 1,6μm
  • Średnia podczerwień: od 1,6 μm do 4 μm
  • Termiczna podczerwień: od 4 μm do 15 μm
  • Daleka podczerwień: od 15 μm do 100 μm

To dzięki różnym zakresom fal działa Twój pilot, lampa LED, naprowadzanie pocisków, kamery termowizyjne, lasery… i cała masa innych aplikacji!

 Widmo elektromagnetyczne

widmo elektromagnetyczne

Co to jest światło szczątkowe?

Absolutnie niezbędne dla funkcjonowania noktowizji (bez światła szczątkowego - a więc bez fotonów - nie jest możliwe widzenie nocne), emitowane przez Słońce, Księżyc, gwiazdy - i wszystkie źródła światła występujące w obszarach miejskich (oświetlenie publiczne, reflektory pojazdów, podświetlane znaki), które tworzą świetlistą aureolę na rozległym obszarze - światło szczątkowe to zbiór fotonów, które wędrują po przestrzeni, w której się Państwo znajdują (z prędkością światła zresztą), w dzień i w nocy. Wzmacniając to światło (oczywiście w nocy, dla noktowizji) za pomocą fotokatody i ekranu fosforyzującego, można odtworzyć obraz (o mniej lub bardziej dobrej jakości, w zależności od "generacji" lampy zawierającej fotokatodę).

Teraz, gdy mamy prawa fizyki umożliwiające zainstalowanie technologii noktowizyjnej, możemy wyjaśnić, jak to działa!

Jak działa noktowizor?

Jak widać powyżej, podstawową zasadą (w przypadku lunety pasywnej) jest jak największe wzmocnienie światła resztkowego, aby uzyskać jak najlepszą rozdzielczość i jasność obrazu. Omówię tylko pokrótce (i to w rozdziale o latarkach na podczerwień) wykorzystanie podczerwieni w sposób aktywny, gdyż technologia ta jest potencjalnie niebezpieczna w zastosowaniu taktycznym.

  1. Soczewka (z przodu urządzenia) przechwytuje światło resztkowe oraz część widma bliskiej podczerwieni i kieruje je do lampy elektronowej (fotopowielacza).
  1. Gdy światło (fotony) przechodzi przez fotopowielacz, uderza w fotokatodę i generuje elektrony w wyniku efektu fotoelektrycznego.
  1. Elektrony są kierowane w kierunku płytki - spolaryzowanej elektrodami - mikrokanałów, MCP (uważanej za płytkę fotopowielacza). Zbudowany w taki sposób, aby ułatwić zderzenie (każdy mikrokanał jest zorientowany pod mniej lub bardziej ważnym kątem - od 5 do 8 °) i zredukować „szum”. Kiedy początkowe elektrony wchodzą do mikrokanałów, uderzają w ich ściany i powodują emisję innych elektronów, które z kolei uderzają w ściany mikrokanałów, tworząc w ten sposób d „inne elektrony.
  1. Elektrony (obecnie liczące kilka tysięcy) przejdą przez fosforyzujący ekran. Dzięki nabytej energii kinetycznej elektrony (które zachowały strukturę początkowych fotonów - co pozwoli na restytucję obrazu) wzbudzi atomy luminoforu... co spowoduje uwolnienie fotonów. Światło to, po przejściu przez soczewkę, utworzy ostateczny obraz - który widzimy "na zielono" ze względu na właściwości fosforu. Obiektyw będzie musiał umożliwiać ustawienie ostrości (i ewentualnie powiększenie), aby uzyskać najlepszą możliwą jakość.
    1. Należy zauważyć, że "zielone" widzenie wynika z wyboru przez producentów konkretnego luminoforu - ludzkie oko jest bardziej wrażliwe na kolor zielony, było to rozwiązanie zapewniające (mniej więcej) optymalny kontrast przy kontrolowanych kosztach.

Schematyczne działanie lunety noktowizyjnej (minimum 2. generacji)

schemat działania teleskopu noktowizyjnego

Dlaczego więc istnieje wiele „cech” noktowizorów?

Jak w przypadku każdego ludzkiego wynalazku, będzie istniało ciągłe poszukiwanie możliwości poprawy możliwości technologii. Dzięki fizyce, biologii lub chemii, dzięki opiniom użytkowników, a także, po prostu, dzięki możliwości produkowania części, które stają się coraz lepsze w miarę pojawiania się nowych technologii.

W przypadku noktowizora na poprawę przede wszystkim pozwoliło:

  • Poprawienie fotokatody i jej czułości (przez generacje tub 2 i 3)

    • Następnie pojawiły się fotokatody S1, S20, S25 i fotokatody z arsenku galu (GaAs), które poprawiają czułość w zakresie widzialnym i bliskiej podczerwieni.
  • Wprowadzenie płytki mikrokanałowej (z generacji 2)

    • Umożliwi to wygenerowanie znacznie większej ilości elektronów (w porównaniu z generacją 1), a zatem poprawę wzmocnienia i jakość renderowania obrazu.
    • W tubie generacji 3 zastosowano folię z filtrem jonowym (w celu ochrony katody przed działaniem niepożądanego źródła światła). Zmniejsza to liczbę generowanych elektronów i zwiększa widoczne halo na plamach świetlnych. Z drugiej strony, folia znacząco poprawia żywotność tuby
    • W tubie generacji 3 zgodnej z OMNI-V - VII integracja drobniejszego filtra jonowego - lepszy SNR i czułość na światło - kosztem żywotności
  • Funkcja „AUTOGATED” (z generacji 3)

    • Ta funkcja w niezwykle szybki sposób (rzędu milisekundy) zarządza zasilaniem tuby. Gdy tylko lampa zostanie wystawiona na działanie „agresywnego” źródła światła, zasilanie zostanie natychmiast odcięte, co oszczędza tubę i jej żywotność.
  • Rozdzielczość (określone przez pomiar w parze linii na mm)

    • Podsumowując - i bardzo zwięźle - poprawia twoją wizualizację precyzji szczegółów
  • Poprawa współczynnika SNR (Radio Signal Noise)

    • Jest to stosunek napięcia sygnału (sygnału elektrycznego lampy) do szumu, który generuje. Zasadniczo „śnieg” (scyntylacja), który pojawia się na obrazie. Różnica między trafieniem z generacji 1 i 3 jest oczywista.

Różne generacje tub

Renderowanie obrazu różnych generacji (termin „generacja 4” jest nadużywany i odpowiada znormalizowanej 3 Omni-VII)

rendering obrazu z różnych generacji rur

Generacja 0

W 1929 węgierski fizyk Kálmán Tihanyi ustanowił zasadę noktowizji (na rzecz armii brytyjskiej). Począwszy od 1935, niemiecka firma (AEG - istniejąca do dziś) rozwijała technologię noktowizyjną, równolegle z USA. Podczas drugiej wojny światowej te dwa kraje wykorzystywały noktowizory w walce, zarówno w pojazdach opancerzonych, jak i w broni strzeleckiej. Stany Zjednoczone rozwinęły tę koncepcję i kontynuowały jej operacyjne wykorzystanie podczas wojny koreańskiej. Zastosowana technologia jest aktywna - emituje szeroką wiązkę światła podczerwonego.

Generacja 1 (i 1 +)

Wciąż najczęściej używana na całym świecie! Opracowana w latach 60. XX wieku i eksploatowana podczas wojny w Wietnamie przez USA, wykorzystuje pierwszą „pasywną” lampę wzmacniającą światło z fotokatodą S20 (dla wzmocnienia około x1000). Obraz jest wyraźny i oferuje prawidłowy kontrast w centrum obrazu, przy czym na krawędziach występują zniekształcenia, a SNR generuje zakłócenia - "śnieg" - na obrazie. Oferowane obecnie przez producentów tuby generacji 1 pochodzą w większości z zapasów byłego Związku Radzieckiego - co jest raczej pozytywem. Żywotność wynosi około 4000 godzin (plus lub minus) aktywnego użytkowania et eksploatacja będzie możliwa tylko przy wysokim poziomie światła resztkowego (widoczny księżyc), z wyjątkiem użycia latarki podczerwieni w połączeniu z noktowizorem.

Tzw. Lampa generacji „1+” to nic innego jak lampa generacji 1 ulepszona w celu zapewnienia lepszej jakości obrazu (Armasight Core lub Pulsar Edge) przy zoptymalizowanej rozdzielczości.

  • Rozdzielczość: od 35 do 60 pary linii na mm
  • Średnia żywotność: około 4000 godzin
  • Fotokatoda: S20
  • Intensyfikacja: około 1000x - wymaga wysokiego poziomu światła resztkowego
  • Średnia cena: od 150 do 700 euro - w zależności od rodzaju lunety (monokularowa, lornetka, luneta karabinowa z powiększeniem lub bez, itp.)

Generacja 2 (i 2 +)

Druga generacja wprowadza MCP (płytkę mikrokanałową) i fotokatodę S25, co daje wzrost wzmocnienia do 20000x, znaczną poprawę SNR, rozdzielczości (minimum 45 par linii na mm) i światłoczułości - nie będzie już konieczne stosowanie latarki IR, a poziom światła resztkowego będzie musiał być znacznie niższy, aby uzyskać lepsze odwzorowanie obrazu niż w generacji 1. W ekranie luminoforowym może być zastosowany (w zależności od producenta) luminofor poprawiający kontrast "koloru" zielonego, a tym samym lepiej oddający szczegóły.

Tak zwana tuba generacji "2+" optymalizuje rozdzielczość (ze średnią 60 par linii na mm), wzrost współczynnika SNR do 10 punktów w porównaniu z tubą generacji 2 a czułość zmienia się na 400-800 μA / lm (dla 500-600 μA / lm czułość dla generacji 2 i fotokatody S25). Generacja 2 + z wysokiej jakości komponentami jest znacznie bliższa tubom generacji 3.

  • Rozdzielczość: od 45 do 73 pary linii na mm
  • Średnia żywotność: około 10000 godzin
  • Fotokatoda: S25
  • Intensyfikacja: ok. 20000 XNUMXx - wymaga niskiego poziomu światła resztkowego
  • Średnia cena: od 900 do 2500 euro - w zależności od rodzaju lunety (monokularowa, lornetka, luneta karabinowa z powiększeniem lub bez, itp.)
  • FOM (Figure Of Merit): od 810 do 2044 (teoretycznie - w rzeczywistości raczej maksimum 1800)

Generacja 3 (i standard 3 Omni-VII)

Zintegrowanie fotokatody z arsenku galu (poprawia czułość w zakresie dalekiej podczerwieni, ale jest bardziej "delikatna" niż fotokatody S25) oraz MCP "drugiej generacji" pokrytego folią filtracyjną (chroniącą katodę przed jonami) - zmniejsza to liczbę generowanych elektronów i zwiększa halo widoczne wokół plam świetlnych - pozwala na wydłużenie czasu życia tuby (do 20000 h) i zwiększenie żywotności tuby (do XNUMX h). Wzmocnienie światła resztkowego z 30 do 50000xCzystość obrazu i odwzorowanie szczegółów jest około 3x lepsze niż w przypadku tuby generacji 2, ale Twoje oko nie będzie wrażliwe na tę optymalizację (lub będzie wrażliwe w mniejszym stopniu); z drugiej strony wyjątkowa czułość na jasność pozwala na używanie lunety w bardzo pogorszonych warunkach oświetlenia szczątkowego. Funkcja AUTO GATED zabezpiecza tubę przed przypadkowym wystawieniem na nagłe, agresywne oświetlenie, zachowując przy tym wierne odwzorowanie obrazu - istotne dla operatora bojowego, który bez AUTO GATED mógłby zostać oślepiony przez wystrzały, wybuchy, pożary...

Tuba gen 3 standaryzowana przez US Omni Military Standard (poziom VII) przede wszystkim poprawia MCP z cieńszą warstwą filtra niż w konwencjonalnej tubie gen 3 (zachowując elementy tuby 3-ej generacji). Modyfikacja ta - która skraca czas pracy lampy do około 15000 godzin - drastycznie poprawi definicję i odwzorowanie obrazu, rozdzielczość i poziom kontrastu. Generalnie zarezerwowane do użytku wojskowego, o wzmocnieniu od 80 do 120000x (teoretycznie - ale wciąż bardzo imponujące).

Należy zauważyć, że niektórzy producenci oferują lampy fosforowe P43, które oferują "czarno-białe" lub "niebieskawe" odwzorowanie dla lepszej wizji kontrastów i szczegółów w obrazie.

Należy zauważyć, że w zależności od poziomu standaryzacji US omni (od poziomu II do VII) filtrowanie MCP będzie dawało mniej lub bardziej wyraźny i szczegółowy obraz. Niektóre tuby generacji 3 oferowane są bez folii (bezfoliowe). Jakość obrazu jest wyraźnie lepsza, ale żywotność lampy jest oczywiście skrócona. 

  • Rozdzielczość: od 57 do 73 pary linii na mm
  • Średnia żywotność: od 20000 15000 do XNUMX XNUMX godzin
  • Fotokatoda: arsenek galu
  • Intensyfikacja: od 30 do 120000 XNUMXx (bardzo teoretyczne) - wymaga bardzo niskiego poziomu światła szczątkowego
  • Średnia cena: od 2300 do 6000 euro - w zależności od rodzaju lunety (monokularowy, bino, luneta z powiększeniem lub bez, itp.) Oraz użytych komponentów
  • FOM (Figure Of Merite): od 1400 do ponad 2000

Do montażu na pistolet, będzie musiał dokonać wyboru okna TO RESIST statek zdolny rurkę w spadku CLASS przeznaczenia broń - TO DO zapewnienia trwałości Tube i tworzenia obrazów. JEŚLI WĄTPLIWOŚCI KONTAKT.

Szczególny przypadek cyfrowego noktowizora

Technologia identyczna z technologią stosowaną w kamerze, cyfrowych kamerach monitorujących, kamerze internetowej lub aparacie cyfrowym: przetwornik CCD lub CMOS zmodyfikowany tak, aby był wrażliwy nie na widmo widzialne, ale na podczerwień i konwertowany na sygnał cyfrowy . Sygnał cyfrowy jest wzmacniany, a następnie przesyłany na ekran LCD, na którym oglądasz obraz. Brak ekranu fosforowego spowoduje usunięcie czarnego i zielonego renderowania w celu uzyskania czarno-białego obrazu.

Cyfrowa noktowizja, podobnie jak tuba generacji 1, może jedynie wzmacniać światło szczątkowe, bez integracji z MCP. W rzeczywistości będziesz potrzebował albo znacznego światła szczątkowego (pełnia księżyca...) albo (jak na przykład w przypadku kamery bezpieczeństwa) diod IR lub latarki IR. Należy pamiętać, że każda emisja w podczerwieni jest wykrywalna. To wstyd być odstrzelonym przez snajpera z powodu tego typu błędów.

Wzmocnienie będzie identyczne (lub nawet lepsze) jak w przypadku lamp generacji "1+" (czyli 1000x) z lepszym odwzorowaniem obrazu - przede wszystkim ze względu na brak zniekształceń na krawędziach obrazu.

Najważniejszą zaletą jest to, że z oczywistych względów ograniczenia związane z tubami znikają. Można go używać bez żadnego ryzyka dla oczu i urządzenia. , O wiele łatwiej będzie również wykorzystać wszystkie zalety aparatu cyfrowego (rejestracja zdjęć lub filmów, integracja dalmierza, barometru itp.)

Ten rodzaj produktu doskonale sprawdzi się do użytku „rekreacyjnego” lub do zabezpieczania obszarów o „niskim” poziomie czujności i podczas walki o małej intensywności. NIE NADAJE SIĘ DO WALKI Z PROFESJONALNYMI I WYPOSAŻONYMI ŻOŁNIERZAMI.

O CZYM NALEŻY PAMIĘTAĆ PRZY WYBORZE GOGLI NOKTOWIZYJNYCH :

  • Prosta logika: dokonana inwestycja musi być związana z nadchodzącą misją lub misjami
  • Każda rurka ma swoją żywotność - profesjonalne użytkowanie powinno zatem obejmować próg odnowienia sprzętu
  • W miarę możliwości staraj się wybrać urządzenie, która jest uniwersalne (ręczne, może być zamontowana na hełmie i na broni) - z wyjątkiem bardzo specyficznych zastosowań (snajper...).
  • Określanie ogólnej jakości obiektywu na podstawie współczynnika FOM (Figure Of Merit) - aby zrozumieć ten wzór, zapoznaj się z poniższym słowniczkiem

GLOSARIUSZ

  • Automatyczna kontrola jasności (ABC):

Automatyczna kontrola jasności (umożliwia modulację napięcia transmitowanego przez MCP w zależności od intensywności jasności szczątkowej).

  • Autogating (ATG):

Umożliwia kontrolę napięcia przekazywanego do fotokatody (oraz redukcję lub skrócenie cyklu) w przypadku ekspozycji na agresywne światło (nocne fotografowanie, pożar, błyskawice, oświetlenie publiczne, halo z obszarów miejskich...). Funkcja ta pozwala na zachowanie ostrości widzenia szczegółów w intensywnym świetle i zabezpiecza fotokatodę (która bez tej funkcji mogłaby ulec trwałemu uszkodzeniu). Przydatny, wręcz niezbędny, dla pilotów samolotów - zwłaszcza na małych wysokościach - sił specjalnych i interwencji w terenie zurbanizowanym.

  • lp / mm (pary linii na milimetr):

Jednostka używana do pomiaru rozdzielczości wzmacniacza obrazu. Zazwyczaj określana na podstawie celu testowego mocy rozdzielczej US Air Force z 1951. Celem jest seria różnej wielkości wzorów składających się z trzech linii poziomych i trzech pionowych. Użytkownik musi być w stanie rozróżnić wszystkie poziome i pionowe linie oraz odstępy między nimi.

  • Scyntylacja:

Losowy, jasny efekt na całym obszarze obrazu. Migotanie, czasami określane jako "szum wideo", jest normalną cechą wzmacniaczy obrazu z płytkami mikrokanałowymi i jest najbardziej widoczne w warunkach słabego oświetlenia.

  • Stosunek sygnału do szumu (SNR):

Stosunek amplitudy sygnału do amplitudy szumu. Jeśli szum (patrz definicja "scyntylacji") jest tak jasny i duży jak wzmocniony obraz, nie widać obrazu. Stosunek sygnału do szumu zmienia się wraz z poziomem oświetlenia, ponieważ szum pozostaje stały, ale sygnał wzrasta (wyższe poziomy oświetlenia). Im wyższy SNR, tym lepiej urządzenie pracuje w "ciemnym" środowisku - z niskim poziomem światła szczątkowego.

  • μA / lm (Mikroampery przez Lumen):

Pomiar prądu elektrycznego (μA) wytwarzanego przez fotokatodę po wystawieniu jej na działanie zmierzonej ilości światła (lumenów).

  • Rozdzielczość:

Zdolność wzmacniacza obrazu lub systemu noktowizyjnego do rozróżniania szczegółów w otoczeniu. Rozdzielczość wzmacniacza obrazu mierzona jest w parach linii na milimetr (lp/mm), podczas gdy rozdzielczość systemu mierzona jest w cyklach na milirradian. Dla każdego systemu noktowizyjnego z powiększeniem 1, rozdzielczość tuby pozostanie stała, podczas gdy rozdzielczość innej lunety może zostać zmieniona poprzez zmianę ostrości i powiększenia okularu oraz dodanie filtrów powiększających lub soczewek "przekaźnikowych". Często rozdzielczość w tym samym noktowizorze jest bardzo różna, gdy mierzy się ją w centrum obrazu i na jego obrzeżach. Jest to szczególnie ważne w przypadku aparatów wybranych do fotografowania lub nagrywania filmów, w których ważna jest rozdzielczość całego obrazu.

  • MCP (Microchannel Plate):

Słynna „płytka” mikro-kanałów, która zwielokrotnia elektrony wytwarzane przez fotokatodę. MCP występuje tylko w systemach Gen 2 i Gen 3. MCP eliminują charakterystykę zniekształceń systemów Gen 0 i Gen 1. Liczba „dziur” (mikrokanałów) w MCP jest głównym czynnikiem przy określaniu rozdzielczości.

  • FOM:

Jeśli jest coś do wyjęcia z tego posta na blogu, to jest to! FOM określa się w następujący sposób: rozdzielczość (pary linii na milimetr) x sygnał do szumu. To właśnie na podstawie tego kryterium określisz „jakość” tubusu swojego teleskopu.

Jak zawsze, bądź bezpieczny i błogosławiony!

Dodaj komentarz

Twoj adres e-mail nie bedzie opublikowany.

Możesz użyć HTML tagi i atrybuty: