Аксессуары

Как устроены приборы ночного видения

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 (невидимого невооруженным человеческим глазом).

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.

Что такое ПНВ

Прицелы для ночного видения – это небольшие по размеру приспособления, имеющие вид монокуляров. Они, как правило, устанавливаются на мобильном оборудовании, например на оружии, с целью облегчения прицельной стрельбы в темное время суток.

Несмотря на то что подобные изделия имеют простой внешний вид, внутри они более сложные. Так, прицелы ночного видения для охоты состоят из следующих рабочих элементов: объектива; ИК-осветителя (с инфракрасным излучением); элементов питания; электронно-оптического преобразователя (ЭОП); корпуса и окуляра.

Прицел ночного видения представляет собой оптический прибор, используемый для ведения прицельного огня из легкого стрелкового оружия в ночное время суток. Данные устройства могут быть как полностью ночными, так и иметь двойное (используются и днем, и ночью) и даже тройное назначение (применяются днем, при сумерках и ночью). Также подобное оборудование может быть представлено в виде насадок для стандартного телескопического прицела.

Само устройство обычно крепится прямо на верхнюю часть оружия в соответствии с осью ствола. Используют такой прицел во время оборонительного боя, для охраны объектов по периметру, в случае ведения снайперского огня из укрытия.

Принцип работы

В основе этой системы безопасности лежат датчики, которые могут улавливать тепловые и инфракрасные сигналы. Также есть специальная камера, которая снимает изображение. После чего вся информация передается на бортовой компьютер.

После чего бортовой компьютер обрабатывает полученную информацию и проецирует ее на дисплей в виде бесцветного масштабного образа.

Вообще, по принципу действия различаются два вида системы ночного видения.

1. Активные. При своей работе используют дополнительные источники инфракрасного цвета, которые устанавливаются на автомобиль отдельно. На выходе водитель получит высокое разрешение и четкость изображения. Дальность работы таких систем доходит до 250 метров. Активные системы для своих автомобилей используют концерны Тойота и Мерседес.
2. Пассивные. У таких систем нет своего инфракрасного датчика. Однако тепловизор самостоятельно фиксирует инфракрасное излучение от самих объектов. Работает он на расстоянии до 290-320 метров. Контрастность на выходе будет очень высокой, а вот разрешение, напротив, низкое. Такие системы безопасности бывают у БМВ, АУДИ и Хонда.

Какая система лучше?

Наиболее совершенными и информативными, по мнению специалистов являются именно активные системы ночного видения. Разберем их работу на примере одной их технических новинок от концерна Мерседес – системе Night View Assist Plus. ЕЕ уникальность заключается в том, что благодаря совершенным датчикам она проинформирует водителя о ямах и неровностях на дороге и предупредит пешеходов о потенциальной опасности. Чтобы понять, как это работает давайте, разберемся из чего, состоит система:

• инфракрасные активные камеры – они располагаются в фарах головного света;
• видеокамера – находится за лобовым стеклом;
• электронный блок управления;
• дисплей в кабине – на него будет выводиться вся информация.

Итак, работа системы построена следующим образом:

• ик-камеры фиксируют всю окружающую дорожную обстановку – препятствия неровности, пешеходов и встречный транспорт;
• задача видеокамеры, понять в какое время суток едет автомобиль, а также следить и вовремя предупреждать о наличии на трассе помех или других автомобилей, которые движутся по встречной полосе или просто едут впереди;
• электронный блок управления, должен обработать и проанализировать всю полученную информацию, после чего она будет выведена на экран информационного табло.

Последний, кстати, в зависимости от модели автомобиля может быть как отдельным, так и интегрированным в навигационную систему машины.

В самых первых системах ночного видения информация проецировалась прямо на лобовое стекло. Однако во время испытания, выяснилось, что это только мешает водителю.

О пешеходах, которые могут не заметить приближающийся автомобиль, разработчики системы безопасности тоже позаботились. Они будут предупреждены об опасности с помощью коротких световых сигналов. Однако работает это лишь в том, случае если нет встречных машин, чтобы не ослепить их водителей.

Идеальными для работы системы являются следующие условия:

• скорость движения автомобиля более 45 километров в час;
• расстояние пешеходов и помех на трассе не далее, чем 80 метров от автомобиля. (В иных случаях информация может быть незначительно искажена).

Установка системы

Вообще, система ночного видения для премиального автомобиля, является штатной частью системы активной безопасности и переустанавливается еще с завода. Однако на сегодняшний день можно при желании приобрести системы и отдельно и установить ее хоть на Жигули.

Стоимость комплекта от 50 до 100 тысяч рублей. Кроме того, придется заплатить за монтаж и настойку оборудования. Сделать это самостоятельно весьма непросто.

Будущее системы ночного видения автомобиля

Сейчас подобные системы безопасности скорее экзотика, которую можно встретить только на очень дорогих машинах. Однако суда по темпам развития системы, вскоре она может стать и весьма обыденной опцией, которая появится даже на наших Жигулях. В дополнение к автопилоту, естественно.

Пока же инженеры занимаются совершенствованием своего детища. К примеру, недавно, компания БМВ представила интеллектуальную систему безопасности, которая находит пешеходов в опасной близости от проезжей части. Делается это при помощи датчиков сердцебиения. Они умеют находить живое существо в радиусе 100 метров от двигающегося автомобиля. Информация об этом выводится на специальный дисплей, кроме того, система сама освещает идущего по обочине пешехода с помощью специальных диодных фар, которые могут поворачиваться на 180 градусов и освещать объекта находящиеся даже на отдалении от проезжей части.

Разновидности

На сегодняшний день ассортимент камер ночного виденья довольно широк, он представлен самыми разными моделями.

Они отличаются друг от друга как своими габаритными размерами (существуют ночные мини видеокамеры), так и конструктивным исполнением.

Устройства разделяются на следующие категории по типу:

• купольные;
• поворотные.

Купольные камеры видеонаблюдения, как понятно из названия, имеют форму купола. Они крепятся к поверхности (потолку, карнизу) верхней частью корпуса. Главное их достоинство – незаметность.

Такого типа камеры замаскировать довольно просто, так как они очень компактны и не примечательны

Что очень важно для устройств, используемых для осуществления ночного наблюдения

Поворотные камеры гораздо проще в монтаже. Для крепежа у них имеется специальная площадка, в которой производителем уже заранее сделаны отверстия. Крепеж осуществляется при помощи саморезов, дюбелей или иных метизов.

Главным недостатком камер ночного виденья в таком исполнении является то, что замаскировать их довольно сложно. Но при необходимости поворотные камеры можно легко направить в другую сторону – это дает возможность изменить поле обзора.

Камеры ночного видеонаблюдения также разделяются на два вида по классу защищенности. Они бывают:

• для наружной установки;
• для установки внутри помещений.

Устройства, предназначенные для установки на улице, обычно имеют высокий класс защиты от влаги и пыли. Чаще всего он имеет значение IP 66: первая цифра обозначает класс защиты от влаги, вторая – от пыли. Это позволяет осуществлять видеонаблюдение за улицей ночью в любую погоду, независимо от условий.

Также большинство камер такого типа могут успешно работать в очень широком диапазоне температур. Многие именитые бренды выпускают модели, предназначенные для эксплуатации при температуре окружающего воздуха от -40 до +50 С.

Камеры, предназначенные для установки внутри помещений, обычно крайне негативно относятся к высокой влажности. Также большинство моделей подобного видеооборудования может нормально функционировать только при температуре не ниже -10С и не выше +45.

Стоимость таких устройств обычно существенно ниже стоимости камер, предназначенных для установки на улице.

Рассматриваемые устройства имеют некоторые особенности, их необходимо учитывать при установке и последующей эксплуатации. Камеры ночного видеонаблюдения необходимы практически везде, где требуется контролировать периметр в круглосуточном режиме.

Ассортимент техники подобного рода, поставляемый на рынок электроники различными производителями, позволяет легко подобрать камеру с необходимыми рабочими параметрами.

Как сделать прибор ночного видения своими руками

Устройство прибора ночного видения включает:

1. Преобразователь инфракрасного излучения в видеосигнал.
2. Подобие окуляра, которое бы могло сигнал отображать в режиме реального времени.
3. Подсветка.

В магазине имеется много устройств, которые позволяют вести съемку в темноте. Прибор ночного видения, очевидно, должен базироваться на одном из них. Черно-белая микрокамера как раз подойдет. Стоит она не очень дешево, но можно использовать ее и для чего-нибудь другого, если прибор ночного видения надоест. Примером таких устройств могут служить JK 007B или JK-926A. Главное, чтобы у устройства был видеовыход, а он имеется у любой камеры, иначе зачем она вообще нужна! Цена покупки не должна сильно превышать магазинную стоимость прибора ночного видения (см. выше), иначе будет душить жадность. Утешьте себя тем, что наше устройство сможет вести регистрацию, а это стоит еще больше денег на прилавке.

Необходимо найти старенький видоискатель. Для этого можно сходить в салон, занимающийся ремонтом бытовой техники, если дома подходящего добра не имеется. У видоискателя должен быть вход для видео по тому же протоколу, по которому ведет передачу камера.

Этот вопрос можно будет не только уточнить у местных профи, но там же и проверить, соединив устройства кабелем. Если все работает, то осталось прикупить подсветку. Светодиоды закажите в интернете или прикупите на ближайшем рынке. Как проверить? У нас же имеется видеокамера для съемки ночью. Зайдите в темноту, подайте питание и посмотрите, светится ли радиоэлемент. Для этого достаточно навести на него видеокамеру.

Дюжину светодиодов зарубежный любитель все делать своими руками рекомендует объединить гирляндами по 6 штук на ветке. Их необходимо снабдить 10-омным шунтом на всю связку, после чего можно подводить питание от обычной батарейки. Перепутать полярность сложно, но на всякий случай воспользуйтесь специальным справочником на светодиоды. Блок подсветки готов. Светодиоды монтируются на любой корпус, это может быть обыкновенный детский пенал или что-нибудь еще в этом же роде.

Собственно, все готово. Необходимо соединить видеокабелем камеру и видоискатель, поместить объектив в одну плоскость со светодиодами. Учитывая размеры устройств, они могут поместиться в один пенал. Видоискатель крепится сбоку. Для устройства регистрации понадобится вмонтировать в корпус соответствующий разъем. Приборы ночного видения из Китая не сравнятся с нашим! Вот как он работает:

1. Камера для ночной съемки фиксирует окружающую обстановку.
2. Светодиоды подсвечивают предметы для лучшей видимости.
3. На видоискатель начинает поступать изображение, видимое глазом.
4. При необходимости через специальный разъем ведется регистрация.

Не удивляйтесь, если не будут видны дальние предметы, до них не достают лучи светодиодов. Имеет и недостатки такой прибор ночного видения: очки отсутствуют, стоимость сновья всех компонентов достаточно велика, необходимо прикупить и разместить в корпусе батарейки. Зато мы объяснили простым языком принцип работы устройства. Наша цель была показать, как сделать прибор ночного видения из подручных средств. Впрочем, в кабинете химии, наверное, завалялась пара реактивов. Попробуйте поговорить с учителем!

Особенности эксплуатации

Видеокамеры с ночным режимом съемки имеют некоторые особенности эксплуатации, которые можно даже отнести к недостаткам данной разновидности техники.

Они заключаются в следующем:

• чувствительность к наличию мелкой взвеси в воздухе (пыли, снега, тумана, дождя);
• биение при использовании нестабильных источников изображения (возникает из-за несовпадения кадровых частот и освещенности);
• ограниченный срок службы ИК-светодиодов.

Использование инфракрасной подсветки приводит к тому, что при появлении в зоне её действия различного рода мелких частиц лучи начинаю отражаться от них. И этот отраженный свет воспринимается матрицей камеры.

Таким образом, создаются довольно сильные помехи. Из-за чего порой становится попросту невозможно наблюдать изображение. Такое случается особенно часто во время метели зимой или при проливном дожде летом.

Также довольно часто случается, что изображение на камере ночного видения становится пульсирующим, причин тому может быть несколько. Но чаще всего такое случается из-за большой разности между скоростью съемки (количество кадров в секунду) и частотой пульсации источника света.

Ещё одним важным недостатком камер является ограниченный срок службы светодиодов инфракрасного типа. Так, большинство источников этого типа, используемых сегодня в современных камерах, имеют ограниченный ресурс.

Чаще всего он колеблется в диапазоне от 20 тыс. часов до 50 тыс. часов. Если учесть, что подсветка работает в среднем по 12 часов в сутки, то в таком режиме светодиоды будут пригодны к эксплуатации на протяжении приблизительно 5-10 лет.

По истечении этого срока потребуется заменить подсветку, либо использовать дополнительные источники инфракрасного излучения. В противном случае камера для осуществления видеонаблюдения ночью превратится в обычную.

Качественно передавать изображение устройствам данного типа зачастую мешают яркие источники света, испускающие видимое излучение: галогенные или мощные светодиодные прожекторы.

В целом, количество недостатков не так уже велико. И применение камер подобного рода в большинстве случаев вполне обосновано.

Конструкция камер ночного видеонаблюдения

Камера видеонаблюдения ночного видения способны работать при значении освещенности, равном 0 лк.

То есть, в полной темноте, когда отсутствует даже малейшее количество света. Это самое важная особенность устройств рассматриваемого типа.

Ещё одна особенность конструкции камер для ночного видеонаблюдения – это габаритный корпус и повышенное энергопотребление. Так как даже самые простые и недорогие модели оснащаются парой десятков специальных инфракрасных светодиодов, занимающих довольно приличное количество места внутри корпуса.

Несмотря на компактные размеры данных источников света, они увеличивают габариты корпуса камеры как минимум на треть. Соответственно, чем большим количеством светодиодов оснащается устройство, тем больше его корпус.

Также наличие светодиодов увеличивает количество энергии, потребляемой камерой. Это приводит к необходимости использовать при прокладке инженерных коммуникаций трансформаторов с большей мощностью. Необходимость их обуславливается тем, что большинство рассматриваемых устройств работают на постоянном токе с напряжением 12 (В).

Практически все камеры для ночного видеонаблюдения снабжаются специальным датчиком света. Он включает или отключает инфракрасные светодиоды в зависимости от количества света, на него попадающего. Данный электронный компонент обычно располагается рядом с оптикой.

Если устройство способно записывать цветное изображение, то при срабатывании датчика света на включение светодиода, камера переходит в черно-белый режим. Это позволяет сделать изображение более контрастным и качественным.

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.

Немного физики для лучшего понимания

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.