Dispositivos de fotografía y vídeo nocturnos.
VOLKOV Viktor Genrikhovich, candidato de ciencias técnicas, profesor asociado
DISPOSITIVOS DE FOTO Y VIDEO NOCTURNOS
Actualmente, la fotografía nocturna y la grabación de vídeo se utilizan mucho en equipos especiales. Esto es necesario para la ciencia forense, para preparar operaciones especiales y documentar su implementación, garantizar el trabajo del Ministerio de Situaciones de Emergencia para eliminar las consecuencias de desastres, documentar diversos eventos con poca luz, etc.
Para solucionar todos estos problemas, son necesarios dispositivos para fotografía nocturna y grabación de vídeo.
Entre ellos se encuentran, en primer lugar, los dispositivos de visión nocturna (NVD) basados en convertidores electroópticos (EOC). Utilizando adaptadores especiales, la pantalla intensificadora de imagen se puede acoplar ópticamente con la película de una cámara fotográfica (de cine) o con la matriz CCD de una cámara de vídeo de televisión. En el primer caso, esto se logra mediante ópticas de transferencia de imágenes o presionando una película fotográfica (de cine) directamente sobre la pantalla intensificadora de imágenes mediante un mecanismo especial. La óptica de transferencia introduce pérdidas de resolución, transferencia de contraste y energía. Además, aumenta las dimensiones del dispositivo. En lugar de dicha óptica, se puede utilizar un adaptador de anillo, que permite tomar fotografías y vídeos con una lente estándar directamente desde la pantalla intensificadora de imagen, pero esto provocará un deterioro de la calidad de la imagen y pérdidas de energía adicionales. El método de fotografía de contacto elimina estas pérdidas, pero requiere que el intensificador de imagen funcione en modo de pulso, porque La exposición de la película se garantiza aplicando un pulso de voltaje que desbloquea el intensificador de imagen durante el tiempo de exposición requerido. Esto requiere el uso de una unidad de control de pulso adecuada para el intensificador de imagen, lo que provocará un aumento en el peso y el consumo de energía del dispositivo.
Un método más avanzado es conectar el dispositivo de visión nocturna a una cámara digital o cámara de video. Esto permite obtener imágenes en soporte electrónico, simplifica y acelera el proceso de creación de imágenes, replicarlas y permite procesarlas en tiempo real o con acumulación de información. En este caso, el NVD se fabrica como un accesorio de pequeño tamaño para una cámara de fotografía o de vídeo. Para transferir la imagen desde la pantalla del tubo intensificador de imagen NVD al elemento fotosensible de una cámara fotográfica o de video, se utilizan con mayor frecuencia adaptadores de lentes, que se incluyen en el kit NVD. En la Fig. 1[1]. Los adaptadores se llaman lentes Rayleigh. Pueden transferir la imagen a una escala de 1:1, o con un aumento de 1,5 — 2,5x, o con una reducción de hasta 0,5x. A menudo es necesaria una reducción para igualar los campos de visión lineales de la pantalla intensificadora de imágenes y la matriz CCD, así como para aumentar su iluminación. La apertura relativa del adaptador puede ser de 1:1,5 a 1:6, la distancia focal de 15 a 40 mm.
Fig. 1. Circuitos ópticos de adaptadores para conectar NVG con una cámara de fotos o vídeo
En la mayoría de los casos, en forma de NVG se utilizan monoculares nocturnos de pequeño tamaño (“telescopios de bolsillo”). Los principales parámetros de los dispositivos de visión nocturna utilizados para tomar fotografías y vídeos se muestran enTabla. 1. La apariencia de muestras típicas de este tipo de PNB se muestra en las siguientes fotografías. En particular, el telescopio de bolsillo ORT 3153 de Ortec Ltd. (Israel) se muestra en la foto 1a, y la naturaleza de su acoplamiento con una cámara de vídeo y de fotografía se muestra en la foto 1b, c, respectivamente. El NVD consta de módulos intercambiables y tiene adaptadores correspondientes de distintos tipos (Fig. 2). NVD ORT 3152 tiene un límite de enfoque de 0,25 m — Ґ, una fuente de iluminación LED incorporada con una potencia de radiación de 2 mW a una longitud de onda de 0,84 µm. El diámetro de trabajo del fotocátodo del intensificador de imágenes es de 18 mm [2].
Tabla 1. Principales parámetros de los dispositivos de visión nocturna utilizados para la toma de fotografías y vídeos (según los folletos de la empresa).
a)
b)
c)
Foto 1 NVD ORT 3152 (a), la naturaleza de su acoplamiento con una cámara de video (b) y una cámara fotográfica (c)
Fig. 2. Principio de diseño modular de NVD ORT 3152:
1 – su cuerpo; 2, 3, 4 – lentes de diferentes tipos; 5 ocular con ocular; 6 – adaptador para acoplar a una cámara; 7, 8 – adaptadores para acoplar con cámara de video 9; 10 – adaptador para acoplar la cámara de TV 11 conectada al monitor de TV 12; 13 correa para colgar el dispositivo de tu mano; 14 trípode
Javelin Electronics (EE.UU.) ofreció NVD Modelo 222 (foto 2) con una resolución de hasta 30 líneas/mm y mejora del brillo de hasta 45×103. El tubo intensificador de imagen de primera generación tiene un diámetro de fotocátodo de 18 mm [3]. NVD Modelo 226 de la misma empresa con un alcance más largo tiene una resolución de hasta 40 líneas/mm, ganancia de brillo de hasta 105. El intensificador de imagen tiene un diámetro de fotocátodo de trabajo de 40 mm [3] (foto 3). Los accesorios de repuesto para NVG se muestran en la foto 4. La foto 5 muestra una vista típica de imágenes de fotografías tomadas a través de NVG de Javelin Electronics.
Foto 2. Modelo 222 NVD acoplado con una cámara
Foto 3. Modelo 226 NVD con el conjunto adaptador con una cámara reemplazable y un ocular plegado hacia un lado
a) 1 – soporte para el teleobjetivo del NVG, mango tipo pistola, 3 – lente de relé para acoplar el NVG a una cámara de TV, 4 – correa para colgar en la mano, 5,6 – baterías, 7 adaptador para acoplar el NVD con fotografía y cine — y una cámara de vídeo, 8 – lente Rayleigh para conectar el NVG con una cámara de televisión, 9 – lupa biocular, 10 – punto de fijación del NVG al cristal del coche, 11 – punto de fijación del NVG al armas pequeñas;
b) 12 – lupa biocular de alta resolución (diseñada, en particular, para observación desde un helicóptero), 13 lupa biocular liviana, 14 – 17 – adaptadores de lentes para conectar NVG con cámaras de varios tipos, 18 – cámara, 19 lentes Rayleigh universales para acoplar NVG a cámaras fotográficas y de televisión, 20 – adaptador tipo “C”, 21 adaptador para acoplar NVG a una cámara de cine, 22 convertidor con aumento 2x para la lente NVG, 23 – soporte para NVG con cámara para montarlos en un trípode, 24 – 29 – adaptadores de anillo para conectar NVG a cámaras de varios tipos
Foto 4. Accesorios para NVG de Javelin , destinado a la filmación de fotografías y vídeos de uso nocturno [3]:
a)
b)
Foto 5. Vista típica de fotografías tomadas con Javelin NVG usando cámaras de 35 mm Cámaras Pentax y SLR, velocidad de obturación 1/60 s con relación de apertura 1:1,4, película Kodak Tri-X. Las fotografías fueron tomadas: en una calle de la ciudad a las 22:00 horas (a), en una calle sin iluminación a las 24:00 horas (b)
Los modelos NVD más avanzados fueron desarrollados por Intevac (EE.UU.) basándose en tubos intensificadores de imagen de generación III [4, 5]. Los modelos Nite MateTM 1305/1306 NVD tienen una resolución de 450 líneas de TV a la luz de las estrellas (10-4 lux) [4]. El modelo 1305 está diseñado para acoplarse a una cámara de TV de formato de 2/3 de pulgada, el modelo 1306 tiene un formato de 1/2 pulgada. El consumo de energía del NVD junto con la cámara de TV es de 6 W, el rango dinámico de funcionamiento es de 10-4 a 103 lux.
El modelo SCOUT VNVA-311 del mismo La empresa tiene un límite de enfoque de 0,254 m — Ґ . El NVG se puede conectar a una cámara fotográfica o de vídeo de 35 mm utilizando una lente Rayleigh.
Ortek Ltd. (Israel) ha desarrollado el TS-5 NVG, que puede acoplarse a una cámara de televisión de formato de 1/2 pulgada [6]. El fotocátodo del tubo intensificador de imágenes tiene un diámetro de 25 mm. El NVD tiene un límite de enfoque de 0,25 m — Ґ.
NVD M944 de Litton (EE. UU.) se puede utilizar con lentes intercambiables con distancias focales de 25 y 75 mm. En consecuencia, los NVG tienen diferentes aumentos y campos de visión (Tabla 1), así como la resolución: 1,81 y 0,68 líneas/mrad, respectivamente. Usando un sistema de adaptadores reemplazables, el NVG permite acoplarse con casi cualquier cámara de fotografía y video [7].
NVD de Night Vision Equipment Company Inc. (EE. UU.) Los modelos 500A, 520A, 600A se fabrican sobre la base de un tubo intensificador de imagen con un diámetro de fotocátodo de 18 mm [8]. NVD NSS de la misma empresa (los modelos 400, 400NR, 450 se fabrican a partir de un tubo intensificador de imagen con un diámetro de fotocátodo de 25 mm [8]. El NVG se conecta a una cámara SLR de 35 mm mediante un adaptador.
Dispositivos de visión nocturna Nite-eye de Varo Inc. Electron Devices (EE. UU.) [9] puede utilizar una lente con una distancia focal de 26,8 o 72 mm y, en consecuencia, tener diferentes aumentos y campos de visión, así como rangos de enfoque de 0,15 m — Ґ y 10 m — Ґ, resolución 2,16 y 0,8 líneas/mrad.
NVS-100 NVD de Optic Electronic Corp. (EE.UU.) [10] tiene una resolución de 28 líneas/mm, un rango de enfoque de 2 m — Ґ, utiliza un tubo intensificador de imagen con un diámetro de fotocátodo de 25 mm.
NVD MODULUX-225 de Davin Optical Ltd. (Gran Bretaña) para acoplar una cámara de 35 mm utiliza un sistema de lentes envolventes con un aumento de G = 1,54x, y para acoplar a una cámara de TV, G = 0,66x. La masa de dicho sistema es de 0,64 kg y la apertura relativa es 1:1,1 [11].
foto 6 — 7 muestra la apariencia del fila dispositivos de visión nocturna extranjeros para el trabajo conjunto con cámaras de fotografía o video [12 – 15], y en la foto 8 hay fotografías tomadas de noche a través de ellos. En foto 9se muestra la aparición de NVG nacionales para fines similares [16 — 17]. NVD PDN-K de largo alcance de la Refinería de Petróleo de la Empresa Unitaria Estatal PA (Federación de Rusia), mediante adaptadores, permite conectar una cámara de vídeo con una rosca de montaje a una lente M37x0,75 (foto 9b) y una cámara de televisión con un objetivo de distancia focal de 12,5 mm y una rosca para filtro M40,5×0,5 [16]. El NVG se instala en un trípode con una extremidad que permite una visibilidad horizontal dentro de 3600 y una visibilidad vertical dentro de ±180. El precio por dividir la malla NVD es 5 etc. Resolución angular NVG: 50″.
a)
b)
Foto 6 NVG ORION 80B (a) – a la izquierda y sus accesorios (derecha, de arriba a abajo): lupa biocular, adaptador para conectar el NVD a la cámara, ocular; Star-TRONTM NVD, acoplado con una cámara (b)
a)
b)
v )
Foto 7. Noctron IV NVG (a) [14]; RF-100 NVD [15], acoplado a una cámara SLR Ralleflex 3003 (b); NVG NSS (c) [8]
Foto 8. Foto típica de imágenes tomadas de noche a través de dispositivos de visión nocturna de las fotos 6, 7
a)
b)
Foto 9. Serie NVD “Helios” ( A); NVD PDN-K, acoplado a una cámara de vídeo (b)
Para garantizar la grabación de vídeo nocturna en condiciones de transparencia reducida de la atmósfera (neblina, niebla , lluvia, etc.) se utiliza la videocámara nocturna de pulso activo M2001 de International Technologies (Lasers) Ltd. (Israel) [18] (foto 10). El modo de funcionamiento de pulso activo permite la grabación de vídeo nocturno en las condiciones especificadas y cuando se expone a interferencias de luz [19]. La videocámara M2001 tiene una sensibilidad de 10-4 lux, un ángulo de campo de visión que se puede ajustar suavemente en el rango de 4 — 400. La potencia de emisión del iluminador láser pulsado es de 10 mW a una longitud de onda de 0,85 micrones. La tensión de alimentación del dispositivo es = 10 — 16 V, el consumo de corriente es 1,5 A (con tensión de alimentación = 12 V), peso 9,5 kg, dimensiones 585x280x240 mm. El alcance de grabación de vídeo nocturno en condiciones de visibilidad difícil es de 100 m.
Foto 10. Cámara de vídeo de pulso activo M2001
Todos los dispositivos anteriores funcionan en la región espectral de 0,4 a 0,9 micrones. Sin embargo, en los últimos años ha habido interés en el rango ultravioleta (UV) del espectro. Hasta ahora, los obstáculos para el uso de sistemas UV eran la fuerte absorción de la radiación UV en la atmósfera, los bajos coeficientes de brillo en esta región espectral de los objetos de observación típicos y la complejidad de la fabricación de lentes UV. Sin embargo, el rango UV del espectro también tiene una ventaja: bajo la influencia de la radiación UV, se observa fluorescencia en la región visible del espectro, en particular, en productos derivados del petróleo en el agua y en la tierra [20]. Para aprovechar esta ventaja, el trabajo [20] informó sobre la creación de una cámara de TV UV KTV-14. Incluía un tubo intensificador de imagen de segunda generación con un fotocátodo CsTe, acoplado a una matriz CCD. El sistema incluye un monitor de TV y una videograbadora. La cámara de TV funciona en la región espectral de 0,26 — 0,38 micrones, tiene una resolución de 400 líneas de TV, un ángulo de campo de visión de 40, un límite de sensibilidad de 10-16 W/El, tensión de alimentación de 27 V, peso de 2,8 kg, dimensiones Ж130х210 mm. Las pruebas de vuelo del sistema en el avión An-30 mostraron la promesa de grabación de vídeo en la región UV del espectro para indicar derrames de petróleo en el agua y la tierra, y objetos de origen antropogénico [20]. Sin embargo, el mayor efecto debería esperarse del uso de dispositivos UV para fotografía y grabación de vídeo en ciencia forense [21]. En particular, SPEX Forensics (EE.UU.) ha desarrollado el dispositivo RUVIS (Reflective Ultra Violet Imaging System), un sistema para convertir imágenes UV en visibles [21]. La aplicación principal del dispositivo RUVIS es la detección de huellas dactilares latentes (latentes) en superficies lisas y no porosas sin procesar ni comprometer la integridad de la evidencia (bolsas de plástico, tarjetas de crédito, fotografías, superficies brillantes de revistas, revestimientos de vinilo y linóleo, etc.). El dispositivo RUVIS también se utiliza para detectar marcas de mordeduras, hematomas e huellas de suelas de zapatos, que no son visibles cuando se iluminan con luz blanca normal. El dispositivo RUVIS le permite inspeccionar de forma remota una habitación al ingresar y detectar sangre cuando se usa junto con Luminol. El dispositivo intensifica la quimioluminiscencia de Luminol y permite visualizar incluso los rastros más pequeños de sangre. Al mismo tiempo, el dispositivo no provoca fatiga y no supone ningún peligro para el operador. El dispositivo SC-VIEWER consta de una lente/tubo intensificador con un fotocátodo UV y un ocular. Pero con la ayuda de un adaptador, el dispositivo se puede conectar a una cámara SLR de 35 mm (foto 11a), a una cámara de vídeo digital SC-DIG y a una cámara de TV SC-CCD. La señal de video de este último se puede enviar a un proyector de video, a una computadora con procesamiento de datos digitales, a un monitor de video y, en su lugar, a gafas de video (pantalla montada en la cabeza): SC-GOGGLESSC. Para garantizar una fotografía dinámica en la región UV del espectro con alta resolución, el dispositivo SC-FM2 se utiliza junto con el SC-VIEWER (foto 11b) [21].
a)
b)
Foto 11 Conexión de una cámara SLR de 35 mm con un dispositivo SceneScope (a), sistema SC-FM2 junto con un dispositivo SceneScope para fotografía directa con luz UV (b)
NPO GIPO (Tatarstán) ha desarrollado un dispositivo óptico-electrónico “Corona” [22] para detectar fallas en líneas eléctricas de alto voltaje en la región UV del espectro. El dispositivo tiene un rango de detección de 5 – 150 m, un rango operativo espectral de 0,25 – 0,35 µm, aumento G = 5x, ángulo de campo de visión 100, voltaje de alimentación = 3,5 V, peso 0,9 kg, dimensiones 300x110x150 mm. Si es necesario, el dispositivo se puede conectar a una cámara de fotos o de vídeo.
MNPO “Spectrum” (RF) ha desarrollado un dispositivo combinado PK-1 para monitorear documentos, valores y billetes en las regiones espectrales UV e IR [23]. Cuando se utiliza radiación UV, la autenticidad de los documentos está determinada por el brillo de las marcas de tintes luminiscentes. En la radiación IR reflejada se visualizan imágenes IR de documentos, se detectan cambios en las mismas y se controla su autenticidad. El iluminador de infrarrojos funciona en la región espectral de 0,8 a 0,95 micrones, el iluminador de rayos UV, de 0,3 a 0,4 micrones. La tensión de alimentación del dispositivo PC-1 es = 2 — 2,5 V, peso — 1,2 kg, dimensiones 250x110x85 mm.
Los iluminadores de infrarrojos se analizan con suficiente detalle en [24, 25]. Por lo tanto, aquí tiene sentido centrarse únicamente en iluminadores UV de pequeño tamaño. INPO «Spectrum» ha desarrollado iluminadores UV de pequeño tamaño Grif-1, Grif-2, UFO-1, que funcionan en la región espectral de 0,3 a 0,4 micrones y utilizan dos lámparas UV con una potencia de radiación de 9,4 y 9,4, respectivamente 4 W con una masa de 3,4; 1.1; 0,5 kg, dimensiones 280x185x165 mm, 286x190x40 mm, 170x30x70 mm, tensión de alimentación ~220 V 50 Hz, y para UFO-1 — = 4 — 5 V [26]. JSC PANATEST ha desarrollado un sistema de iluminación UV ZB-100F, que crea una irradiación UV de 4000 μW/cm2 a una distancia de 325 mm del iluminador con una potencia de lámpara de 100 W, un peso de 7 kg (la lámpara en sí pesa 1,3 kg ) [27]. Todos los dispositivos anteriores contienen un tubo intensificador de imagen con un fotocátodo UV basado en Cs2Te. Un ejemplo de un convertidor de imágenes de este tipo es el tubo intensificador de imágenes de segunda generación de Hamamatsu (Japón) (modelo V2697U con un diámetro de fotocátodo de 18 mm, V3346U con un diámetro de fotocátodo de 25 mm, V5180U con un diámetro de fotocátodo de 40 mm). El intensificador de imágenes tiene una sensibilidad espectral a una longitud de onda de 0,23 μm de 20 mA/W, una ganancia de brillo de 2,6×103 y una resolución de 40 líneas/mm [28].
En la práctica, la fotografía nocturna, la grabación de vídeo y los equipos de imágenes térmicas se utilizan ampliamente. Durante su funcionamiento, es posible tomar fotografías desde la pantalla de un dispositivo de imágenes térmicas (indicador LED o monitor de TV) o video directo en la región IR (térmica) del espectro. En foto 12Se muestra el dispositivo de imagen térmica AGA Thermovision 110 de AGEMA (Suecia), cuyo indicador LED (verde) está conectado a una cámara de 35 mm mediante un adaptador [28]. El dispositivo funciona en la región espectral de 3 a 5 micrones, tiene un ángulo de campo de visión de 6×120, resolución geométrica de 3 mrad, resolución de temperatura de 0,10 C, rango de temperatura medida (-30) — (+880) 0 C, suministro voltaje = 6 V o ~220 V 60 Hz, peso 3 kg, dimensiones 240x140x84 mm. El dispositivo se basa en un fotodetector de 48 elementos basado en PbS con refrigeración termoeléctrica (TEC) [28].
Foto 12. Dispositivo de imagen térmica AGA Thermovision 110,
acoplado a una cámara de 35 mm
Dispositivo de imágenes térmicas Thermovision 470 de la misma empresa [29] (foto 13) se fabrica sobre la base de un fotodetector de cadmio-mercurio-telurio (CRT) de un solo elemento que opera en la región espectral de 2 a 5 micrones. La resolución de temperatura del dispositivo es 0,20 C a +300 C, consumo de energía 30 W, peso 5,9 kg, dimensiones 154x140x475 mm, rango de temperatura medido (-20) (+2000)0 C, ángulo del campo de visión (dependiendo de la lente ) de 7×70 a 40×400. Incorporado 3,5″ la unidad proporciona grabación en una tarjeta de 3,5″ disco flexible El dispositivo le permite almacenar y realizar muestreos cuadro por cuadro de imágenes previamente grabadas con el fin de analizarlas o compararlas con imágenes actuales del mismo objeto de observación directamente en el campo. Se proporciona procesamiento de imágenes, tanto en semitonos en blanco y negro como en color en cualquiera de los seis conjuntos de colores, para mejorar la calidad de la imagen y su análisis asociado con la construcción de perfiles e histogramas. La función de visualización de cuadros múltiples permite ver varios termogramas en la pantalla simultáneamente.
Foto 13. Dispositivo de imagen térmica Thermovision 470
FLIR Systems (EE.UU.) ofrece una serie de dispositivos de imágenes térmicas de tercera generación de pequeño tamaño [30 – 32] (foto 14 – 16). Modelo Therma CAMTM P60 (foto 14) [30] tiene un ángulo de campo de visión de 24×180, una resolución geométrica de 1,3 mrad, una resolución de temperatura de 0,080 C a +300 C y una velocidad de fotogramas de 50/60 Hz. El dispositivo está fabricado sobre la base de un conjunto de microbolómetros de plano focal no refrigerado con un número de píxeles de 320×240, que opera en la región espectral de 7,5 a 13 micrones. El dispositivo proporciona mediciones de temperatura en el rango (-40) – (+2000)0 C con una precisión de ±20 C. El dispositivo pesa 2 kg y mide 100x120x220 mm. La imagen se muestra en una pantalla de cristal líquido de 4 pulgadas de diagonal. El dispositivo se alimenta desde =12 V o desde una red de ~110/220 V.
Foto 14. Dispositivo de imagen térmica Therma CAMTM P60
Modelo Therma CAMTM E2 [31 ] (foto 15) tiene un ángulo de campo de visión de 25×190, resolución de temperatura de 0,120 C a +250 C, velocidad de cuadros de 50/60 Hz. El dispositivo está fabricado sobre la misma matriz de microbolómetro, pero con un número de píxeles de 160×120. El dispositivo mide temperaturas en el rango (-20) – (+900)0 C con una precisión de ±20 C. El peso del dispositivo es de 0,7 kg, dimensiones 264x80x105 mm, la alimentación es de = 12 V. La imagen se muestra en una pantalla de cristal líquido de 2,5 pulgadas de diagonal.
Foto 15. Dispositivo de imágenes térmicas Therma CAMTM E2
Modelo Thermo VisionTM A20 M (V) [32] (foto 16) tiene un ángulo de campo de visión de 25×190, una resolución geométrica de 2,7 mrad y una resolución de temperatura de 0,120 C. El dispositivo está fabricado sobre la base de un conjunto de microbolómetros no refrigerados que funcionan en la región espectral de 7,5 a 13 micrones. El peso del dispositivo es de 0,8 kg, dimensiones 157x75x80 mm, el consumo de energía no supera los 6 W cuando se alimenta con = 12 V. El dispositivo mide la temperatura dentro del rango (-20) — (+250)0 C o (+120) — (+900)0 C con una precisión de ±20 C.
Foto 16. Dispositivo de imagen térmica Thermo VisionTM A20 M
Cuando se opera un dispositivo de imágenes térmicas con un monitor de TV basado en un tubo de rayos catódicos, se utiliza un accesorio especial para el monitor de TV para tomar fotografías desde su pantalla, lo que permite transferir la imagen a una cámara Polaroid de 35 mm (foto 17). p>
Foto 17. Adaptación a monitor de TV de un dispositivo termográfico
para fotografiar desde la pantalla
Para fotografía con En una cámara convencional, se puede utilizar una película fotográfica estándar en blanco y negro o en color [33 ] (Fig. 3). Si se requiere una mayor sensibilidad para fotografiar imágenes de bajo brillo desde la pantalla intensificadora de imágenes, se pueden utilizar películas fotográficas de alta sensibilidad [34].
Fig. 3. Gráfico de la dependencia del logaritmo de la sensibilidad espectral
de películas fotográficas (o/e) de varios tipos con la longitud de onda (nm) [33]
Consideremos ahora una serie de cuestiones relativas a la adaptación óptima de la película fotográfica y la matriz CCD en términos de espectro y energía a la pantalla de un tubo intensificador de imagen o un monitor de televisión.
En Fig. 4da las características espectrales de las típicas pantallas intensificadoras de imágenes, y Fig. 5sus características inerciales. Comparación de curvasFig. 3 y 4 mostraron que la coincidencia óptima del espectro con la película fotográfica la proporcionan las pantallas intensificadoras de imágenes de color azul y amarillo-verde. Desde el punto de vista de fotografiar imágenes de luz pulsada, la pantalla azul tiene una ventaja (Fig. 5). La pantalla roja tiene alguna ventaja a la hora de igualar el espectro con la matriz CCD “Exwave HAD” (Fig. 6) de una cámara digital o de vídeo. Sin embargo, su salida de luz es significativamente menor que la de las otras pantallas mencionadas anteriormente. Además, un intensificador de imagen con pantalla roja es totalmente inadecuado para la visión nocturna directa, porque una pantalla de este tipo no coincide con el espectro con el ojo. En este sentido, tales tubos intensificadores de imágenes no están muy extendidos para la fotografía y la grabación de vídeo. DeFig. 6De ello se deduce que un tubo intensificador de imagen estándar con una pantalla de color amarillo verdoso es muy adecuado para estos fines. Para tomar fotografías y videos desde una pantalla de monitor de TV en blanco y negro (Fig. 7), la coincidencia de espectro es aceptable con una película fotográfica en blanco y negro (Fig. 3 ) y se garantiza una matriz CCD (Fig. 6). Tampoco hay problemas para hacer coincidir el espectro de la pantalla en color de un monitor de TV con una película fotográfica en color (Fig. 8) y una matriz CCD (Fig. 6).
Arroz. 4. Curvas de dependencia de la salida de luz g (o/e) de las pantallas intensificadoras de imágenes de la longitud de onda l (nm) [35]: a – azul (Z-47), b – amarillo-verde (R-20), c rojo (R-25), g – amarillo-verde (P-43) para gafas holográficas de visión nocturna [39]
Arroz. 5. Características inerciales de las pantallas intensificadoras de imágenes a diferentes duraciones de los pulsos de luz que actúan sobre el fotocátodo del tubo intensificador de imágenes [35]: 1 – pantalla R-20; 2, 3 – pantalla P-20 y, en consecuencia, pantalla P-43 cuando se exponen a luz continua en el tiempo; 4 – pantalla R-47; a – duración del pulso de luz t = 100 ns; b – ti = 1 ms
Arroz. 6. Características espectrales de las matrices CCD: a para una cámara de televisión en blanco y negro [36], b – para una cámara de televisión en color [40]
Fig. 7. Características espectrales de una pantalla de luz blanca para televisión en blanco y negro
Fig. 8. Curvas de sensibilidad espectral de películas negativas en color:
a – capa sensible al azul,
b – capa sensible al verde,
c – capa sensible al rojo [33]
Para calcular el valor requerido sensibilidad S de la película fotográfica según el esquema fig. 11 utilizamos la fórmula:
S = 10 H-1, (1)
donde H es exposición, lux•s.
H = E t, (2)
donde E es la iluminación de la película, lux;
t es la tiempo de exposición, s.
E = p L top Sin2U’, (3)
donde L es el brillo de la imagen en la película, cd/m2,
arriba es la transmitancia de la óptica de transferencia
U’ – la mitad del ángulo de apertura en el espacio de la imagen, grados.
H = 0,25 p L top Gop-2 O2 t, (4)
donde Gop es el aumento de la transferencia óptica, múltiple,
O – su apertura relativa.
Al fotografiar señales pulsadas
Н = Еср F-1, (5)
entonces
H = 0,25 p Lav top Gop-2 O2 t F-1, (6)
donde Eср, Lср son la iluminación promedio y el brillo promedio de la imagen en la pantalla, respectivamente.
Fig. 9. Curva característica de películas fotográficas en blanco y negro; determinación de los números de sensibilidad de películas fotográficas negativas; D fotosensibilidad, N – exposición [33]
Arroz. 10. Curvas características del material fotográfico multicapa en color negativo: S fotosensibilidad, L – latitud fotográfica [33]
Arroz. 11. Esquema para calcular la sensibilidad de la película requerida al fotografiar desde una pantalla intensificadora de imagen: 1 – tubo intensificador de imagen, 2 – óptica de transferencia, 3 película fotográfica, U, U? – la mitad del ángulo de apertura en el espacio de los objetos y en el espacio de las imágenes, respectivamente
En este caso, como es habitual, utilizamos la característica curva del material fotográfico para entrar en el modo de exposición normal [33 ].
En la práctica, nos encontramos con el problema de fotografiar un pequeño punto de iluminación láser en el terreno observado en un dispositivo de visión nocturna. La exposición óptima en película fotográfica para el punto medio de la curva característica dentro de la exposición normal está determinada por la fórmula (1). De allí encontramos E, dado el valor t. Luego, el brillo de la imagen del punto de luz de fondo en la pantalla del intensificador de imagen estará determinado por la fórmula:
donde e(l) es la densidad de radiación espectral de la fuente “A”, o/e,
V(l) sensibilidad espectral del ojo, o/e,
S(l) sensibilidad espectral de la película, o/e ,
l1, l2 – rango de funcionamiento espectral de la pantalla intensificadora de imágenes, µm.
El brillo L de la imagen puntual en la pantalla del intensificador de imágenes es igual a:
L = L1 + L2 + L3 , (8)
donde L1, L2, L3 – brillo de la imagen del punto creado por el iluminador láser, brillo de la imagen del área, brillo del fondo oscuro del intensificador de imagen, respectivamente, cd/m2.
L2 = hA E1 Ge-2 p-1, (9)
donde hA es el valor de pasaporte del factor de conversión del intensificador de imágenes,
Ge es el electrón- Ampliación óptica del intensificador de imágenes, múltiple.
E1 = 0,25 rf Em Oo2 to tа, (10)
tа = exp (-aD), (11)
donde E1 es la iluminación en el fotocátodo del tubo intensificador de imagen en la imagen del punto de luz de fondo, lx,
rf es el coeficiente de brillo del fondo,
Em es la iluminación en el suelo, lx,
Oo es la apertura relativa de la lente NVD,
tа transmisión de la atmósfera,
a – coeficiente de atenuación de la radiación en la atmósfera, 1/m,
D – rango de visión nocturna dispositivo al punto de iluminación, m.
L1 = L – (L2 + L3), (12)
E1 = L1 Ge2 p hA-1 , (13)
Conociendo E1, encontramos la intensidad luminosa I requerida del iluminador láser usando la fórmula:
I = 4 D2 Sp E1 exp (aD) (p din2 to)-1, (14)
donde Sp es el área de la imagen en el fotocátodo del punto de retroiluminación, m2,
din es el diámetro de la lente de la pupila de entrada, m.
Estas fórmulas también son válidas para el caso de grabación de vídeo, pero entonces debes consultar la sensibilidad de la matriz CCD.
En conclusión, conviene decir algunas palabras sobre la fotografía en varios rangos espectrales, en particular, en la región espectral de 0,4 a 0,9 micrones y de 8 a 12,5 micrones. Se creó un dispositivo para trabajar en estas regiones espectrales para la fotografía digital remota desde el aire de objetos terrestres y la superficie subyacente en cualquier momento del día [36]. Un dispositivo de escaneo de tamaño tan pequeño consta de uno óptico-mecánico. Unidades electrónicas y hardware-software. El espejo de escaneo diédrico del dispositivo proporcionó un campo de visión de hasta 1200. Al mismo tiempo, la masa y las dimensiones de la unidad óptico-mecánica son iguales a 6 kg y W200x250 mm, respectivamente. El consumo de energía del dispositivo no superó los 30 W cuando se alimentó con un voltaje de = 27 V. El canal de imágenes térmicas contenía un fotodetector de 8 elementos basado en MCT, enfriado a 77 K con una capacidad de detección específica de 4×1010 cm Hz1/2 W-1. La diferencia de temperatura detectada fue de 0,1 K. El canal de televisión se realizó sobre la base de una cámara de televisión con una matriz CCD PD3798 con varios elementos de la línea 5348. La unidad de hardware y software proporcionó modos de disparo, procesamiento, grabación y real. -visualización en tiempo de las imágenes generadas y registro de información de servicio adicional. El programa operativo de este bloque preveía el procesamiento conjunto de imágenes de ambos canales con la construcción de una imagen sintetizada en forma de mapa de estimaciones de coeficientes de correlación. Las imágenes digitales en los rangos visible e infrarrojo del espectro se pueden formar en forma de un mapa topográfico vinculado a coordenadas. Como resultado de las pruebas del dispositivo, se obtuvieron imágenes integradas, que en realidad representan un mapa del área, teniendo en cuenta las características de información creadas en ambos canales (foto 18).
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|
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| a) | b ) | c) |
Foto 18. Imágenes de la superficie subyacente obtenidas mediante un dispositivo de dos canales [36]: rango visible (a), rango IR (b), imagen de correlación — mapa (c)
Por lo tanto, existe una cantidad significativa de dispositivos diferentes para fotografía y videografía nocturna, lo que brinda amplias oportunidades para una variedad de aplicaciones.
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