Оптикалық құралдармен түнгі көру сәйкестігі: Білуіңіз керек нәрселер

Түнгі көрудің буындары мен оптикалық сапаны түсіну

Түнгі көрудің буындарына шолу (1-ші буыннан 3-ші буынға дейін және цифрлық)

Түнгі көру технологиясы жылдар бойы мәнді дамыды, негізінен үш негізгі буындарды қамтиды, сонымен қатар бүгінгі күндері барлық жерде кездесе бастаған жаңа сандық опциялар да бар. 1960 жылдардағы бірінші буын қосымша ИҚ жарық көздерін қажет етті, бірақ олар әлі де түнгі уақытта демалу немесе аң аулау сияқты негізгі мақсаттар үшін қарапайым құрал іздейтін адамдар үшін қолжетімді болып қала береді. 1980 жылдары екінші буын құрылғылары микроканальды пластиналарды қосу арқылы жақсарды, бұл оларға ай жарығын тиімді пайдалануға және көзге көрінетіннен 500-800 есе жақсырақ көруге мүмкіндік берді. 1990 жылдардан бастап 3-ші дәрежелі әскери стандарттағы құралдар галлий мырышы мен өте жұқа пленкалар сияқты арнайы материалдарды пайдаланып, күшейту деңгейін тіпті 30 000 есеге дейін жеткізді. Ал 2015 жылдан бергі сандық түнгі көру жүйелері көне түтікшелі технологиядан толығымен бас тартып, CMOS сенсорлар мен ақылды кескін өңдеу алгоритмдерімен ауысты. Бұл жаңа үлгілер жарықтың әртүрлі жағдайларында одан әрі жақсы жұмыс істейді және көлемділіктің бәрінен арылған таза кескін алуға ұмтылатын табиғатты бақылаушылар арасында барынша танымал болып келеді.

Жасалу түрі оптикалық жүйелермен сәйкестікті қалай әсер етеді

Жаңырақ буын құрылғылары, әдетте, линзалар шетінде пайда болатын бұрмалау аз болғандықтан, оптикалық тұрғыдан жақсырақ жұмыс істейді. Оқтық дүрбілермен пайдаланылған кезде, үшінші буын құрылғылар бұрмалауды 3%-дан төмен ұстайды, ал бірінші буын жүйелері өткен жылғы Түнгі Көру Стандарттары Тобының деректері бойынша әдетте 8-ден 12%-ға дейінгі бұрмалау көрсетеді. Сандық нұсқалардың да кемшіліктері бар. Олар 5-тен 15 миллисекундқа дейінгі кешігулерді енгізеді, бұл оптикамен пайдаланылған кезде мақсатты бақылауға нақты тосқауыл болуы мүмкін. Алайда, бұл сандық модельдер HDMI қосылымдары арқылы нақты уақыт режиміндегі дүрбі торларын басып шығаруға мүмкіндік береді. Бұл функция оларды кішкене кешігу мәселесіне қарамастан, қазіргі заманғы күрделі басқару жүйелерімен көбірек сәйкес келуге мүмкіндік береді.

Сигнал/Данғы (SNR) және Мерит Коэффициенті (FOM) туралы түсінік

Сигнал мен шу қатынасы (SNR) пайдалы жарық мөлшерін фонылық шумен салыстыру арқылы кескіннің қаншалықты анық екендігін көрсетеді. Үшінші буын технологиясы шамамен 25-30 SNR-ге жетеді, бұл әдетте 18-22 SNR аралығында болатын сандық нұсқалардан тиімдірек. Ең жақсы көрсеткіш (FOM) туралы сөз болғанда, бұл критерий SNR мен ажырату қабілетін көбейтеді және оптикалық интеграцияланған кезде құрылғының қаншалықты жақсы жұмыс істейтінін бағалауға мүмкіндік береді. Мысалы, 64 мм/сызық ажырату қабілеті мен 28 SNR-ге ие Gen 3 моноскоп алайық. Оның FOM көрсеткіші 1792-ге тең. Көбінесе сандық жүйелер осы санға жақында алмайды, әдетте 600-800 аралығында болады. Бұл сандар нақты жағдайларда көріну мен жұмыс істеу сапасын тікелей арттыруға ықпал ететіндіктен маңызды.

Зерттеу жағдайы: Төмен жарықтағы қару құралына арналған көздеу құрылғысындағы Gen 3 пен Сандық жүйелердің салыстырмалы талдауы

2023 жылғы жергілікті сынақта 300 м қашықтықта таңертеңгі жарық жағдайында Gen 3 PVS-27 көздеу құрылғысы (1850 FOM) мен Digital Night Hunter XQ2 (800 FOM) арасында салыстыру жүргізілді:

Gen 3 жүйесі оптикалық тұрақтылық пен суық климаттағы сенімділікте ерекшеленді, ал сандық нұсқасы бағасының төмендігі мен программаланатын тор көздерімен ерекшеленді.

Сандық және түп негізіндегі түнгі көру: Оптикалық айырмашылықтар мен интеграциялау

Сандық және дәстүрлі түп негізіндегі түнгі көрудің негізгі айырмашылықтары

Бүгінгі күні негізінен екі түрлі түнгі көру технологиясы бар: сандық сенсорлар және біз IIT деп атайтын, көне мектептің түп-түбірінде жатқан кескін күшейткіштер. Сандық нұсқалар электрондық түрде, әдетте CMOS сенсорлары мен LCD дисплейлермен жұпталған, қолжетерлік жарықты күшейту арқылы жұмыс істейді. Алайда, дәстүрлі IIT жүйелері толығымен басқа тәсіл қолданады, олар келіп түскен фотондарды фото катод деп аталатын нәрседе электрондарға түрлендіреді де, одан кейін аналогтық күшейту процесін жүргізеді. Бұл негізгі айырмашылық олардың басқа жабдықтармен қалай жұмыс істеуіне әсер етеді. Сандық жүйелер, әдетте, стандартты бейне сигналдарын шығаратындықтан, заманауи оптикалық құрылғылармен қосылуы оңайырақ болады. Алайда, IIT құрылғыларын дұрыс жұмыс істеуі үшін жиі көзбен көру бөлігін қараңғы бұрыштар немесе бұлыңғыр кескіндер сияқты проблемаларды болдырмау үшін ұқыпты түрде реттеу қажет. Табиғи ортадағы жануарларды бақылаушылардың жергілікті сынақтары сандық модельдер үшінші тарап оптикасымен IIT-ге қарағанда шамамен 30 пайыз жиірек жұмыс істей алатынын көрсетті, негізінен олар көне технологияда мүмкін емес кескінді масштабтаудың реттелетін опцияларын ұсынады.

Сурет сапасына әсер ететін факторлар: Оптикадағы анықтық, контрасттылық және бұрмалау

Түтікшемен жабдықталған жүйелер, әдетте, 64 лп/мм дейінгі анықтыққа ие болып, жақсы контрасттылық көрсетеді, бірақ көру аймағы шамамен 40 градустан асқанда, шеттерде бұрмалау байқалады. Қазіргі уақытта жаңа сандық нұсқалар 1280x960 пиксельге дейін жетті, бұл шынында да бұрынғы үшінші буын түтікшелердің ұсынғанына ұқсас. Бірақ мұнда да бір қиындық бар — осы сандық жүйелер көріністі тез жылжытқан кезде миллисекундтармен өлшенетін кешігулерді туғызады. Алайда, олар тұрақты платформаларға орнатылған кезде бұл кешігу толығымен жоғалады. Бұл дәстүрлі технологиялардан алынатын өткір сурет сапасы мен барлық заманауи сандық қашықтық өлшеу мүмкіндіктерін біріктіретін аралас жүйелердің дамуына мүмкіндік береді.

Линзалардың өнімділігі: Жарқылға төзімділік және жарық өткізгіштік әсерділігі

IIT линзалары жарықтың шашырауынан пайда болатын қажетсіз жарқылды азайтуға көмектесетін арнайы көп қабатты қаптамаларға ие, бұл заттарды таза және бейберекетсіз ұстайды. Цифрлық сенсорларға келетін болсақ, олар f/1.0-ден f/1.2-ге дейінгі өте үлкен апертура саңылаулары мен жарқылды азайту үшін қолданылатын өзіне тән бағдарламалық әдістер арқылы кейбір шектеулерді жойып отырады. Бұл жақсартулар оптикалық жүйелердің 3-ші буынындағы шамамен 65-75%-ке қарсы 90%-дан астам пайдалы жарықты өткізуге мүмкіндік береді. Бірақ бір ғана кемшілігі бар. Бұл цифрлық жүйелердің жарықты көру тәсілі спектр бойынша нақты кеңірек болып келеді, дәстүрлі IIT технологиясындағы тек 600-дан 900 нм-ге қарсы 500-ден 900 нм-ге дейінгі толқын ұзындықтарын қамтиды. Бұл әртүрлі жасанды жарықтандырудың бар болуы мүмкін қалалық ортада инфрақызыл сәулеленудің артық болуының ықтималдығын арттырады.

Тренд: Оптикалық икемділік пен үйлесімділікті арттыру үшін цифрлық жүйелердің рөлі

Сандық архитектуралар оптикалық калибрлеу үшін нақты уақытта бағдарламалық жабдықтарды жаңартуды қолдайды, LPVO, жылулық дүрбілер және қызыл нүктелі дүрбілер сияқты құрылғылармен бейімделуші үйлесімділікті қамтамасыз етеді. Бұл бағдарламалану меншікті тіреулерге тәуелділікті азайтады және рельс кеңістігі мен салмағы маңызды дизайн шектеулері болып табылатын модульді қару жүйелерінде қабылдауды жылдамдатады.

Оптикалық синергияға әсер ететін түнгі көру құрылғыларының негізгі компоненттері

Компоненттердің түнгі көруден тұратын бөліктері мен олардың оптикалық рөлдері

Көпшілік түнгі көру құралдары үш негізгі бөліктердің бірлесіп жұмыс істеуі арқасында жұмыс істейді. Біріншіден, мақсатты объектив — бұл көзге көрінбейтін жақын инфрақызыл толқындарын қоса алғанда, айналадағы барлық жарықты жиналатын бөлік. Содан кейін фотокатод келеді, ол жарық бөлшектерін нақты электрондарға айналдырады. Соңында, электрондарды өте жарық етіп, олардың қарқындылығын 15 мыңнан 30 мың есе дейін арттырып, сапаның детальдарын көп жоғалтпай күшейтетін кескін күшейткіш түтік бар. 2023 жылғы соңғы техникалық есепке сәйкес, бұл жүйелер жарық деңгейі бір люкстың төменіне дейін түскенде де қанағаттанарлықтай кескін шығара алады. Осының арқасында адамдар өте қараңғы жағдайларда таза көре алады.

Объектив өлшемінің Көрінетін Аймақ пен Кескін Күшейтуге Әсері

40 мм-ден үлкен объективтің линзалары көбірек жарық жинайды, бұл шынымен кішірек 25 мм линзалармен салыстырғанда көру аймағын шамамен 18-22 пайызға арттырады. Бірақ бұл жағдайда ұстамдылық болады — диаметрі әр 10 мм-ге артып отырған сайын массасы 4 пен 9 унция аралығында өседі, ол оларды стандарттық мылтық оптикалық орындарына орнатуды қиындатады. Өткен жылы жасалған кейбір зерттеулер нашар жарық жағдайларындағы өнімділікті талдап, 32 мм линзалардың ең дұрыс орташа нүктені қамтамасыз ететінін ұсынды. Олар оқ атқышқа тәулік бойы өрісте жабдықтарды тасымалдау кезінде маңызды болатын 2,5 фунттан аспайтын жүйе көлемінде шамамен 38 градус көру аймағын береді.

Тазалықты сақтаудағы линза қаптамаларының және фокустық туралаудың рөлі

Көпқабатты шағылдырудан қорғайтын қаптамалар бет бірлігіне ±1,5% дейінгі жарық шығынын шектейді, бұл айсыз жағдайларда контрасты сақтау үшін маңызды. Дәл фокусты туралау кескінді күшейткіш пен көру линзасы арасындағы ±2 доғалық минуттан аспайтын параллактикалық қателікті қамтамасыз етеді және күндізгі оптикалық құрылғылардың артына орнатылған түнгі көру құрылғыларында жиі кездесетін кескіннің еселенуін болдырмауға мүмкіндік береді, бұл жағдайда суб-0,5 MOA дәлдік қажет.

Силалар мен оптикалық құрылғылармен бекіту және механикалық сәйкестік

Жиі қолданылатын бекіту платформалары: шлемдер, қарулар және екі мақсатта қолданылатын орнатымдар

Түнгі көру құралдары шынайы ауыр жағдайларда дұрыс жұмыс істеуі үшін нақты орнату интерфейстері қажет. Мысалы, бас корпустарының орнатылуы — Norotos INVG Hypergate әскерлерге қажет болған жағдайда түнгі көруді бір секундтан кем уақытта алып тастауға мүмкіндік береді, бұл өте елеулі. Қару орнатқыштары көбінесе ату кезінде кері серпімді жақсы ұстайтын J-тәрізді коннекторларға сүйенеді. Соңғы кездерде екі мақсатта пайдаланылатын жүйелерге қызығушылық арта түсуде. Өткен жылғы «Түнгі көру интеграциясы» департаментінің хабарламасына сәйкес, пайдаланушылардың оннан жетеуі қосымша құралдарды қажет етпей, бас корпустан қолданбалы оқпанға ауыстырылатын жабдықтарды қалайды. Бұл түсінікті, себебі төменгі жарық жағдайларында ешкім бекітпелермен қиындыққа тап болғысы келмейді.

Пикатинни рейкалары, тез ажыратылатын орнатқыштар және күндізгі оптикалық қондырғылармен бірге пайдалану

Picatinny MIL-STD-1913 рельсі түнгі көру құрылғыларын күндізгі оптикалық құрылғылармен бірге орнату үшін стандарт болып қала береді. QD монтаждары қайта орнатқаннан кейін ±0,25 MOA дәлдікте (Scopes Field 2024) тез конфигурация өзгерістерін жеңілдетеді. Бір уақытта көру стратегияларына мыналар жатады:

• Абсолютті бір уақытта көру: Түнгі көру құрылғысының торы қолданыстағы бақылау нысанымен сәйкес келеді
• Төменгі 1/3 бір уақытта көру: Түнгі көру құрылғысын пайдалану кезінде күндізгі оптикалық құрылғылар көрініп тұрады

Стратегия: Түнгі көру құрылғысын қоюштану оптикасымен жұптастырғанда нөлдік белгіні сақтау

Нөлдік ығысуын алдын алу тұрақты моментпен басталады — сақиналы бұрандаларға 18–20 дюйм/фунт момент түсіру соққы нүктесінің ығысуын 89% азайтады (Optics Mount Study 2023). Сонымен қатар, жылулық ұлғаюды ескеру қажет: алюминийден жасалған монтаждар 0,000012 м/м°C жылулық ұлғаяды, сондықтан температураға төзімді болу үшін антивозрастты конструкциялар қажет. Жергілікті сынақтар 500-ден астам оқ атылғаннан кейін екіжақты бекіту жүйелері <0,5 MOA ығысуды сақтайтынын растайды.

Түнгі көру құрылғылары мен оптикалық құрылғылардың оптималды жұбы үшін техникалық сипаттамаларды бағалау

Маңызды сипаттамалар: ажыратымдылық, сигнал/дәрілік шу қатынасы, күшейту және көру аймағы

Түнгі көру құрылғысын оптикалық құрылғылармен жұптау кезінде төрт негізгі сипаттамаларға басымдық беріңіз:

• Ажыратымдылық (lp/мм): Мақсатты анықтау үшін айқындықты анықтайды
• Сигнал/дәуір қатынасы (SNR) : Мәндері >25 жартылай толық қараңғылықта «суреттің қары» азаяды
• Жеңісті (30 000–50 000 қалыпты): Жарықтылық пен жарқырауды бақылау арасында теңдестіруді қамтамасыз етеді
• Көру аймағы (FOV) : Кеңірек бұрыштар (>40°) жағдай туралы сезімді жақсартады, бірақ үлкен линзаларды талап етеді

Әскери санаттағы құрылғылардың орташа айқындығы 64–72 lp/мм, ал сандық жүйелер электрондық беттестірулермен үйлесімділікті арттыру үшін шамамен 15% айқындықты жоғалтады.

Қосылған оптикамен FOM нақты жағдайдағы өнімділікті қалай болжайды

Фигураның сапасы (FOM = айқындық × SNR) оптикалық синергияны болжау үшін стандарт болып табылады. FOM >1600 болатын құрылғылар 5x үлкейтуде тіпті реттеу сызықтарының айқындығын сақтайды. 2023 жылғы зерттеу 0,005 люкс жағдайында 200 м қашықтықта FOM 1800+ жүйелерімен жұпталған көздемелердің 92% дәлдікке ие болғанын, ал FOM 1200 құрылғыларымен жұпталған көздемелердің тек 67% дәлдікке ие болғанын көрсетті.

Түнгі көру құралдарын міндеттерге сәйкестендіру: бақылау мен мақсатқа оқтыру

Бақылау операциялары үшін 40 градустан астам бұрыштық көру аймағы мен 500 метрден астам қашықтықта объектілерді анықтау мүмкіндігі бар жоғары дәлдіктегі цифрлық жүйелер ерекше пайдалы. Ал мақсатқа оқтыру кезінде орындалуы тиіс нақты талаптар бар. Жүйе крестикті дәл басқару үшін миллиметріне кем дегенде 64 сызықтық жұп пен 28-ден жоғары сигнал/дәріксіздік қатынасына ие болуы керек. Мұндай сипаттамалар әдетте тек 3-ші ұрпақтан жоғары түп негізіндегі құрылғыларда ғана қол жеткізіледі. Қазіргі заманғы гибридті жинақтар бүгінгі күні әлдеқайда икемділік ұсынады. Олар периметрді сканерлеу үшін стандартты 40 мм объективтік линзаны қару көздеуіштерімен сәйкес келетін 18 микрометрлік микродисплеймен үйлестіреді. Бұл комбинация операторларға қажет болған кезде кең аумақты қамту мен дәл мақсатқа оқтыруды бір уақытта ұсынады.

Түнгі көру ұрпақтары мен олардың оптикалық сипаттамалары туралы ЖИҚ

Сандық және түтікшелі түнгі көру арасындағы айырмашылық неде?

Сандық түнгі көру қазіргі заманғы оптикалық құрылғылармен интеграциялауға ыңғайлы электронды сенсорлар мен дисплейлерді пайдаланады, бірақ кейде кешігу туындауы мүмкін. Түтікшелі түнгі көру жарықты күшейту үшін аналогтық процестерге сүйенеді, жоғары ажыратымдылық пен төмен бұрмалау қамтамасыз етеді, бірақ оны орнату үшін ұқыпты дайындық қажет.

Сигнал/дабыл қатынасы (SNR) неге маңызды?

SNR пайдалы жарықты фондық дабылмен салыстыра отырып, кескін анықтығын көрсетеді. Жарықтың төмен деңгейінде де таза кескін алу үшін жоғары SNR қамтамасыз етеді, бұл нысанды дұрыс анықтау үшін өте маңызды.

Объектив өлшемі түнгі көру құрылғысының жұмысына қалай әсер етеді?

Үлкен объективтер көбірек жарық жинайды және көру аймағын жақсартады. Дегенмен, олар салмақ пен көлем қосады, бұл әсіресе өрісте жұмыс істеген кезде тасымалдау мен қолдану ыңғайлылығына әсер етуі мүмкін.

Түнгі көру құрылғыларында FOM-ның рөлі қандай?

Тиімділік көрсеткіші (FOM) оптикалық құрылғылармен жұмыс істеу кезінде түнгі көру құрылғысының қаншалықты жақсы жұмыс істейтінін болжау үшін ажырату қабілетін және дыбыс/шу қатынасын біріктіреді. Төмен жарық жағдайлары мен жоғары үлкейту параметрлерінде жоғары FOM жақсырақ өнімділікті көрсетеді.