Գիշերային տեսողության համատեղելիությունը օպտիկայի հետ. Այն, ինչ պետք է իմանաք

Գիշերային տեսողության սերունդների և օպտիկական կատարման հասկացություն

Գիշերային տեսողության սերունդների ակնարկ (Gen 1-ից մինչև Gen 3 և թվային ձևաչափ)

Գիշերային տեսողության տեխնոլոգիան վերջին տարիներին զգալիորեն է զարգացել, ընդգրկելով հիմնականում երեք սերունդ, ինչպես նաև նորագույն թվային տարբերակներ, որոնք այժմ ամենուր են հայտնվում: 1960-ականների առաջին սերնդի սարքերը ճիշտ աշխատելու համար պետք է լրացուցիչ IR լույսի աղբյուրներ, թեև դեռևս բավականին մատչելի են այն մարդկանց համար, ովքեր գիշերը հիմնական բան ուզում են հաճախել հացահատիկի կամ որսի համար: 1980-ականներին երկրորդ սերնդի սարքերը բարելավեցին այն ՝ ավելացնելով միկրոալիքային սարքեր, որոնք թույլ էին տալիս օգտագործել լուսնի լույսը և բարձրացնել տեսանելիությունը մոտ 500-ից 800 անգամ աչքի տեսանելիության համեմատ: Ռազմական ստանդարտի Grade 3 սարքավորումները 1990-ականներից սկսած ավելի հեռու են հասել ՝ օգտագործելով գալիումի արսենիդ և արտակարգ բարակ թաղանթների նման հատուկ նյութեր, որոնք օգնում են հասնել մեծացման մակարդակին մինչև 30,000 անգամ: Իսկ 2015 թվականից սկսած մենք տեսնում ենք թվային գիշերային տեսողության համակարգեր, որոնք լիովին հրաժարվել են փողային տեխնոլոգիայից՝ փոխարինելով CMOS սենսորներով և խելացի պատկերի մշակման ալգորիթմներով: Այս նոր մոդելները իրականում ավելի լավ են աշխատում տարբեր լուսավորության պայմաններում և ավելի հաճախ են օգտագործվում բնության սիրահարների կողմից, ովքեր ցանկանում են ավելի պարզ պատկեր՝ առանց ծավալի:

Ինչպես է սերնդի տեսակը ազդում օպտիկական համակարգերի հետ համատեղելիության վրա

Նոր սերնդի սարքավորումները, ընդհանրապես, ավելի լավ են աշխատում օպտիկական տեսանկյով, քանի որ օբյեկտիվների եզրերի շուրջ ավելի քիչ դեֆորմացիա է առաջանում: Ռայֆլային թիրախային սարքերի հետ օգտագործելիս երրորդ սերնդի սարքերը դեֆորմացիան պահում են 3%-ի սահմաններում, մինչդեռ առաջին սերնդի համակարգերը, ըստ անցյալ տարվա Night Vision Standards Group-ի տվյալների, սովորաբար ցուցադրում են 8-ից մինչև 12% դեֆորմացիա: Թեև թվային տարբերակներն ունեն իրենց թերությունները: Նրանք ներդրում են 5-ից մինչև 15 միլիվայրկյան ուշացում, որը կարող է խոչընդոտել թիրախի հետևումը խոշորացված օպտիկայի օգտագործման ժամանակ: Դրական կողմից, այս թվային մոդելները HDMI միացումների միջոցով թույլ են տալիս իրական ժամանակում կատարել ուղղորդիչի ցուցիչի տեղադրում: Այս հնարավորությունը դրանք դարձնում է ավելի համատեղելի այսօրվա առաջադեմ թիրախային համակարգերի հետ՝ չնայած փոքր ուշացման հարցին:

Տեսանելիության ազդանշան-աղմուկ հարաբերակցություն (SNR) և ցուցանիշների գործակից (FOM)

Ազդանշան-աղմուկ հարաբերակցությունը (SNR) հիմնականում ցույց է տալիս, թե որքան հստակ է պատկերը՝ հիմնվելով օգտակար լույսի քանակի և ֆոնային աղմուկի վրա: Երրորդ սերնդի տեխնոլոգիան հասնում է մոտ 25-ից 30 SNR, ինչը գերազանցում է թվային տարբերակներին, որոնք սովորաբար տատանվում են 18-ից 22 SNR սահմաններում: Երբ խոսում ենք արդյունավետության ցուցանիշի մասին (FOM), այս մեծությունը բազմապատկում է SNR-ն լուծաչափով՝ տալով լավ պատկերացում նրա մասին, թե ինչպես կաշխատի սարքը օպտիկական ինտեգրման դեպքում: Վերցրեք Gen 3 մոնոկուլար սարք՝ 64 գիծ միլիմետր լուծաչափով և 28 SNR-ով: Դա նրան տալիս է 1792 FOM միավոր: Շատ թվային համակարգեր չեն կարող մոտենալ այս թվին՝ սովորաբար ընկնելով 600-800 միջակայքում: Այս թվերը կարևոր են, քանի որ դրանք ուղղակիորեն արտացոլվում են լավ տեսանելիության և ավելի լավ աշխատանքի վրա իրական պայմաններում:

Ուսումնասիրություն. Gen 3-ը և թվային սարքերը ցածր լուսավորվածության դեպքում հրացանի տեսադաշտի ինտեգրման ժամանակ

2023 թվականի տեղանքային փորձարկումը համեմատեց Gen 3 PVS-27 տեսադաշտը (1850 FOM) թվային Night Hunter XQ2-ի հետ (800 FOM) 300 մետր հեռավորության վրա՝ լուսաբացի պայմաններում.

Gen 3 համակարգը ցուցաբերեց գերազանց օպտիկական կայունություն և սառը եղանակին վստահելիություն, իսկ թվայինը առաջարկեց ծախսերի կրճատում և ծրագրավորվող ցուցիչներ:

Թվային ընդդեմ խողովակային գիշերային տեսողություն՝ օպտիկական փոխադարձ հարաբերություններ և ինտեգրում

Թվային և ավանդական խողովակային գիշերային տեսողության հիմնական տարբերությունները

Այսօր գիշերային տեսողության տեխնոլոգիաների հիմնականում երկու տեսակ կա. թվային սենսորներ և այն հին դպրոցական՝ խողովակային պատկերի ինտենսիֆիկատորները, որոնք մենք անվանում ենք IIT-ներ: Թվային սարքերը աշխատում են՝ էլեկտրոնային միջոցներով բարձրացնելով առկա լույսը, սովորաբար ներառելով CMOS սենսորներ և LCD դիսփլեյներ: Մյուս կողմից, ավանդական IIT համակարգերը ամբողջովին տարբեր մոտեցում են կիրառում՝ փոխարկելով ներխողով ֆոտոնները էլեկտրոնների մի բանի, որը կոչվում է լուսակաթոդ, ապա իրականացնելով անալոգային հզորացում: Այս հիմնարար տարբերությունը շատ կարևոր է այն բանի համար, թե ինչպես են դրանք համատեղելի լինում այլ սարքավորումների հետ: Թվային համակարգերը, որպես կանոն, ավելի հեշտ են միացվում ժամանակակից օպտիկական սարքերին՝ քանի որ արտադրում են ստանդարտ տեսահաղորդակցության սիգնալներ: Սակայն IIT սարքերի դեպքում դրանց ճիշտ աշխատանքի համար հաճախ անհրաժեշտ է հատկապես կարգավորել աչքի օղակը՝ խուսափելու համար կոնքերի շուրջ մուգ անկյունների կամ անթափանց պատկերների առաջացումից: Վայրի բնության վրա հսկողություն իրականացնող մասնագետների դաշտային փորձարկումները ցույց են տվել, որ թվային մոդելները մոտ 30 տոկոսով ավելի հաճախ են կարողանում միանալ երրորդ կողմի օպտիկական սարքերին, հիմնականում այն պատճառով, որ նրանք առաջարկում են պատկերի մասշտաբի կարգավորման տարբերակներ, որոնք հնարավոր չէ իրականացնել հին տեխնոլոգիաներով:

Պատկերի որակի գործոններ՝ լուծաչափություն, հակադրություն և դեֆորմացիա օպտիկայում

Ծորանային համակարգերը, որպես կանոն, հասնում են մոտ 64 գծի/մմ լուծաչափության՝ շատ լավ հակադրությամբ, թեև tendում են ցուցադրել դեֆորմացիա եզրերում, երբ դաշտի տեսողությունը գերազանցում է մոտ 40 աստիճանը: Նորագույն թվային տարբերակները այսօր հասնում են 1280x960 պիքսելի, ինչը փաստացի նույնն է, ինչ երրորդ սերնդի ծորաններն էին առաջարկում անցյալում: Սակայն այստեղ էլ կա մի նախապայման՝ այս թվային համակարգերը մի քանի միլիվայրկյանի ընթացքում ներդրում են ուշացում, երբ օգտագործողը արագ շարժվում է տեսարանի վրայով: Այնուամենայնիվ, երբ ամրացված են կայուն հարթակներին, այս ուշացումը գրեթե անհետանում է: Սա հնարավորություն է բացում համակցված համակարգերի համար, որտեղ օպերատորները ստանում են սովորական տեխնոլոգիայից սրածայր պատկերի որակ՝ զուգահեռ ամբողջ թվային տիրույթի գտնման հնարավորություններով, որոնք անմիջապես վերադրվում են պատկերի վրա:

Օբյեկտիվի արդյունավետություն՝ փայլի դիմադրություն և լույսի հաղորդման արդյունավետություն

IIT օբյեկտիվներն ունեն այս հատուկ բազմաշերտ պատվաստած ծածկույթները, որոնք օգնում են նվազեցնել անցակայ լույսի պատճառով առաջացած ոչ ցանկալի փայլը, ինչը պահում է ամեն ինչ հստակ և թաքնված: Թվային սենսորների դեպքում նրանք հաղթահարում են որոշ սահմանափակումներ շատ լայն բացվածքների շնորհիվ՝ f/1.0-ից մինչև f/1.2, ինչպես նաև փայլի էֆեկտը նվազեցնող խելացի ծրագրային միջոցների շնորհիվ: Այս բարելավումները նրանց թույլ են տալիս անցկացնել հասանելի լույսի 90%-ից ավելին՝ համեմատած հին սերնդի 3-րդ սերնդի օպտիկայի 65-75%-ի հետ: Սակայն մեկ թերություն կա: Այս թվային համակարգերի կողմից լույսի ընկալման ձևն իրականում ավելի լայն է սպեկտրում, ընդգրկելով 500-ից մինչև 900 նանոմետր ալիքների երկարությունները՝ ավանդական IIT տեխնոլոգիայի 600-ից մինչև 900-ի փոխարեն: Սա նշանակում է, որ քաղաքային պայմաններում, որտեղ գոյություն ունեն արհեստական լուսավորության տարբեր տեսակներ, ինֆրակարմիր լույսի կողմից գերահարուցված լինելու հնարավորությունը ավելի բարձր է:

Շարժում՝ թվային համակարգերը թույլ են տալիս ավելի մեծ օպտիկական ճկունություն և համատեղելիություն

Թվային ճարտարապետությունները սպասարկում են օպտիկական քալիբրման համար իրական ժամանակում ընթադրագրերի թարմացում, թույլ տալով հարմարվող համատեղելիություն LPVO-ների, ջերմային թիրախային սարքերի և կարմիր կետի տեսողության սարքերի հետ: Այս ծրագրավորման հնարավորությունը նվազեցնում է հատուկ պահակների կիրառման անհրաժեշտությունը՝ արագացնելով ընդունումը մոդուլային զենքի համակարգերում, որտեղ ռելսի տեղն ու քաշը կարևոր նախագծային սահմանափակումներ են:

Գիշերային տեսողության սարքերի հիմնական բաղադրիչները, որոնք ազդում են օպտիկական համատեղելիության վրա

Գիշերային տեսողության բաղադրիչների և դրանց օպտիկական դերերի մանրամասն վերլուծություն

Գիշերային տեսողության սարքերը սովորաբար աշխատում են այն պատճառով, որ երեք հիմնական մասեր աշխատում են միասին: Նախ կա օբյեկտիվի լինզը, որն ամբողջությամբ հավաքում է շրջակա լույսը, ներառյալ տեսնելու դժվար մոտակա ինֆրակարմիր ալիքները: Ապա գալիս է լուսաէլեկտրոդը, որն իրականացնում է մի բան, որն իսկապես հիանալի է՝ այն փոխարկում է լույսի մասնիկները իրական էլեկտրոնների: Վերջապես՝ պատկերի ինտենսիվացման խողովակը, որն այդ էլեկտրոնները դարձնում է շատ պայծառ, ավելացնելով դրանց ինտենսիվությունը 15 հազարից մինչև 30 հազար անգամ՝ առանց մեծ մասշտաբով կորցնելու մանրամասների որակը: Ըստ 2023 թվականի վերջին տեխնիկական զեկույցի, այս համակարգերը նույնիսկ այն դեպքում, երբ լուսավորվածության մակարդակը իջնում է մեկ լյուքսից ներքև, դեռևս կարող են ստանալ բավարար պատկերներ: Դա էլ թույլ է տալիս մարդկանց հստակ տեսնել շատ մութ պայմաններում:

Օբյեկտիվի լինզի չափի ազդեցությունը դաշտի տեսանելիության և պատկերի ավելացման վրա

40 մմ-ից մեծ օբյեկտիվները ավելի շատ լույս են ընդունում, ինչը փաստացի 18-22 տոկոսով ավելացնում է տեսադաշտը՝ համեմատած փոքր 25 մմ-անոցների հետ: Սակայն մեծ օբյեկտիվների մեկ այլ կողմն այն է, որ յուրաքանչյուր լրացուցիչ 10 մմ տրամագծի համար տեսադաշտի զանգվածը մեծանում է 4-9 ունցով, ինչը դարձնում է դրանք ավելի դժվար հարմարեցվելու ստանդարտ հրաձիգային օպտիկական կառուցվածքներին: Անցյալ տարվա որոշ հետազոտություններ ուսումնասիրել են աշխատանքը վատ լուսավորման պայմաններում և առաջարկել, որ 32 մմ օբյեկտիվները հանդիսանում են ճիշտ միջանկյալ տարբերակ: Դրանք հրաձիգներին տալիս են մոտ 38 աստիճան տեսադաշտ՝ ամբողջ համակարգը չգերազանցելով 2,5 ֆունտին, ինչը շատ կարևոր է, երբ ամբողջ օրը դաշտում են կրում սարքավորումներ:

Թափանիշների ծածկույթի և կենտրոնական հավասարեցման դերը պարզությունը պահպանելու համար

Բազմաշերտ անդրադարձումից պաշտպանող ծածկույթները սահմանափակում են լույսի կորուստը ±1,5 %-ով յուրաքանչյուր մակերևույթի համար, ինչը կարևոր է լուսնի բացակայության պայմաններում հակադրությունը պահպանելու համար: Ճշգրիտ ֆոկուսավորման հարմարեցումը ապահովում է ±2 աղեղային րոպե պարալաքսային սխալ պատկերի խտացուցիչի և օկուլյար ոսպնյակի միջև, ինչը կանխում է պատկերի կրկնակիացումը՝ այն հաճախ հանդիպող խնդիրը, երբ գիշերային տեսողության սարքը տեղադրվում է մեծացված օպտիկայի հետևում, որն անհրաժեշտ է 0,5 MOA-ից ցածր ճշգրտության համար:

Զենքերի և օպտիկայի հետ ամրացման և մեխանիկական համատեղելիություն

Տարածված ամրացման հարթակներ՝ ակնեղեններ, զենքեր և երկկիրառու կառուցվածքներ

Գիշերային տեսողության սարքերը իրական մարտական պայմաններում ճիշտ աշխատելու համար պետք է ունենան հատուկ ամրացման ինտերֆեյսներ: Վերցրեք, օրինակ, արվեստական գլխարկի ամրացումը՝ Norotos INVG Hypergate-ը զինվորներին թույլ է տալիս ավելի քան մեկ վայրկյանում հանել գիշերային տեսողության սարքը, երբ դա անհրաժեշտ է, ինչը բավականին տպավորիչ է: Զենքի ամրացումները սովորաբար հիմնված են J-ձև կապակցիչների վրա, քանի որ դրանք լավ են դիմադրում հրացայտման հետևանքով առաջացած հետընդհանուր հարվածին: Վերջերս շատ ավելի շատ հետաքրքրություն է առաջանում երկակի օգտագործման համակարգերի նկատմամբ: Անցյալ տարվա «Գիշերային տեսողության ինտեգրման զեկույցի» համաձայն՝ տասնից յոթը օգտագործող ցանկանում է, որ սարքավորումները կարողանան փոխանցվել գլխարկի և հրացանի ամրացման միջև՝ առանց լրացուցիչ գործիքների կիրառման: Իրականում դա տրամաբանական է, քանի որ ոչ ոք չի ցանկանում խառնվել կցորդների հետ ցածր լուսավորության պայմաններում:

Պիկատինի ռելսեր, արագ հանվող ամրացումներ և օրվա ընթացքում օպտիկական սարքերի հետ համատեղ օգտագործում

Պիկատինի MIL-STD-1913 սարքը մնում է գիշերային տեսողության օպտիկական սարքերը օրվա ընթացքում օպտիկայի հետ միասին տեղադրելու ստանդարտը: QD ամրացման համակարգերը, որոնք վերատեղադրման ժամանակ ապահովում են ±0.25 MOA ճշգրտություն (Scopes Field 2024), թույլ են տալիս արագ կարգավորումներ: Կովիթառադրման ռազմավարությունները ներառում են.

• Բացարձակ կովիթառադրում՝ NV ցուցիչը համընկնում է մետաղական միջոցների հետ
• Ստորին 1/3 կովիթառադրում՝ օրվա ընթացքում օգտագործվող օպտիկան մնում է տեսանելի գիշերային տեսողության օգտագործման ընթացքում

Ռազմավարություն՝ զրոյական պահպանում, երբ գիշերային տեսողությունը զուգակցվում է հրաձիգի օպտիկայի հետ

Զրոյական շեղման կանխումը սկսվում է հաստատուն մոմենտից՝ օղակների պտուտակներին 18–20 դյույմ/ֆունտ մոմենտ կիրառելով կետի ազդեցության շեղումը կրճատվում է 89%-ով (Optics Mount Study 2023): Նաև պետք է հաշվի առնել ջերմային ընդարձակումը՝ ալյումինե ամրացման համակարգերը ընդարձակվում են 0.000012 մ/մ°C չափով, որը պահանջում է թեքման դիմադրող կոնստրուկցիաներ ջերմաստիճանային կայունության համար: Օդապարուրային փորձարկումները հաստատել են, որ երկկողմանի ամրացման համակարգերը պահպանում են <0.5 MOA շեղում 500+ լիցքից հետո:

Գիշերային տեսողության և օպտիկայի օպտիմալ զուգակցման համար տեխնիկական բնութագրերի գնահատում

Կարևոր բնութագրեր՝ լուծաչափություն, SNR, ավելացում և տեսադաշտ

Երբ գիշերային տեսողությունը զուգակցվում է օպտիկայի հետ, առաջնահերթություն պետք է տրվի չորս հիմնական սպեցիֆիկացիաների.

• Հստակություն (lp/մմ). Որոշում է թիրախի նույնականացման ճշգրտությունը
• Սիգնալ-աղմուկ հարաբերակցություն (SNR) . >25 արժեքները նվազեցնում են «պատկերի ձյուն» գրեթե լիակատար խավարում
• Հզորություն (սովորաբար 30,000–50,000). Հավասարակշռում է պայծառությունն ու փոթորկի վերահսկումը
• Դաշտի տեսանելիություն (FOV) . Ավելի լայն անկյունները (>40°) բարելավում են դիրքի գիտակցումը, սակայն պահանջում են ավելի մեծ ոսպնյակներ

Ռազմական դասի սարքերը սովորաբար ունենում են 64–72 lp/մմ լուծաչափ, իսկ թվային համակարգերը տալիս են մոտ 15% լուծաչափ՝ համատեղելիությունն ավելացնելու համար էլեկտրոնային շերտերի հետ

Ինչպես FOM-ը կանխատեսում է իրական աշխարհում աշխատանքը կցված օպտիկայի դեպքում

Գործողության ցուցանիշը (FOM = լուծաչափ × SNR) օպտիկական համատեղելիությունը կանխատեսելու չափանիշն է: FOM >1,600 սարքերը պահպանում են ցուցադրի պարզությունը даже 5x խոշորացման դեպքում: 2023 թվականի ուսումնասիրությունը ցույց տվեց, որ 5x խոշորացման դեպքում FOM 1,800+ համակարգերի հետ զուգակցված տեսադաշտերը հավաքեցին 92% ճշգրտություն 200 մետր հեռավորության վրա 0.005 լյուքս պայմաններում, իսկ FOM 1,200 սարքերի դեպքում այն կազմեց 67%

Գիշերային տեսողության օպտիկական սարքերի համընկնումը առաջադրանքի պահանջների հետ՝ հսկողություն ընտրանք թիրախի վրա կենտրոնացում

Հսկողության գործողությունների համար լայն տեսադաշտ (առնվազն 40 աստիճան), որը համատեղված է 500 մետրից ավելի հեռավորության վրա թիրախի հայտնաբերման հնարավորության հետ, դարձնում է բարձր լուծաչափով թվային համակարգերը հատկապես օգտակար։ Երբ խոսքը գալիս է թիրախի վրա կենտրոնացման մասին, անհրաժեշտ է համապատասխանել որոշակի պահանջների։ Համակարգը պետք է ունենա առնվազն 64 գիծ-զույգ միլիմետր լուծաչափ և սիգնալ-աղմուկ հարաբերակցություն 28-ից բարձր՝ հարթակի խաչաձողերը ճշգրիտ հետևելու համար։ Այս տեսակի տեխնիկական բնութագրերը սովորաբար հասանելի են միայն 3-րդ սերնդի և ավելի բարձր խողովակային սարքավորումներով։ Ներկայումս ժամանակակից հիբրիդային կառուցվածքները առաջարկում են շատ ավելի լավ ճկունություն։ Դրանք միավորում են ստանդարտ 40մմ օբյեկտիվային ոսպնյակ սահմանները սկանավորելու համար և 18 միկրոնային միկրոէկրան, որը հարմարված է զենքի ուղղորդման սարքերին։ Այս համադրությունը թույլ է տալիս օպերատորներին ստանալ ինչպես ընդարձակ տարածքի վերահսկողություն, այնպես էլ ճշգրիտ կենտրոնացում՝ անհրաժեշտության դեպքում։

Հաճախ տրվող հարցեր գիշերային տեսողության սերունդների և դրանց օպտիկական կատարողականի մասին

Ո՞րն է թվային և խողովակային ночного видения-ի տարբերությունը

Թվային գիշերային տեսողությունը օգտագործում է էլեկտրոնային սենսորներ և դիսպլեյներ, որոնք ավելի հեշտ է ինտեգրվում ժամանակակից օպտիկայի հետ, սակայն կարող են ներառել ուշացում: Խողովակային գիշերային տեսողությունը հիմնված է անալոգային գործընթացների վրա՝ հասանելի լույսը խտացնելու համար, ապահովելով բարձր լուծաչափություն և ցածր դեֆորմացիա, սակայն պահանջում է զգուշի կարգավորում:

Ինչո՞ւ է կարևոր սիգնալ-աղմուկ հարաբերակցությունը (SNR)

SNR-ը ցույց է տալիս պատկերի պարզությունը՝ չափելով օգտակար լույսը ֆոնային աղմուկի դեմ: Բարձր SNR-ը ապահովում է ավելի պարզ պատկերներ նույնիսկ ցածր լուսավորության պայմաններում, ինչը կարևոր է թիրախի ճանաչման համար:

Օբյեկտիվի չափը ինչպե՞ս է ազդում գիշերային տեսողության սարքի աշխատանքի վրա

Մեծ օբյեկտիվները հավաքում են ավելի շատ լույս, ինչը բարելավում է տեսադաշտը: Սակայն դրանք ավելացնում են քաշն ու ծավալը, ինչը կարող է ազդել կրելու հնարավորության և օգտագործման հեշտության վրա, հատկապես դաշտային պայմաններում:

Ինչ դեր ունի FOM-ը գիշերային տեսողության սարքերում

Արդյունավետության ցուցանիշը (FOM) համակցում է լուսանդրությունը և աղմուկի հարաբերակցությունը՝ գիշերային տեսողության սարքի օպտիկական հատկությունները կանխատեսելու համար: ՈՒժեղ FOM-ը նշանակում է ավելի լավ աշխատանք, հատկապես ցածր լուսավորության և բարձր խոշորացման դեպքում: