ИК-осветитель против окружающего света: как работает ночное видение в разных условиях
Вопрос: «Почему ночному видению нужен свет?»
«Ночное видение» — немного вводящее в заблуждение название. Большинство людей слышат это и представляют себе устройство, которое позволяет видеть в полной темноте, вообще не требуя света. Традиционный прибор ночного видения с усилителем изображения-на самом деле работает иначе. Он не генерирует изображение из ничего -, для работы ему нужно несколько фотонов, даже если их количество намного ниже того, что может зарегистрировать человеческий глаз.
Эти фотоны могут прийти из разных мест. Лунный свет является очевидным, но звездный свет, сумеречный свет, далекие огни города и рассеянный свет, отражающийся от облаков или местности, тоже учитываются. Поле, которое кажется вашим глазам черным как смоль, может все еще доставлять полезную струйку света в трубку ночного видения.
Когда этот естественный запас иссякает, ИК-осветитель может восполнить этот пробел. Это небольшое устройство, излучающее инфракрасный свет -, невидимое для нас, но прекрасно используемое датчиком ночного видения - и эффективно добавляющее в сцену второй искусственный источник света.
Проще говоря: окружающий свет — это то, что уже есть. ИК-осветитель — это то, что вы возьмете с собой.
Это различие поднимает вопросы, вокруг которых построена данная статья: сколько окружающего света действительно необходимо прибору ночного видения? Может ли он вообще работать без ИК? Когда добавление IR действительно помогает, а когда нет? И всегда ли больше инфракрасного излучения означает лучшее изображение? Мы пройдемся по каждому из них.
2. Как работает прибор ночного видения?
Что такое рассеянный свет?
Окружающий свет — это любой свет, уже присутствующий в окружающей среде до того, как вы внесете что-то искусственное. В полевых условиях это обычно означает:
Лунный свет
1
>>
Звездный свет
2
>>
Сумерки (свечение перед восходом или после захода солнца)
3
>>
Городское освещение отражается от неба
4
>>
Удаленные источники искусственного света - автомобильные фонари, уличные фонари, охранное освещение
5
Ничто из этого не должно выглядеть ярким, чтобы быть полезным. Трубка ночного видения гораздо более чувствительна к низким уровням освещенности, чем человеческий глаз, поэтому сцена, которая кажется вам совершенно темной, все же может содержать достаточно фотонов для работы устройства.
Как усилитель изображения использует доступный свет?
Основной процесс прост, даже если электроника внутри не такова:
Доступный свет → объектив → электронно-оптический преобразователь → электронное усиление → люминофорный экран → видимое изображение
Свет проникает через объектив и попадает на фотокатод внутри трубки усилителя, который преобразует фотоны в электроны. Затем эти электроны ускоряются и умножаются -, это "усиливающая" часть -, прежде чем они попадают на люминофорный экран, который преобразует их обратно в видимое изображение, обычно в знакомом зеленом или белом- тоне люминофора.
Важно понимать, что прибор ночного видения не создает изображение из ничего. Он берет уже существующий свет и усиливает его, иногда в десятки тысяч раз. Отсутствие входного света означает, что нечего усиливать.
Что происходит, когда окружающий свет очень низкий?
По мере падения доступного света качество изображения падает вместе с ним. Обычно вы увидите:
-
Более темное общее изображение
-
Потеря мелких деталей
-
Более видимый шум или зернистость
-
Более сложное распознавание целей
-
Меньшая эффективная дальность обнаружения
Это именно тот момент, когда ИК-осветитель начинает иметь значение. Он не ремонтирует сломанное устройство -, а просто возвращает свет, которого не обеспечивает окружающая среда.
2. Что такое ИК-осветитель?
Что означает ИК-осветитель?
IR означает инфракрасный. ИК-осветитель — это активное устройство -, он не собирает свет, а излучает его в диапазоне длин волн, который находится за пределами диапазона, воспринимаемого человеческим глазом. С другой стороны, прибор ночного видения чувствителен именно к этому диапазону, поэтому он может улавливать инфракрасный свет, излучаемый осветителем.
Как работает ИК-осветитель?
Путь описать просто:
ИК-осветитель → инфракрасный свет → цель → отраженный ИК → прибор ночного видения → изображение
Осветитель освещает сцену инфракрасным светом. Этот свет попадает на объекты - человека, транспортное средство, местность - и отражается обратно так же, как видимый свет, когда он попадает на что-то при дневном свете. Прибор ночного видения улавливает отраженное инфракрасное излучение и преобразует его в видимое изображение, следуя тому же процессу усиления, описанному выше.
Почему мы обычно не видим ИК-свет?
Человеческий глаз просто не приспособлен для регистрации волн ближнего-инфракрасного диапазона - наши фоторецепторы не реагируют на эту часть спектра. Фотокатод трубки ночного видения реагирует на него, и именно поэтому технология работает: она может «видеть» источник света, невидимый для человека, стоящего рядом с ним.
Именно поэтому ИК-осветитель — это не то же самое, что фонарик, хотя оба они добавляют света в сцену. Фонарик виден всем, кто находится рядом, независимо от того, оснащен ли он прибором ночного видения или нет. Луч ИК-осветителя невидим невооруженным глазом и становится видимым только через прибор ночного видения или ИК--чувствительное устройство-, что является существенной разницей для тех, кто хочет остаться незамеченным.
ИК-осветитель и рассеянный свет: в чем разница?
Это сравнение, о котором действительно спрашивает большинство людей.
|
Особенность |
Окружающий свет |
ИК-осветитель |
|
Источник |
Естественный/существующий свет |
Искусственный ИК-свет |
|
Доступность |
Зависит от окружающей среды |
Контролируется пользователем |
|
Лунный свет |
Вносит вклад |
Непригодный |
|
Звездный свет |
Вносит вклад |
Непригодный |
|
Полная темнота |
Очень ограничено |
Эффективный |
|
Контроль |
Ограниченный |
Регулируемый |
|
Дополнительное оборудование |
Не требуется |
Необходимый |
|
Требуемая мощность |
Нет |
Да |
|
Скрытность |
Пассивный |
Активный |
Окружающий свет
Преимущества
- Никакого дополнительного оборудования для переноски или установки
- Не жрет батарею
- Полностью пассивный - ничего не обнаружить
- Работает естественно, без регулировки
Ограничения
Зависит от погоды
Зависит от фазы луны и облачности.
Невозможно включить, когда вам нужно больше
Производительность варьируется от ночи к ночи и от часа к часу.
ИК-осветитель
Преимущества
- Добавляет свет именно тогда и там, где окружающая среда не обеспечивает его достаточно.
- Реально помогает в условиях очень низкой-освещенности.
- Может заметно улучшить яркость изображения
- Многие модели имеют регулируемую мощность.
Ограничения
- Требует мощности и увеличивает время работы-
- Еще одна единица оборудования для переноски, монтажа и обслуживания.
- Поскольку это активный излучатель, потенциально его может обнаружить любой, у кого есть приборы ночного видения или ИК-детекторы.
3. Может ли ночное видение работать без ИК-осветителя?
Честный ответ — это не однозначные да или нет -, это зависит от того, где вы находитесь.
С лунным светом
В большинстве случаев да. Ясная ночь с приличной фазой луны обеспечивает достаточно окружающего света для хорошего усилителя изображения, позволяющего получить чистое и полезное изображение без какого-либо дополнительного ИК-излучения.
Под звездным светом
Звездный свет сам по себе является гораздо более тонким источником света, поэтому результаты различаются сильнее. Высокопроизводительная-трубка по-прежнему может обеспечить работоспособное изображение, но устройство с более низкими-спецификациями может испытывать трудности, - именно здесь качество трубки начинает иметь большее значение, чем что-либо еще.
В городских районах
Города и поселки редко погружаются в полную темноту. Уличное освещение, освещение зданий и фары транспортных средств обеспечивают достаточное количество окружающего света, поэтому постоянная работа ИК-осветителя обычно не требуется.
В условиях чрезвычайно низкой-освещенности
Густой лес под густым пологом, подземные помещения, комнаты без окон и отдаленные сельские районы в безлунную пасмурную ночь – это совсем другая история. В таких условиях окружающее освещение может упасть почти до нуля, и ИК-осветитель становится действительно полезным, а не дополнительным.
4. Когда следует использовать ИК-осветитель?
Открытый патруль
При достаточном окружающем освещении - лунный свет, свет звезд или близлежащее искусственное освещение - ИК обычно не требуется для базовых наблюдений.
Густой лес
Крона деревьев не позволяет лунному свету достигать земли даже в яркую ночь. ИК может заметно улучшить видимость под укрытием.
Крытый / Темные комнаты
Интерьеры с небольшим количеством естественного света или вообще без него являются одним из самых ярких случаев, когда ИК-подсветка заслуживает внимания.
Полная темнота
В этом сценарии ИК-осветители предназначены для - подземных, закрытых или полностью затененных помещений, где фактически нет окружающего света, который можно было бы усилить.
Наблюдение на-дальнем расстоянии
Расстояние меняет расчет. Мощность ИК-излучения, угол луча и фокус зависят от того, насколько далеко находится цель, и эта зависимость не является линейной -, простое включение питания не гарантирует лучший результат на расстоянии. Мы объясним почему в следующем разделе.
5. Как работает ночное видение в разных условиях?
Лунный свет
Окружающий свет относительно высокий, качество изображения обычно хорошее само по себе, и ИК-подсветка обычно не требуется.
Звездный свет
Окружающий свет очень низкий. Качество трубки становится решающим фактором, и ИК может помочь.
Дождь
Капли воды и отражения сами по себе ухудшают видимость. ИК-свет также может рассеиваться от дождя, находящегося поблизости, и создавать нежелательные блики, поэтому большее количество ИК-излучения здесь не означает автоматически лучше.
Туман
Туман рассеивает свет во всех направлениях, что снижает контраст независимо от источника света. ИК-излучение не является универсальным решением проблемы тумана -, в некоторых случаях оно может усугубить обратное рассеяние.
Густой лес
Естественный свет ограничен навесом. ИК может улучшить видимость на близком- и среднем- расстоянии.
Крытый
Производительность во многом зависит от окон и наличия искусственного освещения. В действительно темных помещениях большая часть видимых деталей исходит от ИК-излучения.
|
Состояние |
Окружающий свет |
ИК необходимость |
|
Полнолуние |
Высокий |
Низкий |
|
Звездный свет |
Низкий |
Середина |
|
Городской район |
Середина |
Низкий |
|
Густой лес |
Очень низкий |
Средний/Высокий |
|
Темный Крытый |
Очень низкий |
Высокий |
|
Полная темнота |
Нет/Очень низкий |
Высокий |
6. Всегда ли ИК-осветитель улучшает ночное видение?
Не автоматически -, а понимание причин является частью правильного использования оборудования.
Больше ИК-излучения не всегда означает лучшее изображение
Слишком сильный инфракрасный поток может переэкспонировать изображение, создать пересветы на отражающих поверхностях и нарушить общий баланс изображения. Атмосферные условия и отражающая поверхность местности также могут сократить эффективную дальность действия, меньшую, чем предполагает номинальное расстояние осветителя. Выходные данные должны соответствовать сцене, а не просто быть максимальными.
Угол луча имеет значение
Широкий луч распространяет освещение на более широкую область, что подходит для наблюдения с близкого-дальнего или широкого-диапазона. Узкий луч концентрирует тот же выходной сигнал в более узкой зоне, что удобно для наблюдения на больших расстояниях. Ни то, ни другое не лучше в целом -, это зависит от задачи.
ИК-фокус имеет значение
Некоторые ИК-осветители - кольцо фокусировки, которое есть на таких устройствах, как PVS-7. Хорошим примером является ИК-осветитель, позволяющий пользователю физически регулировать луч от широкого до более узкого и концентрированного. Такая возможность регулировки часто более полезна на практике, чем чистая выходная мощность, поскольку она позволяет лучу соответствовать фактическому рабочему расстоянию, а не освещать гораздо большую площадь, чем необходимо.
7. ИК-осветитель и невидимость: ИК-невидимка?
Могут ли другие люди видеть ваш ИК-осветитель?
Невооруженным глазом да, это незаметно -, это правда. Но «человеческий глаз не может этого увидеть» не означает, что «ничто не может этого увидеть». Любой, кто оснащен собственным прибором ночного видения или любым датчиком, чувствительным к этой части инфракрасного спектра, потенциально может обнаружить активный источник ИК-излучения, иногда на значительном расстоянии. Это важный момент для любого, чья позиция имеет значение, поэтому об этом различии так часто спрашивают военные и правоохранительные органы.
Здесь также появляется концепция пассивного и активного наблюдения.
Пассивный:окружающий свет → прибор ночного видения
Активный:ИК осветитель → мишень → прибор ночного видения
Пассивное и активное ночное видение
|
Пассивное ночное видение |
Активный ИК |
|
|
Источник света |
Окружающий свет |
ИК осветитель |
|
Дополнительный свет |
Нет |
Да |
|
Оборудование |
Проще |
Требуется ИК-осветитель. |
|
Потребляемая мощность |
Ниже |
Выше |
|
Видимость для оборудования,-чувствительного к ИК-излучению |
Ниже |
Потенциально обнаруживаемый |
|
Возможность работы при слабом-освещении |
Зависит от окружающего освещения |
Улучшено с помощью ИК |
Ни один из режимов не является «правильным» по умолчанию. Правильный выбор зависит от окружающей среды и от того, что на самом деле требует миссия или задача - патруль, рассчитывающий на лунный свет на открытой местности, имеет совсем другие потребности, чем команда, обыскивающая здание без окон.
8. Как выбрать прибор ночного видения для различных условий освещенности
Городской/на открытом воздухе/лунный свет
Высококачественного усилителя изображения-часто бывает достаточно.
Низкий-светлый лес
Ищите устройство, которое сочетает в себе высокую производительность при слабом-освещении и возможность ИК-подсветки, поскольку в зависимости от навеса вам могут понадобиться и те, и другие.
В помещении/очень темном помещении
ИК-подсветка становится важной частью уравнения, а не дополнительным-дополнением.
Профессиональное/военное использование
Помимо ИК-излучения, оцените непосредственно характеристики усилителя изображения: показатель качества (FOM), отношение-сигнал/-шум (SNR) и усиление, а также выходную мощность и возможность регулировки ИК-осветителя, водонепроницаемость, время автономной работы и совместимость со шлемом.
9. Как выбрать ИК-осветитель
Несколько характеристик определяют, насколько хорошо ИК-осветитель действительно работает в полевых условиях:
- Длина волны ИК
- ИК мощность
- Угол луча
- Регулируемый фокус
- Расстояние освещения
- Срок службы батареи
- Способ крепления
- Устойчивость к атмосферным воздействиям
Стоит сказать прямо: не выбирайте ИК-осветитель только по максимальной мощности. Что действительно важно в полевых условиях, так это реальное-рабочее расстояние в мире, охват луча, конечное качество изображения и время работы устройства на зарядке -, а не самое большое число в технических характеристиках.
Часто задаваемые вопросы
01.Нужен ли для ночного видения ИК-осветитель?
02.Может ли ночное видение работать в полной темноте?
03.Видима ли ИК-подсветка человеческому глазу?
04.В чем разница между ИК-осветителем и ИК-лазером?
05.Как далеко может достигать ИК-осветитель?
06.Влияет ли дождь на ИК-подсветку?
Заключение
Выбор подходящего прибора ночного видения зависит не только от качества изображения в технических характеристиках. Окружающий свет, возможности ИК-подсветки, рабочая среда, ожидаемое расстояние просмотра и требования к выполняемой задаче — все это влияет на то, как устройство фактически работает в полевых условиях.
Ищете прибор ночного видения со встроенной или регулируемой ИК-подсветкой?Связаться с Детиломчтобы обсудить ваше приложение, необходимые характеристики и конфигурацию.
