Dispositivos de observación nocturna.
VOLKOV Viktor Genrikhovich, candidato de ciencias técnicas, profesor asociado
Los equipos especiales modernos utilizan ampliamente dispositivos de vigilancia nocturna para trabajar al anochecer y de noche.
Estos incluyen dispositivos de visión nocturna basados en convertidores electroópticos (EOC), dispositivos de vigilancia de televisión de bajo nivel (TV), dispositivos de visión nocturna de pulso activo, imágenes térmicas y dispositivos de vigilancia combinados [1].
Los dispositivos de visión nocturna basados en tubos intensificadores de imagen se pueden fabricar en forma de:
1. gafas de visión nocturna;
2. monoculares montados en la cabeza;
3. monoculares nocturnos;
4. binoculares, pseudo y bioculares nocturnos.
Los dispositivos de las dos primeras direcciones se analizan en detalle en [2]. En este sentido, en este artículo solo hablaremos de la 3ª y 4ª dirección.
Los principales parámetros de los monoculares nocturnos se presentan en mesa 1. Se pueden fabricar en forma de dispositivos portátiles (foto 1) o portátiles montados en trípode (foto 2).
Estos dispositivos pueden tener una escala de telémetro [3], que permite estimar aproximadamente la distancia al objeto de observación (Fig. 1) o pueden fabricarse según el esquema de un telémetro dispositivo [4 – 6].
En particular, el dispositivo FORMS (Forward Observers Ranging and Marking Scope) (modelo 30 para uso civil) [4] es una combinación de un monocular nocturno con un telémetro láser basado en un emisor láser semiconductor.
Peso del dispositivo 570 g, alcance de detección de la figura humana 180 m con un nivel de iluminación nocturna natural de 10-3 lux, ángulo de campo de visión 400, aumento 1x.
El tiempo de funcionamiento continuo del dispositivo alcanza las 30 horas con una tensión de alimentación de 3 B.
El canal del telémetro láser proporciona una medición de alcance de hasta 5 km con una precisión de ±5 m.
El emisor láser tiene un ángulo de divergencia de radiación de 0,5 mrad en el modo de alcance y de 300 en el modo de iluminación.
Los datos del alcance digital se muestran en rojo color contra el fondo del brillo verde de la pantalla intensificadora de imágenes.
Dispositivo de observación binocular nocturna-telémetro N/CROS MK II con brújula incorporada de International Technologies (Lasers) Limitado. (Israel) [4] (tabla 2) (foto 3) contiene un canal de telémetro láser basado en un láser semiconductor con una longitud de onda de 0,904 micrones, una potencia de radiación de 4 W y una divergencia angular de radiación de 1,5 mrad.
Este canal mide un rango de 20 a 2000 m con una precisión de ±1 m (hasta 200 m), ±2,5 m (200-500 m), ±5 m (más de 500 m) con un tiempo de medición de hasta 0,5 s.
La brújula digital incorporada permite determinar la dirección con una precisión de ±0,50 dentro de ±350.
El dispositivo pseudobinocular nocturno N/BIS-3 de la misma empresa también tiene una brújula digital que, con la misma precisión, permite determinar la dirección dentro de ±180.
a) ZENIT NV-piezo
(RF, JSC Krasnogorsk Plant lleva el nombre de S.A. Zverev);
b) lunes 6 (República de Bielorrusia, Belomo);
c) 5,6×60 N (Alemania, Carl Zeiss);
g ) NS-B 4-80 (Austria, Swarovski Optik KG);
e) Sonic 2.5×42 26-0300 (Bushnell, EE. UU.)
Foto 1. Monoculares portátiles:
>p>
a) ZENIT NV-1000 (RF, JSC “Planta de Krasnogorsk que lleva el nombre de S.A. Zverev);
b) W401 (Gran Bretaña, Hall and Watts Ltd.);
c) EAGLE (Gran Bretaña, Pilkington PE Ltd.)
Foto 2. Dispositivos portátiles de observación nocturna.
Fig. 1. Aspecto del telémetro
escala de un dispositivo de observación nocturna
Foto 3. Dispositivo de observación binocular nocturno —
telémetro de la empresa N/CROS MK II
Tecnologías internacionales (láser) Ltd. (Israel)
Tabla 1. Principales parámetros de los dispositivos de observación monocular nocturna (según folletos de la empresa)
Bushnell Company (EE.UU.) ) [20] desarrolló un monocular nocturno original de primera generación Sonic 2.5×42 26-0300 (foto 1d) con un micrófono incorporado que permite detectar objetos mediante el sonido a distancia. de hasta 82 m.
El dispositivo tiene un alcance de visión de 183 m, ángulo de campo de visión de 15°, aumento de 2,5x, fuente de alimentación = 3 V, peso 482 g, dimensiones 170x95x70 mm.
Sin embargo, el La presencia de un canal telémetro adicional complica el dispositivo y aumenta su coste. En este sentido, se desarrolló un dispositivo telémetro nocturno que no tiene el dispositivo fotorreceptor típico de un canal de telémetro láser.
Además, el dispositivo proporciona protección contra interferencias de luz.
El diagrama de dicho dispositivo se muestra enFig. 2. Para proteger contra interferencias de luz, se utiliza una cadena de elementos 9 12.
Cuando el dispositivo está expuesto a interferencias de luz en Del circuito intensificador de imagen 2 surge una señal que pasa a través de la capacitancia de separación 9 hasta la entrada del filtro de paso bajo 10.
Se necesita capacitancia 9 para cortar el voltaje directo suministrado a la pantalla 5 desde el VIP 8, y el filtro de paso bajo 10, configurado para la señal especificada, suprime todas las demás interferencias.
La señal luego se amplifica en el DUT 11 y va al interruptor 12, que restablece el voltaje del MCP 4, bloqueándolo mientras dure la interferencia.
En comparación con lo habitual con un dispositivo nocturno, dicho dispositivo tiene un grado de protección contra interferencias de luz superior a 100 veces.
Para medir el alcance, OGI 13 está activado.
Inicia BN 14, que excita ILPI 15 con pulsos de corriente.
Este último genera pulsos de radiación, que se coliman utilizando OFI 16 y se dirigen al objeto de observación, creando un punto de iluminación dentro de su contorno.
Radiación ILPI reflejada desde el objeto, entra en la lente 1, que crea una imagen de un punto superpuesto a la imagen del objeto.
Al mismo tiempo, cuando la iluminación El pulso reflejado por el objeto se expone al tubo intensificador de imagen 2. Aparece una señal eléctrica pulsada en su circuito, que pasa a través de la capacitancia 9 hasta la entrada del paso bajo. filtrar 10.
Este último elimina todas las interferencias extrañas y la señal útil lo atraviesa, se amplifica en el DUT 11 y llega a la entrada del IVI 17.
En el momento de lanzar BN 14, llega una señal de pulso desde OGI 13 a su otra entrada.
En IVI 17 se mide el intervalo entre estas dos señales, que corresponde a la distancia al objeto.
IVI 17 representa este intervalo en forma digital y lo transmite al ID >18, cuyo indicador LED muestra el valor del alcance en metros.
El dispositivo tiene un ángulo de campo de visión de 480, un rango de reconocimiento de figura humana de 200 m a un nivel de iluminación nocturna natural de 10-3 lux, aumento 1x, peso 350 g, precisión de medición del alcance ±1 m a una distancia de hasta 5 km.
La divergencia del láser La radiación en el modo de alcance es de 1,30, y en el modo de iluminación, desde varios grados hasta 400 [5, 6].
Fig. 2. Esquema de construcción de un dispositivo-telémetro de observación nocturna:
1 – lente, 2 – tubo intensificador de imagen, 3 – fotocátodo, 4 placa de microcanal (MCP), 5 – pantalla, 6 ocular, 7 – fuente de alimentación primaria (PPS), 8 fuente de alimentación de alto voltaje (HVP), 9 capacitancia de separación , 10 – filtro de paso bajo (LPF), 11 – amplificador de pulso (PA), 12 conmutador, 13 – oscilador de pulso maestro (MPG), 14 – unidad de bomba (BP), 15 – ILPI, 16 – lente de formación de radiación (RFI) , 17 – intervalos de tiempo de metros (IVI), 18 – indicador de rango (ID), 19 – divisor de frecuencia (DF)
Para dispositivos instalados en un trípode, es posible medir ángulos en el plano vertical y horizontal usando las escalas de dial del trípode con una precisión de 0-01.
Una solución técnica original fue el uso de un transductor piezoeléctrico incorporado como fuente de energía en los monoculares, lo que permite operar el dispositivo sin baterías convencionales, por ejemplo, dispositivos Zenit NV-320 (piezo) (foto 1a), Cyclop P ( Tabla 1).
Sin embargo, los dispositivos de este tipo no se utilizan ampliamente.
Los monoculares nocturnos tienen un peso y dimensiones mínimos, pero son inconvenientes desde el punto de vista de la observación a largo plazo.
Más efectivos son los binoculares nocturnos, en los que la observación se realiza simultáneamente con dos ojos.
En este caso, se distinguen los dispositivos binoculares (tabla 2, foto 4), pseudobinocular (Tabla 3, Foto 5) y biocular (Tabla 4,Foto 5) .
Los dispositivos binoculares tienen dos canales nocturnos idénticos para los ojos derecho e izquierdo del observador.
Los dispositivos pseudobinoculares tienen una lente, un intensificador de imagen y un sistema óptico pseudobinocular que proporciona distribución de imágenes desde la pantalla del intensificador de imágenes a ambos ojos.
Los dispositivos bioculares también tienen una lente, un intensificador de imagen y un ocular biocular una lupa que tiene una pupila de salida de un diámetro tan grande que cubre ambos ojos del observador.
Al igual que los monoculares nocturnos, los binoculares se pueden sostener en las manos (foto 4) o instalado en un trípode con la capacidad de medir la distancia a un objeto, sus coordenadas y orientación como se describe arriba.
Los principales parámetros de los dispositivos binoculares se dan en la Tabla. 2.
a) AN-1 con lentes de espejo) (RF, Refinería de la Empresa Unitaria Estatal PA);
b) LUNA-TRON Tipo 904 (Infrarot-Technik Gmbh., Alemania)
Foto 4. Dispositivos de observación binocular nocturna:
a) BIF2-6B (Suiza, Wild Heebrugg Ltd.);
b) F5010 (EE.UU., ITT);
c) Baigish 25 (Tatarstán, JSC KOMZ)
d) Baigish 6u (Tartaristán, OJSC KOMZ);
e) D-3M (Bielorrusia, NPF “Dipol”);
f) ZENIT NV BN-10
(RF, planta JSC Krasnogorsk que lleva el nombre de S.A. Zverev)
Foto 5 Dispositivos de observación: pseudobinoculares y bioculares.
Tabla 2. Principales parámetros de los dispositivos de observación binocular nocturna (según folletos de la empresa)
Tabla 3. Principales parámetros de los dispositivos de observación pseudobinoculares nocturnos (según folletos de la empresa)
Tabla 4. Parámetros básicos de los dispositivos de observación biocular nocturna (según los folletos de la empresa)
Es posible utilizar tanto monoculares como binoculares de la clase “día/noche” [2] (foto 6 ).
En particular, el dispositivo monocular nocturno Zenit NV-500 (RF, JSC Krasnogorsk Plant lleva el nombre de S.A. Zverev) (foto 6a ) contiene canales de vigilancia diurnos y nocturnos. Para los modos “día” y “noche”, respectivamente, el aumento es de 5,7x y 5,7x, el ángulo del campo de visión es de 100 y 6,60, la resolución es de 10,5″ y 75″.
El rango de reconocimiento de la altura de una persona en un canal nocturno equipado con una lente de espejo en un nivel de iluminación nocturna natural es de 750 m, peso — 3 kg, dimensiones — 282x222x155 mm.
Binoculares de día y noche» BDN (RF, JSC ZOMZ) (foto 6b) tiene para los modos “día” y “noche”, respectivamente, un aumento de 7 y 2x, un ángulo de campo de visión de 6,5 y 8,80, una resolución de 8 y 100′, peso 1,33 kg y dimensiones 175x204x75 mm.
a) ZENIT NV-500
(RF, planta JSC Krasnogorsk nombrada después de .A. Zvereva);
b) – BDN (RF, OJSC ZOMZ)
Foto 6. Dispositivos de observación día/noche.
Los dispositivos de visión nocturna pueden funcionar con iluminación nocturna natural en el área desde 10-3 (noche estrellada clara) hasta el crepúsculo (décimas de lux).
Para trabajar en noches muy oscuras (noche estrellada nublada) noche o gargantas de montaña) y también en completa oscuridad, los dispositivos pueden equiparse con iluminadores infrarrojos (IR).
Sus parámetros típicos se dan en la Tabla. 5, y la apariencia está en la foto 7 [7].
Una desventaja común de todos estos dispositivos es la imposibilidad de transmisión remota de imágenes, así como la necesidad de un contacto cercano de los ojos del operador con el dispositivo, lo que provoca fatiga.
Tabla 5. Parámetros básicos de los iluminadores infrarrojos para dispositivos de visión nocturna (según los folletos de la empresa)
a) DI-2 para el dispositivo piezoeléctrico ZENIT NV
(planta de RF JSC Krasnogorsk que lleva el nombre de S.A. Zverev);
b) CSI-IR (Canadá, CANTRONIC Systems Inc.);
c) el mismo iluminador junto con un sistema de TV de bajo nivel
Foto 7. Iluminadores infrarrojos para dispositivos de vigilancia nocturna.
Están libres de este inconveniente los dispositivos de vigilancia por televisión (TV), que proporcionan funcionamiento las 24 horas, transmisión remota de imágenes, la posibilidad de duplicarlas para varios operadores simultáneamente y monitoreo desde una pantalla de monitor de TV [8].
Este último puede retirarse de la cara del operador a una distancia considerable, lo que reduce la fatiga durante la observación a largo plazo.
Los principales parámetros de los dispositivos de vigilancia por televisión se dan en la Tabla. 6, y la apariencia está en la foto 8.
Debido a la presencia de un intensificador de imagen en la entrada de los dispositivos de TV, la calidad de la imagen es inferior a la de los dispositivos de visión nocturna mencionados anteriormente.
Con el uso de lentes de alta sensibilidad Cámaras de televisión, se ha creado una oportunidad real para abandonar el intensificador de imagen y gracias a ello superar este inconveniente [8].
En particular, las cámaras de TV SCC-B2003P y SCC-B2303P de Samsung (Japón) de formato 1/3 de pulgada con una resolución de 480 líneas de TV pueden funcionar con una iluminación de 0,004 lux (modo de color) o 0,001 lux (blanco y negro). modo) [ 19]. En los últimos años, han aparecido dispositivos de TV que operan en la región del espectro de 1 — 2,2 micrones en lugar de las regiones tradicionales de 0,4 — 0,9 o 0,4 — 1,1 micrones [9].
Los parámetros comparativos de dichos dispositivos se dan enTabla. 7, y la aparición en la foto 9.
Gracias al nuevo rango de trabajo del espectro, estos dispositivos tienen una serie de ventajas sobre Dispositivos de televisión tradicionales y dispositivos de visión nocturna [9]: la capacidad de trabajar tanto con transparencia normal como reducida de la atmósfera, desenmascarando objetos de bajo contraste, cuando se exponen a interferencias de luz.
a) Cerberus-13 (RF, SKB FEM SB RAS);
b) Fotón (UK, EEV);
Foto 8. Dispositivos de vigilancia por televisión nocturna mediante convertidor óptico electrónico (EOC).
c) VNC-702 (RF, EMU) [8];
d) SCC-B2003P (Japón, Samsung) [19]
Foto 8. Dispositivos de vigilancia por televisión nocturna sin tubo intensificador de imagen en la entrada.
Foto 9. Dispositivo de observación televisiva para la región espectral 1 — 2,2 micrones
Tabla 6. Cámaras de televisión de bajo nivel (según prospectos de la empresa)
Tabla 7. Parámetros básicos de los sistemas de televisión que operan en la región del espectro 0,9 — 2, 0 micras (según folletos de la empresa)
Las mismas propiedades tienen los dispositivos de visión nocturna de pulso activo, que pueden tener una salida de imagen ocular o de televisión y también proporcionar una medición precisa de la distancia al objeto de observación.
El principio de funcionamiento de Dichos dispositivos, sus capacidades y los principales parámetros de muestras típicas se describen en [1, 10].
Un ejemplo de tales dispositivos es el modelo Argus-AI (foto 10 ) [11] .
Su alcance en modo pasivo es de 350 m, en modo de pulso activo – hasta 500 m, el ángulo del campo de visión en modo pasivo es de 100, en modo de pulso activo de 30.
El iluminador láser generó una potencia de radiación promedio de 35 mW a una longitud de onda de 820 — 850 nm a una frecuencia de 50 — 5000 Hz.
La tensión de alimentación del dispositivo era = 12 V con una potencia consumo de unos 7 W.
La profundidad de la zona vista en profundidad fue de 25,75 m con una zona máxima de visión electrónica de hasta 995 m.
Foto 10. Dispositivo de observación nocturna de pulso activo “Argus-AI”
Los dispositivos de imágenes térmicas funcionan en una amplia gama de cambios en las condiciones externas. Estos dispositivos se describen en [12].
Aquí nos limitaremos a la descripción de aquellos ejemplos de dispositivos que se utilizan para la observación.
Sus principales parámetros se resumen en la pestaña . 8, y la apariencia se da enfoto 11.
En foto 11emuestra, en particular, una cámara termográfica subminiatura Omega con una resolución de temperatura no inferior a 40 mK [18].
Tabla 8. Parámetros básicos de los dispositivos de vigilancia termográfica (según los folletos de la empresa)
a) DI-9800 (EE.UU.) , Digital Imaging Infrarrojos Inc.) ;
b ) – MATIS (Francia, SAGEM);
c) CT3G, ( Italia, Galileo Avionica);
d) ASIR (Turquía, ASELSAN);
d) “RAKURS” (RF, [17]);
e) Omega (EE.UU., L.O.T. Oriel Ltd .)
Foto 11. Dispositivos de vigilancia por imágenes térmicas.
Cabe señalar la versatilidad de estos dispositivos: pueden medir la temperatura en la imagen de los objetos observados tanto en puntos individuales seleccionados mediante un marcador láser como en áreas específicas de esta imagen, o el valor de temperatura promedio en toda la imagen.
La desventaja de los dispositivos es su costo relativamente alto y la dependencia de la calidad de la imagen del nivel de contraste de temperatura de los objetos con el fondo circundante.
En este sentido, han aparecido dispositivos de observación combinados que combinan varios canales, que se diferencian en el principio físico de construcción [1, 13, 14].
El dispositivo se puede sostener en las manos ( foto 12a), montado sobre un trípode (foto 12b) o en un medio móvil [13].
En cualquier caso, los canales individuales se seleccionan de modo que las desventajas de un canal se compensen con las ventajas del otro.
B Como resultado, el dispositivo puede proporcionar vigilancia las 24 horas del día y en cualquier clima, y el canal del telémetro láser permite medir la distancia al objeto de observación con alta precisión.
Un ejemplo de este tipo de dispositivo es el modelo HURRICANE de OPGAL (Israel) [14 ].
El dispositivo de observación, montado sobre un trípode o instalado en un vehículo, contiene un canal de televisión y un canal de imágenes térmicas.
El canal de televisión se basa en una matriz CCD con varios elementos de 768×494, que opera en la región espectral de 0,4 a 0,7 micrones, tiene un ángulo de campo de visión de 5,6×4,20, un rango de detección humana de más de 2500 m y un rango de reconocimiento humano de más de 1000 m.
El canal de imágenes térmicas está hecho sobre la base de una matriz de microbolómetro con un número de elementos de 320×240, opera en la región espectral de 8 a 12 micrones, tiene el mismo ángulo de campo de visión, con un contraste de temperatura de 20 C, el humano el rango de detección es superior a 1500 m, el rango de reconocimiento humano es superior a 800 m.
La mayoría de las veces, los dispositivos de vigilancia se combinan con un telémetro láser (foto 12b) .
En la foto 12b se muestra el dispositivo SIMRAD LP8G (Noruega, Simrad Optronics A/S).
Combina el canal nocturno KN 200 [2], un telémetro láser [4] y un goniómetro digital. p>
Las perspectivas para el desarrollo de este tipo de dispositivos están relacionadas con la posibilidad de procesamiento de imágenes [15, 16] (foto 13).
Los sistemas Okhotnik y “Buks proporcionan procesamiento de imágenes en tiempo real sin diluir la información de vídeo para mejorar la visibilidad de las imágenes de televisión y de imágenes térmicas en condiciones de visibilidad adversas: neblina, niebla, nevadas, lluvia, humo e interferencias luminosas.
Los sistemas permiten aumentar el alcance de detección y reconocimiento de objetos en tales condiciones de visibilidad entre 1,3 y 1,7 veces. Dimensiones de las imágenes procesadas: 768×576 elementos de descomposición en todo el fotograma, 384×256 elementos de descomposición en el área de interés.
Proporciona un aumento del contraste global y local, normalización del brillo promedio, enfatizando los contornos de objetos pequeños, reduciendo las fluctuaciones y la interferencia de ruido, escalado electrónico suave de imágenes de 1 a 4 veces, superponiendo información gráfica, adaptando parámetros y algoritmos al tipo. de canal, adaptación automática a condiciones de observación específicas.
Las funciones futuras de los sistemas incluyen la integración de información de varios canales y la estabilización electrónica del campo de visión.
Es posible rastrear automáticamente los objetos detectados con la salida de sus coordenadas actuales y señales de control a los accionamientos del actuador.
En el sistema Okhotnik, la ventana de seguimiento proporciona un ajuste adaptativo al tamaño del objeto en el rango de elementos de descomposición de 2×2 a 256×256.
Los algoritmos permiten trabajar con objetos de diferentes contrastes y maniobrables. en fondos no uniformes, seguimiento del objeto cuando se interrumpe la comunicación óptica hasta 5 segundos con predicción basada en el filtro de Kalman, detección automática de pérdida de seguimiento y adquisición adicional automática de un objeto causada por la interrupción de la comunicación óptica.
La masa del sistema «Okhotnik» es de 4 a 6 kg, el volumen es de 5 a 7 litros.
La masa del sistema «Buk» no supera los 2,2 kg, dimensiones 208x130x74 mm, consumo de energía 30 W cuando se alimenta desde =27 V.
Estos sistemas permiten minimizar el estrés psicofísico del operador y crean condiciones previas favorables para la automatización del proceso de observación.
a) sostenido en las manos:
SISTEMA DE CÁMARA DE IMÁGENES TÉRMICAS SERIE INSIGHT 80
(Reino Unido, Insight Vision Systems Inc.) [13];
b) montado en un trípode: SIMRAD LP8G (Noruega, Simrad Optronics A/S)
Foto 12. Dispositivos combinados de observación nocturna.
Foto 13. Unidades de procesamiento de imágenes “Buk”
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