fbpx
Назад

Приборы ночного видения на основе сенсоров CMOS (КМОП)


Уже достаточно давно для улучшения наблюдательной способности в ночных условиях используются специализированные оптические приборы под общим названием «приборы ночного видения» или сокращённо ПНВ. На основе таких приборов изготавливаются прицелы, бинокли и прочие наблюдательные устройства, предназначенные для применения в ночное время суток на открытой местности.


До недавнего времени эти приборы конструировались с использованием либо тепловизоров, либо аналоговых электронно-оптических преобразователей (ЭОП). ПНВ на основе тепловизионных матриц имеют достаточно высокую стоимость и сложную схему обработки видеосигнала, а ЭОПы имеют определённые недостатки по части качества изображения. Однако с появлением нового поколения цифровых видеоматриц с использованием сенсоров CCD (ПЗС) и CMOS (КМОП) открылись новые возможности по созданию приборов ночного видения оптимальных по соотношению своей производительности к затраченным ресурсам.


Новые технологии в изготовлении CMOS матриц позволили добиться такой плотности пикселей на поверхности сенсора, которая позволяет им не только достичь чувствительности CCD матриц, но и обойти их по этому показателю, что гарантирует получение качественной картинки в ближнем ИК диапазоне (NIR). Излучение в таком диапазоне уже является невидимым для невооружённого глаза, но благодаря его визуализации становится возможным обнаруживать тепловые объекты при крайне низком уровне освещённости (до 0,0001 люкса). Дальность обнаружения и распознавания людей и животных в темноте также можно увеличить за счёт использования встроенной ИК-подсветки на основе лазерных или светодиодных источников. В отличие от ЭОПов цифровые ПНВ позволяют реализовать гораздо больше функций по обработке получаемого изображения, таких как регулировка яркости и контраста, ввод в поле зрения различной информации, дополнительное цифровое увеличение и т.д.  Хорошего качества изображения удаётся добиться также благодаря возможности применения разнообразных алгоритмов шумоподавления в цифровых ПНВ. Зачастую изображение, получаемое с помощью КМОП сенсоров в ПНВ остаётся монохромным (чаще всего чёрно-белым). Это связано в первую очередь с тем, что применение цветных матриц в данном случае не целесообразно по причине того, что разрешающая способность цветных сенсоров будет на 30-40% меньше, поскольку это обусловлено другой структурой пикселей – один пиксель цветного сенсора состоит из комбинации 3-х субпикселей, каждый из которых регистрирует свет только определенной части спектра (соответственно - красный, синий, зеленый).


Таким образом применение монохромных CMOS матриц в ПНВ выглядит наиболее оптимальным решением. Конечно, важной частью любого оптического прибора, в том числе и ПНВ, помимо видеоматрицы является объектив, т.к. от его оптических характеристик во многом зависит дальность наблюдения и чёткость изображения на различных расстояниях, но не менее значимой деталью цифрового ПНВ также служит окуляр, через который наблюдатель получает визуальную информацию. В качестве экрана для вывода картинки в таких окулярах как правило используются либо LCD, либо OLED микродисплеи, причём установка последних является более предпочтительной благодаря ряду преимуществ OLED-технологии: возможность эксплуатировать прибор при более низких температурах, более высокая яркость и контраст изображения, более простая и надежная конструкция. В заключении хотелось бы отметить ещё одну важную черту ПНВ на основе КМОП сенсоров – это их миниатюрность и возможность разнообразной конфигурации прибора, что также обеспечивает удобство эксплуатации.