Принцип работы прибора ночного видения

Принцип действия автомобильных систем ночного видения и можно ли их сделать своими руками

Виды и принцип работы - изображение 4

Системы ночного видения уже достаточно давно и активно используются в военной индустрии. А вот в мир гражданских автомобилей это оборудование попало совсем недавно. Это устройство значительно повышает уровень безопасности и даёт уверенность водителям при передвижении в тёмное время суток.

Что это такое

Системы ночного видения для автомобилей представляют собой специальные приборы для повышения качества восприятия окружающего пространства при условиях плохой видимости, которая обусловлена тёмным временем суток, туманом, дымом и пр. Чаще всего ПНВ идёт в качестве дополнительного оборудования. Наиболее эффективными считаются системы ночного видения, которые устанавливаются в передней части автомобиля. Камера работает совместно со специальными инфракрасными датчиками.

Изображение с видеокамеры передаётся на блок управления, куда также поступают данные с датчиков. ЭБУ обрабатывает информацию и выводит её на монитор внутри авто. И водитель может видеть на экране то, что человеческий глаз разглядеть не способен. Альтернативой монитору выступает проекция, которая отображается непосредственно на лобовом стекле.

Существующие на рынке системы можно разделить на 2 категории:

  • Активные. Здесь используется источник инфракрасного излучения, расположенный на транспортном средстве,
  • Пассивные. Инфракрасные излучатели отсутствуют, излучения принимаются только от самих объектов.

ПНВ способны показывать происходящее на дороге на расстоянии около 300 метров. Этого вполне достаточно, чтобы вовремя сориентироваться, принять соответствующее решение и избежать ДТП либо иной неприятной ситуации. На самых современных системах ночного видения предусмотрено наличие оповещения и самих пешеходов.

ПНВ состоят из нескольких основных компонентов:

  • инфракрасных датчиков излучателей,
  • видеокамеры,
  • электронного блока управления,
  • монитора.

Инфракрасные излучатели бывают активными и пассивными. Их устанавливают в корпус фар, что позволяет следить за происходящим впереди.

Камеру устанавливают в районе лобового стекла.

Электронный блок управления предназначен для сбора информации с видеокамеры и излучателей, а также для дальнейшей обработки.

Монитор выводит обработанную информацию на дисплей, и полученное изображение с возможными незаметными глазу препятствиями становится доступным водителю.

Приборы ночного видения имеются в арсенале охотников, рыболовов, спасателей, охранных подразделений и спецслужб. Также приборы ночного видения находят применение в сфере изучения ночной жизни природы.

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.

Как устроены приборы ночного видения?

В основе любого прибора ночного видения лежит электронно-оптический преобразователь (ЭОП).

Он состоит из объектива, вакуумной трубки, умножителя напряжения, источника питания и экрана.

Объектив содержит в своём составе полупрозрачный фотокатод, который улавливает инфракрасное излучение. Под действием эффекта фотоэлектронной эмиссии (внешнего фотоэффекта) вокруг фотокатода появляется облако электронов. Плотность электронов в облаке полностью соответствует распределению света и тени в принимаемом оптическом изображении.

Устройство прибора ночного видения

Между фотокатодом и экраном приложено постоянное напряжение величиной 10 – 12 кВ (10000 – 12000 Вольт). Это напряжение разгоняет электроны от фотокатода, и они попадают на люминесцентный слой, который нанесён на экран.

Люминесцентный слой начинает светиться в видимой для человеческого глаза области излучения.

Для того, чтобы получаемое на экране изображение было более чётким, внутри вакуумной трубки размещена фокусирующая система. Эта система способствует формированию более чёткой траектории движения электронов, а, следовательно, и более чёткому изображению на люминесцентном слое.

Вакуумная трубка

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.

Требования к экрану

Самая главная характеристика люминесцентного экрана – это светоотдача и чёткость. Для получения высокой светоотдачи экран покрывают люминофором из водной суспензии. Поверх люминофорного покрытия наносят слой органического лака. Затем методом испарения в вакууме напыляют алюминиевую плёнку. После этого всю систему нагревают до 400 °С, в результате чего органический лак сгорает. Толщина алюминиевой плёнки 120 – 200 нм (нанометров). Служит алюминиевая плёнка для того, чтобы свечение люминофора, направленное в сторону фотокатода (около 50%) отразилось и излучало в сторону окуляра.

Люминесцентный слой

Этим достигается высокая светоотдача экрана.

Алюминиевая плёнка задерживает 2-3% быстрых электронов при ускоряющем напряжении 15 кВ. Выигрыш, который получается при использовании алюминиевой плёнки гораздо выше.

В современных приборах ночного видения коэффициент усиления света может достигать величины 100.000 при угле зрения в 10 – 25 градусов. Невероятно высокого коэффициента усиления света удалось получить с применением микроканальных пластин, а высокую разрешающую способность при помощи волоконно-оптических пластин.

Изображение, наблюдаемое в окуляре прибора ночного видения, как правило, имеет зеленоватый оттенок. Существует несколько поколений ЭОП, характеризующихся различными особенностями, технологическими уловками и усовершенствованиями.

  • Поколение Ⅰ (изображение размыто по краям, а к центру имеет более высокую чёткость);

  • Поколение Ⅱ (применяется микроканальная пластина – МКП.);

  • Поколение Ⅲ (используется фотокатод на основе арсенида галлия – GaAs);

  • Поколение Ⅳ (применены новые технологии, позволившие увеличить дальность обнаружения и разрешающую способность, применение матриц ПЗС, встраивание ПЗС-матриц внутрь ЭОП, удалённая передача изображения от сенсорного блока (Объектив+ЭОП+ПЗС) на дисплей по проводному или радиоканалу);

  • Поколение Ⅴ (встраивание в ЭОП ПЗС, а также процессоров обработки изображения, приёмопередатчика, схемы управления питанием и т.д).

Вид CCD-матрицы сквозь линзу объектива

Так как ПЗС-матрица является полупроводниковым устройством, и больше похожа на фоточувствительную память, то для работы совместно с ней используются специализированные контроллеры и процессоры.

На фото показан объектив и печатная плата фоточувствительной матрицы от ПНВ фирмы Pulsar.

Объектив и плата CCD-матрицы ПНВ Pulsar Reflescope Digisight N770

Такие приборы относятся к Ⅳ и Ⅴ поколениям. Приборы на основе ПЗС-матриц больше похожи на цифровую видеокамеру. Их относят к поколению Digital.

Изображение у ПНВ на базе ПЗС-матриц чёрно-белое и не имеет зеленоватого оттенка, как у приборов на основе ЭОП. Изображение с ПЗС-матрицы обрабатывается процессором и выводится на миниатюрный LCD-экран, который встроен в сам прибор ночного видения. Оцифрованное изображение можно записывать и сохранять в память, выводить на внешний монитор.

ПНВ с ПЗС-матрицей можно использовать в светлое время суток – засветка им не страшна. Минусом таких приборов является то, что для работы CCD-матрицы нужна активная инфракрасная подсветка. Например, в модели PULSAR Reflescope Digisight N770 подсветка реализована на базе лазерного диода с длиной излучаемой волны 780...915 нм.

Понравилась статья? Расскажите друзьям:
Оцените статью, для нас это очень важно:
Проголосовавших: 1 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

Оставить комментарий:

Отправить

Полезные сервисы:

Опрос: Насколько Вам помогла информация на нашем сайте? (Кол-во голосов: 1181)
Сразу все понял
Не до конца понял
Пришлось перечитывать несколько раз
Вообще не понял
Как я сюда попал?
Чтобы проголосовать, кликните на нужный вариант ответа. Результаты