Přihlásit | Registrovat

0

Náš Slovenský eshop

Fulltextové vyhledávání:

Provozní doba prodejny:
Po-Pá 8:30 - 16:30 hod.

Prodejna:
Radniční náměstí 30,
739 34 Šenov


Kontaktní osoby:
Aleš Náhlý 
Tel.: (+420) 724 240 827
Renáta Náhlá
Tel.: (+420) 607 145 114
Matěj Náhlý
Tel.: (+420) 723 320 718
Objednávky
Tel.: (+420) 606 591 877


Fakturační adresa:
Aleš Náhlý
Okružní 153, 739 34 Šenov
Tel.: 724 240 827


IČO: 155 25 562
DIČ: CZ6704081120


E-mail: info@e-myslivost.cz
www.e-myslivost.cz

Noční vidění - přístroj pro zesilování zbytkového světla.

Noční vidění(NV) je zařízení pracující na principu zesilování zbytkového světla. Nejčastějším zdrojem zbytkového světla je např: odraz z měsíce či hvězd, odraz ze světla z okolních obcí a měst, nebo všudypřítomné zbytkové světlo. Přístroje na principu noktovizoru (noční vidění) nedokážou (bez přídavných prvků) fungovat v prostorách s absolutní tmou, jelikož přístroj nemá co zesilovat! Aktuálně jsou na trhu dva principy nočního vidění:
Analogové noční vidění a Digitální noční vidění (někdy se mezi noční vidění řadí také Termovizní vidění). Oba principy zesilují zbytkové světlo, každý jiným způsobem. Oba principy mají své specifika a také klady a zápory. V tomto článku se budeme věnovat pouze analogovým nočním viděním, pro digitální noční vidění bude vytvořen vlastní článek. Další možné dělení je dle způsobu použití a to na: monokulární přístroje, binokulární přístroje, předsádky, zasádky, víceúčelové přístroje, přístroje s headsetem (s připnutím k helmě) a další. 


Analogové noční vidění: 
Analogové noční vidění je postaveno na principu zesilování zbytkového světla (přesněji zesilování elektromagnetického záření). V tomto principu je využíváno dvou rovin. Spektrální rozsah a rozsah intenzity.  Rozsah intenzity je jednoduše řečeno zvětšování rozsahu intenzity elektromagnetického záření. Polopaticky tedy - Zesilování zbytkového viditelného světla (elektromagnetické záření s vlnovou délkou ≈ 400 až 700 nm - tzv. viditelné světlo). K docílení tohoto principu je využíváno nejčastěji zesilovačů obrazu (měnič, mikrokanálkový zesilovač, srdce celého NV). Tomuto prvku věnujeme vlastní kapitolu v článku níže. K posílení tohoto principu je využíváno také nedokonalostí lidského oka. Přístroje jsou tak osazovány lepšími objektivy (tedy jsou schopny pojmout více světla z okolí než lidské oko) dále také citlivější optické clony (clony jsou citlivější na světlo než lidské oko). Celý tento princip je postaven také na předpokladu, že lidské oko by v ideálních podmínkách mělo být schopno rozeznat i jeden foton (foton - jednotka světla*) v reálném prostředí je však oko schopno rozeznat pouze skupinu fotonů. Dále je pak také princip připodobněn k rozdílu viditelnosti zvířat a lidí. Mnoho ​​zvířat mají lepší vidění za zhoršených světelných podmínek, než mají lidé. Toto je způsobeno jedním nebo více rozdíly v morfologii a anatomii jejich očí. Tyto rozdíly jsou poté použity při konstrukci nočního vidění. 
Další vlastnosti lidského oka je viditelnost světla ve spektru ≈ 400 až 700 nm - tzv. viditelné světlo. Této vlastnosti je využíváno v principu Spektrálního rozsahu. Umožňuje tedy pozorovateli sledovat skrze noční vidění elektromagnetické záření z rozsahu ≈ 700 - 1000 nm. tedy infračervené světlo. I tento princip byl inspirován vlastnostmi některých zvířat, např. živočich jménem Strášek Kudlankový jež má jeden s nejsložitějších pozorovacích orgánu je schopen vidět v i v neviditelném spektru. Nejčastější použití této technologie můžeme vidět u hlavního příslušenství k nočnímu vidění - tzv. přísvitu. I přísvitům k nočním viděním bude věnována samostatná kapitola. 

Obrázek 1. - Elektromagnetické spektrum.


Zesilovač obrazu, měnič, mikrokanálkový zesilovač aj. 

Všechny tyto názvy označují jeden jediný prvek nočního vidění, samotné srdce tohoto přístroje. Princip fungování zesilovače zbytkového světla je následující. Zesilovač zachytí jednotky světla(fotony) z pozorované oblasti ty přemění pomocí fotokatody na elektrony tomuto jevu říkáme fotoelektrický jev**. Elektrony jsou urychlovány prostřednictvím potenciálu vysokého napětí do mikrokanálové desky (MCP). Elektrony jsou poté znásobeny (zesíleny) v mikrokanálkové desce. Jev zesílení je popsán jako technika Sekundární kaskádovitá emise***. V přeneseném významu lze říct že elektron se v mikrokanálové desce zrcadlově odráží a při každém odrazu se elektron zdvojnásobí. Celkové násobení pak může být v řádu 1000, 10 000 ale i 100 000x. Tzn. na jeden vstupní foton/elektron až 10 000 výstupních elektronů. Technika násobení elektronů a taky mikrokanálková deska je vidět na obrázku č. 2. 

Obrázek 2 - Mikrokanálková deska - detail,  násobení elektronů

Z obrázku č. 2 je také patrné, že mikrokanálová deska má určitou strukturu a mezi jednotlivými kanálky je stěna o určité tloušťce. Rozlišení (např. počet kanálků na cm2) velkou měrou ovlivňuje kvalitu nočního vidění. Tloušťka stěn pak má za následek určité zkreslení (při dnešních technologiích lidským okem nezachytitelné). Znásobené elektrony vyletí z kanálkové desky a narazí na fosforové  stínítko, které slouží jako promítací plocha. Fosforové stínítko přemění elektrony zpět na fotony (lidským okem viditelnou složku světla). Barva fosforového stínítka udává také barvu kterou pozorovatel vidí skrze noční vidění. Nejčastěji monochromatická zelená nebo bílá (porovnání viz obrázek č.4). Noční vidění je dále doplněno o soustavu optických čoček, které slouží k usměrnění fotonů a také k zaostření na fosforové stínítka, díky nim je obraz pro pozorovatele ostrý. Celý proces je popsán také na obrázku č. 3.

Obrázek č. 3 - princip analogového nočního vidění
1 - Čočka objektivu - čočka pro noční vidění sbírá zbytkové světlo a také světlo, které nelze vidět pouhým okem. Paprsky fotonů směřuje do mikrokanálkového měniče.
2 - Fotokatoda - Uvnitř mikrokánálkového měniče naráží fotony na fotokatodu ta absorbuje světelnou energii a přemění ji na elektrony. Tyto elektrony jsou poté elektrickým nábojem přitahovány k fosforovému stínítku.
3 - Mikrokanálová deska (MCP) - elektrony procházejí mikrokanálovou deskou, které je mnohokrát znásobí.
4 - Zdroj napětí - tělo měniče je nabito elektrickou energií, která má za úkol urychlit přesun elektronu směrem k fosforovému stínítku.
5 - Fosforové stínítko - Když  elektronový obraz dopadá na plochu fosforového stínítka způsobí to, že displej emituje (zobrazuje) viditelné světlo. (přeměna elektronů na fotony) Vzhledem k tomu, fosforové stínítko emituje toto světlo v přesně stejném vzoru a kontrastu, jako  bylo shromážděno objektivem, je obraz viděný přes noční vidění naprosto shodný s obrazem pozorované scény. 
6 - Čočka okuláru - čočka slouží k nasměrování obrazu zobrazovanému na fosforovém stínítku k oku pozorovatele, tedy k zaostření. 
7 - Obal měniče - celá tento složitý mechanizmus musí být zabalen do velmi kvalitního, odolného materiálu aby přístroj vydržel i zpětné rázy zbraní.

Obrázek č. 4 - Porovnání Zeleného a Bílého fosforového stínítka (označují se také Green, White, ONYX, WPT a jiné)

Generace analogových nočních vidění - GEN I, GEN II, GEN 2+, GEN 3,GEN 3+, 4G  a jiné.
Generace analogových nočních vidění udává jaké technologie byly použity při výrobě, a také se jednotlivé generace vztahují k rokům jejich vynalezení. Nejčastější změnou u jednotlivých generací je typ a kvalita fotokatody a také požití mikrokanálkové desky.  
Generace 0 
Je potřeba zmínit že existuje také nultá generace analogových nočních vidění. Ta vznikala kolem roku 1930 a její první prototypy použila americká ale i německá armáda za 2. Světové války. Tyto první noční vidění neuměly zesilovat zbytkové světlo a fungovali pouze v infračerveném spektru. U nulté generace nočního vidění byla použita fotokatoda S1, která měl citlivost kolem 60 uA / lm (Mikroamperů na  Lumen - viz citlivost v textu níže) a kvantovou účinnost**** okolo 1% v ultrafialové oblasti a kolem 0,5 % v infračervené oblasti.
Generace 1 
Generace jedna někdy označována také "výrazné zesílení" - je označována jako první generace především proto, že již zvládla zesílit i okolní viditelné světlo. Vznikla především díky vynalezení fotokatod S-11 s citlivostí přibližně 80 uA /lm a kvantovou účinností kolem 20% v viditelném spektru a především S20 fotokatody (rok 1956) s citlivostí kolem 150 až 200 uA / lm. První generace analogových nočních vidění je obecně  označována zesílením elektromagnetického záření 1000x. Důležité je zmínit, že  nultá a první generace funguje bez mikrokanálkové desky pouze na principu zachycení fotonů fotokatodou, a jejich zobrazení na fosforovém stínítku. V praxi se lze shledat s výrobky s mikrokanálkovou deskou, které jsou mylně zařazeny do první generace. Výrobci je tam řadí především proto, že svým zesílením světla jsou podobné výrobkům první generace(a je nevhodné je tedy řadit do GEN II). 
Generace 2 
Generace dva někdy označována také "s mikrokanálovou deskou". Je tedy generace, která již používá k zesílení okolního světla také mikrokanálovou desku a je dnes nejběžnějším typem analogového nočního vidění. U této generace také došlo k použití lepší fotokatody a to S-25 s citlivostí asi 230 uA / lm a vyšší kvantovou účinnost než u fotokatody S20. Použitím MCP(mikrokanálkové desky) bylo dosaženo zesílení elektromagnetického záření 20 000-30 000 x. Pozdější pokrok v technologii GEN II přinesl také označení GEN II + (přístroje jsou vybavený  lepší optickou soustavou, SUPERGEN MCP, mají tak lepší rozlišení a lepší poměr signál / šumu) Vzhledem k tomu, že označení GEN II je typizováno jen pro použití MCP a fotokatodu S-25 a lepší zahrnuje tato generace široké spektrum nočních vidění pro odlišení je tedy používáno také označení GEN II +, nebo GEN II super a jiné, které by měly označovat lepší přístroje v rámci druhé generace. Nicméně se může v praxi jednat také o marketingový tah a je velmi složité dopátrat se o jaký přístroj se konkrétně jedná. 
Generace 3 
Generace tři bývá někdy označována také "vysoká citlivost a lepší frekvenční odezva", nebo také vojenská generace. Změny oproti GEN II jsou následující. Nová technologie fotokatody, která je vyrobena z Gallium Arsenide (chemické označení GaAs - CSO - AlGaAs) má velmi dobré vlastnosti a velkou citlivost především ve spektru 800-900 nm,  tedy při použití přísvitu v této vlnové délce lze vidět opravdové detaily. Fotokatoda je dále doplněna o tenký film slinutého oxidu hlinitého, který je mezi fotokatodou a MCP a má za úkol udržovat fotokatodu v kondici a prodlužuje tak životnost měniče. Citlivost této fotokatody, je od 900 uA / lm a vyšší. Zesílení elektromagnetického záření u generace 3 je přibližně od 30,000 do 50,000x. GEN III  bývá také často doplněna o funkci Auto-Gating popis této funkce je dále v článku. 
Generace 3+,4, 4G, GEN III OMNI IV - VII
Existují i další generace nočních vidění, které jsou doplněny o nové technologie a principy, vzhledem k rozsahu článku se jim ale nebudeme podrobněji věnovat. 

Obrázek č. 5 - porovnání generaci NV - pouze názorný příklad, kvalita obrazu se liší přístroj od přístroje.


Výběrové měniče
V praxi se také můžeme setkat s označením "výběrový  měnič". Proces výroby měničů je velmi náchylný na bezprachovost, nicméně bezprašné prostředí, především v technicky zaměřených továrnách je věc téměř nedosažitelná.  Proto se občas při výrobě dostanou do měniču malé zrnka prachu, které se v obrazu nočního vidění prezentují jako černé tečky. Tyto tečky nelze nijak z měniče odstranit. Každý měnič je tedy originální, některý nemá smítka vůbec, jiný jich zase může mít mnoho a mohou se taky vyskytovat přímo v zorném poli. Výrobce poté vyrobené měniče seřadí od nejhoršího k nejlepšímu (podle počtu a umístění smítek) a např. polovinu označí za vyběrovou, na ty si pak samozřejmě přirazí cenu. (všechny tyto měniče mají stejně dobré vlastnosti zesílení obrazu, jedná se pouze o estetickou vadu.) 

Poznámka k generacím NV: 
Od roku 1990, došlo ve vývoji NV k velkým inovacím v fotokatodové technologií, které výrazně zvýšil poměr signál / šum, s nově vyvinutými měniči specifikace Gen II začali překonávat výkonnostně Gen III. Z toho důvodu V roce 2001 Spojené státy došly k závěru, že označovat měniče dle Generací nemá smysl. Takže termín "generace" je irelevantní při určování výkonnosti zesilovačů obrazu, a proto vyřadili tento termín jako základ vývozních předpisů. Přesto je tento termín v obchodní svéře pořád používán, pro jednoduché rozřazení kvality NV. 

Parametry analogových NV: 
Auto-Gating
Analogové noční vidění je z jeho podstaty velmi citlivé na světelné toky, které navíc mnohonásobně zesiluje. Pokud tedy bude do nočního vidění vstupovat velký proud světa,  například pokud budeme používat NV za denního světla, nebo nedejbože koukat do dálkových světel automobilu, značně si tak můžeme zkrátit životnost měniče NV. Ochrana pro tyto situace se nazývá Auto-Gating. Funkce AG snímkuje pozorovanou plochu a zasílá ji do měniče po menších blocích, nedochází tak k silnému náporu světla na měnič. Viz následující obrázek. Tato funkce je nejčastěji používaná u Vojenských přístrojů, které musí reagovat na měnící se světelné podmínky.

Obrázek č. 6 - Funkce Auto-Gating na obrázku je funkce ukázaná na měniči XR-G AG firmy Photonis


Citlivost
Citlivost analogových nočních vidění se udává v mikroampérech na lumen (uA / lm). To určuje, kolik elektronů jsou produkováno na množství světla, které dopadá na fotokatodu. Toto měření by mělo být provedeno nad určitou barevnou teplotou (např. Barevná teplota 2854 K - aneb není bílá jako bílá). Barevná teplota při které se tato zkouška provádí se mezi výrobci mírně liší. Měření se také provádí za určitých vlnových délek, obvykle jsou specifikovány, například pro zařízení Generace 2, jako použita vlnová délka 800 nm a 850 nm (infračervená). Typicky, čím vyšší je hodnota, tím je měnič citlivější na světlo.

Rozlišení 

Přesněji známé  jako mezní rozlišení. Rozlišení trubice se měří v čárách na milimetr nebo lp / mm. To je měřítkem toho, jak mnoho paprsků z různou intenzitou (světle až tmavě), mohou být zesíleny v rámci milimetru plochy obrazovky. Čím vyšší hodnota, tím vyšší je rozlišení měniče, tedy lze vidět více detailů u pozorované plochy.
Důležitým hlediskem, však je, že je to založeno na fyzické velikosti obrazovky v milimetrech. Takže 18 mm měnič s rozlišením kolem 64 lp / mm, má vyšší celkovou rozlišení než 8 mm trubice s rozlišením 72 lp / mm. Rozlišení se obvykle měří ve středu a na okraji obrazovky měničů, výrobci tak často udávají údaje pro obě měření. Vojenská specifikace nebo MILSPEC říkají, že měniče musí mít rozlišení  "> 64 lp / mm" nebo "větší než 64 čar / milimetr".

MTBF ( střední doba životnosti)
Tato hodnota vyjádřená v hodinách, dává představu o tom, jak dlouhá je životnost měniče. Je to poměrně častý bod srovnávání, ale bere v úvahu mnoho faktorů. První z nich je, že měnič svým používáním přímo úměrně zhoršuje svou kvalitu. To znamená, že v průběhu času používání NV měnič pomalu produkuje menší a menší zisk světla, než tomu bylo, když byl úplně nový. Když měnič dosahuje 50% své původní nejsilnější úrovně zesílen je považován za mrtvý.  Tedy MTBF udává čas za jak dlouho měnič dosáhne 50%  svého původního výkonu. Průměrné hodnoty u jednotlivých generací(berte v úvahu poznámku k generacím NV): 
První generace: 1000 hod
Druhá generace: 2000 až 2500 hod
Třetí generace: 10000 až 15000 hodin. (dnes se již běžně setkáváme s hodnotami vyššími než 10 000h)

Další parametry NV: 
Existují i další parametry NV které pro jejich složitost nebudeme podrobně uvádět. Např.:
Zisk - Zisk z měniče - cd · m -2 · lx -1 , tj poček Kandelů na metr čtvereční za luxů. Nebo starší konvence je Fl / Fc (Počet luxů na stopu / Počet Kandelu na stopu)
MTF (přenosová funkce modulace) - je měřítkem výstupní amplitudy tmavých a světlých čar na zobrazení při různých rozlišeních. Udává se v % a  čím vyšší je MTF při daném rozlišení, tím lépe.


Výrobci analogových nočních vidění / výrobci analogových měničů pro NV
Tento odstavec rozhodně stojí za pozornost,  je rozdíle mezi zmíněnými výrobci v nadpisu. Výrobci NV jsou nejčasteji firmy, které nakupují, měniče, skla a elektroniku do NV, vymyslí a vyrobí si vlastní tělo(obal NV) a ten složí v jeden celek a označí vlastním obchodním názvem. Těchto firem je v obchodní svěře mnoho. Pak jsou firmy, které vyrábí měniče analogových NV,  pro složitost technologie, patenty a finanční náročnost je těchto firem velmi málo. Neznámější firmy pro výrobu měničů NV jsou: Photonis(Holandsko), Ekran, Katod (Rusko ), TingYing (Čína), ATN (USA)
Výrobci nočních vidění jsou např.: Dedal, Dipol, ATN, Armasight,Night Pearl, Night Owl  a jiní. 

Závěr 
Technologie analogových nočních vidění je velmi složitá a vyvíjí se neustále již více než 85 let. Je tedy velmi složité obsáhnout všechny úskalí, technologie, či parametry NV a zachovat jednoduchost a pochopitelnost článku. Ti kteří se o tuto problematiku zajímají hlouběji tak jistojistě naleznou informace, které v tomto článku chybí. Nicméně cílem článku bylo co nejsrozumitelněji nastínit fungování a složitost analogového nočního vidění a zjednodušit tak odpovědi na otázky, které nastávají při koupi analogového NV. Při nákupu nočního vidění nás čeká mnoho úskalí, především proto, že informace uvedené jako parametry toho či onoho výrobku nelze nijak ověřit. Výrobci velmi často ani neudávají jaký konkrétní typ měniče a od kterého výrobce, obsahuje jejich výrobek. Pokud však tuto informaci víme, lze vyhledat na stránkách výrobce měničů jeho konkrétní specifikaci včetně všech parametrů. V případě, že jste něčemu v našem článku neporozuměli, případně jste v něm našli jakoukoli chybu , budeme rádi když nás kontaktujete. 



Vysvětlivky
* - foton (z řeckého φως, světlo) elementární částice, kterou popisujeme kvantum elektromagnetické energie. Bývá značen řeckým písmenem γ (gama). Jedná se o nejmenší jednotu světla. 
** - Fotoelektrický jev nebo fotoemise, je uvolnění elektronů nebo jiných volných nosičů, které jsou uvloněny když světlo(fotony) narazí do materiálu. Elektrony emitované tímto způsobem můžou být nazývány fotoelektrony.
*** - Sekundární emise ve fyzice je jev, kdy primární částice dopadá s dostatečnou energií  na povrch nebo procházíte nějakým materiálem a při dopadu vyvolávají emisi sekundárních částic (tedy rozdvojení).
**** - Kvantová účinnost udává poměr dopadajících fotonu ku počtu vytvořených elektronů. Kvantová účinnost se liší u různých vlnových délek. 
≈ - znaménko přibližně 

 
Autor: Admin e-myslivost.cz | Počet přečtení: 1376x

Přehled dalších článků