ВОЛКОВ Виктор Генрихович, кандидат технических наук, доцент
ПРИБОРЫ НОЧНОЙ ФОТО- И ВИДЕОСЪЕМКИ
В настоящее время в специальной технике широко используется ночная фото- и видеосъемка. Это необходимо для криминалистики, для подготовки спецопераций и документирования их проведения, обеспечения работы служб МЧС по ликвидации последствий катастроф, документирования различных событий при низких уровнях освещенности и пр.
Для решения всех этих проблем необходимы приборы ночной фото- и видеосъемки.
К ним относятся прежде всего приборы ночного видения (ПНВ) на основе электронно-оптических преобразователей (ЭОП). С помощью специальных адаптеров экран ЭОП может быть оптически сопряжен с фотопленкой фото- (кино) камеры либо с матрицей ПЗС ТВ видеокамеры. В первом случае это достигается либо с помощью оптики переноса изображения, либо прижимом непосредственно к экрану ЭОП фото- (кино) пленки с помощью специального механизма. Оптика переноса вносит потери по разрешающей способности, передаче контраста и по энергетике. Кроме того, она увеличивает габариты устройства. Вместо такой оптики может быть использован кольцевой адаптер, допускающий фото- и видеосъемку с помощью штатного объектива непосредственно с экрана ЭОП, однако это приведет к ухудшению качества изображения и дополнительным энергетическим потерям. Контактный способ фотографирования позволяет исключить указанные потери, но требует работы ЭОП в импульсном режиме, т.к. экспозиция пленки обеспечивается подачей импульса напряжения, отпирающего ЭОП на нужное время экспозиции. Это требует применения соответствующего импульсного блока управления ЭОП, что приведет к увеличению массы и энергопотребления устройства.
Более совершенным способом является стыковка ПНВ с цифровым фотоаппаратом или с видеокамерой. Это позволяет получить изображения на электронных носителях, упрощает и ускоряет процесс создания изображений, их тиражирования, допускает их обработку в реальном масштабе времени или с накоплением информации. При этом ПНВ выполняют в виде малогабаритной насадки для фото- или видеокамеры. Для того, чтобы перенести изображение с экрана ЭОП ПНВ на светочувствительный элемент фото- или видеокамеры, чаще всего применяют линзовые адаптеры, которые входят в комплект ПНВ. Типичная оптическая схеме такого адаптера дана на рис. 1 [1]. Адаптеры называют линзами Релея. Они могут переносить изображение в масштабе 1:1, либо с увеличением 1,5 – 2,5х, либо с уменьшением до 0,5х. Уменьшение часто бывает необходимо для согласования линейных полей зрения экрана ЭОП и матрицы ПЗС, а также для повышения ее освещенности. Относительное отверстие адаптера может быть от 1:1,5 до 1:6, фокусное расстояние от 15 до 40 мм.
Рис. 1. Оптические схемы адаптеров для стыковки ПНВ с фото или видеокамерой
Чаще всего в виде таких ПНВ используют малогабаритные ночные монокуляры (“покетскопы”). Основные параметры ПНВ, используемых для фото- и видеосъемки, приведены в табл. 1. Внешний вид типичных образцов таких ПНB приведен на последующих фото. В частности, покетскоп ORT 3153 фирмы Ortec Ltd. (Израиль) дан на фото 1а, а характер его стыковки с видео- и фотокамерой – на фото 1б, в, соответственно. ПНВ состоит из взаимозаменяемых модулей и имеет соответствующие адаптеры различного типа (рис. 2). ПНВ ORT 3152 имеет пределы фокусировки 0,25 м – Ґ , встроенный светодиодный источник подсвета с мощностью излучения 2 мВт на длине волны 0,84 мкм. Рабочий диаметр фотокатода ЭОП составляет 18 мм [2].
а)
б)
в)
Фото 1. ПНВ ORT 3152 (а), характер его стыковки с видеокамерой (б) и фотокамерой (в)
Рис. 2. Модульный принцип построения ПНВ ORT 3152:
1 – его корпус; 2, 3, 4 – объективы разных типов; 5 – окуляр с наглазником; 6 – адаптер для стыковки с фотокамерой; 7, 8 – адаптеры для стыковки с видеокамерой 9; 10 – адаптер для стыковки с ТВ-камерой 11, подключенной к ТВ-монитору 12; 13 – ремень для подвешивания прибора к руке; 14 – тренога
Фирма Javelin Electronics (США) предложила ПНВ Model 222 (фото 2) с разрешающей способностью до 30 штр/мм и с усилением яркости до 45х103. ЭОП первого поколения имеет диаметр фотокатода 18 мм [3]. ПНВ Model 226 той же фирмы с большей дальностью действия имеет разрешающую способность до 40 штр/мм, усиление яркости до 105. ЭОП имеет рабочий диаметр фотокатода 40 мм [3] (фото 3). Сменные принадлежности к ПНВ показаны на фото 4. На фото 5 представлен типичный вид изображений с фотографий, сделанных через ПНВ фирмы Javelin Electronics.
Фото 2. ПНВ Model 222, стыкованная с фотокамерой
Фото 3. ПНВ Model 226 с откинутым в сторону узлом адаптера со сменной фотокамерой и окуляром
а) 1 – подставка для телеобъектива ПНВ, рукоятка пистолетного типа, 3 – линза Релея для стыковки ПНВ с ТВ-камерой, 4 – ремень для подвешивания на руке, 5,6 – батареи питания, 7 – адаптер для стыковки ПНВ с фото-, кино- и видеокамерой, 8 – линза Релея для стыковки ПНВ с ТВ-камерой, 9 – биокулярная лупа, 10 – узел крепления ПНВ к стеклу автомобиля, 11 – узел крепления ПНВ к легкому стрелковому оружию;
б) 12 – биокулярная лупа с высоким разрешением(предназначенная, в частности, для наблюдения с борта вертолета), 13 – легкая биокулярная лупа, 14 – 17 – линзовые адаптеры для стыковки ПНВ с фотоаппаратами различных типов, 18 – фотокамера, 19 – универсальная линза Релея для стыковки ПНВ с фото- и ТВ-камерой, 20 – адаптер типа “С”, 21 – адаптер для стыковки ПНВ с кинокамерой, 22 – конвертер с увеличением 2х для объектива ПНВ, 23 – подставка для ПНВ с камерой с целью их установки на треноге, 24 – 29 – кольцевые адаптеры для стыковки ПНВ с фотокамерами различных типов
Фото 4. Принадлежности к ПНВ фирмы Javelin, предназначенные для ночной фото- и видеосъемки [3]:
а)
б)
Фото 5. Типичный вид фото, сделанных через ПНВ фирмы Javelin с использованием фотокамер 35-мм фотокамер Pentax и SLR Camera, выдержка 1/60 с при относительном отверстии 1:1,4, фотопленка – Kodak Tri-X. Снимки сделаны: на городской улице в 22 часа (а), на неосвещенной улице в 24 часа (б)
Наиболее совершенные модели ПНВ разработала фирма Intevac (США) на базе ЭОП поколения III [4, 5]. Модели ПНВ Nite MateTM 1305/1306 имеют разрешающую способность 450 ТВ-линий при звездном свете (10-4 лк) [4]. Модель 1305 разработана для стыковки с ТВ-камерой формата 2/3 дюйма, модель 1306 – формата 1/2 дюйма. Энергопотребление ПНВ вместе с ТВ-камерой составляет 6 ВТ, динамический диапазон работы – от 10-4 до 103 лк.
Модель VNVA-311 SCOUT той же фирмы имеет пределы фокусировки 0,254 м – Ґ. ПНВ может быть стыкован с 35-мм фотокамерой или с видеокамерой с помощью линзы Релея.
Фирма Ortek Ltd. (Израиль) разработала ПНВ TS-5, который может быть стыкован с ТВ-камерой формата 1/2 дюйма [6]. Фотокатод ЭОП имеет диаметр 25 мм. ПНВ имеет пределы фокусировки 0,25 м – Ґ.
ПНВ М944 фирмы Litton (США) может использоваться со сменными объективами с фокусным расстоянием 25 и 75 мм. Соответственно этому ПНВ имеет различные увеличения и поля зрения (табл. 1), а также разрешающую способность: 1,81 и 0,68 штр/мрад соответственно. ПНВ с помощью системы сменных адаптеров допускает стыковку с практически любой фото- и видеокамерой [7].
ПНВ фирмы Night Vision Equipment Company Inc. (США) модели 500А, 520А, 600А выполнены на базе ЭОП с диаметром фотокатода 18 мм [8]. ПНВ NSS той же фирмы (модели 400, 400НР, 450 выполнены на базе ЭОП с диаметром фотокатода 25 мм [8]. ПНВ с помощью адаптера стыкуется с 35-мм SLR фотокамерой.
ПНВ Nite-eye фирмы Varo Inc. Electron Devices (США) [9] может использовать объектив с фокусным расстоянием 26,8 или 72 мм и соответственно иметь разные увеличения и поля зрения, а также диапазоны фокусировки 0,15 м – Ґ и 10 м – Ґ, разрешающую способность 2,16 и 0,8 штр/мрад.
ПНВ NVS-100 фирмы Optic Electronic Corp. (США) [10] имеет разрешающую способность 28 штр/мм, диапазон фокусировки 2 м – Ґ, использует ЭОП с диаметром фотокатода 25 мм.
ПНВ MODULUX-225 фирмы Davin Optical Ltd. (Великобритания) для стыковки с 35-мм фотокамерой использует оборачивающую линзовую систему с увеличением Г = 1,54х, а для стыковки с ТВ-камерой – Г = 0,66х. Масса такой системы составляет 0,64 кг, а относительное отверстие – 1:1,1 [11].
На фото 6 – 7 представлен внешний вид ряда зарубежных ПНВ для совместной работы с фото- или видеокамерами [12 – 15], а на фото 8 – фото, полученные ночью через них. На фото 9 показан внешний вид отечественных ПНВ аналогичного назначения [16 – 17]. ПНВ дальнего наблюдения ПДН-К фирмы ГУП ПО НПЗ (РФ) с помощью адаптеров допускает подключение видеокамеры с посадочной резьбой на объективе М37х0,75 (фото 9б) и ТВ-камеры с объективом, имеющим фокусное расстояние 12,5 мм и резьбу под фильтр М40,5х0,5 [16]. ПНВ устанавливается на треноге с лимбом, допускающим обзор по горизонту в пределах 3600, а по вертикали – в пределах ±180. Цена деления сетки ПНВ составляет 5 т.д. Угловое разрешение ПНВ – 50".
а)
б)
Фото 6. ПНВ ORION 80B (а) – слева и принадлежности к нему (справа, сверху вниз): биокулярная лупа, адаптер для стыковки ПНВ с фотокамерой, окуляр; ПНВ Star-TRONTM, стыкованный с фотокамерой (б)
а)
б)
в)
Фото 7. ПНВ Noctron IV (a) [14]; ПНВ RF-100 [15], стыкованный с зеркальной фотокамерой Ralleflex 3003 (б); ПНВ NSS (в) [8]
Фото 8. Типичное фото изображений, полученных ночью через ПНВ по фото 6, 7
а)
б)
Фото 9. ПНВ серии “Гелиос” (а); ПНВ ПДН-К, стыкованный с видеокамерой (б)
Для обеспечения ночной видеосъемки при пониженной прозрачности атмосферы (дымка, туман, дождь и пр.) используется активно-импульсная ночная видеокамера М2001 фирмы International Technologies (Lasers) Ltd. (Израиль) [18] (фото 10). Активно-импульсный режим работы допускает ночную видеосъемку в указанных условиях и при воздействии световых помех [19]. Видеокамера М2001 имеет чувствительность 10-4 лк, угол поля зрения, плавно регулируемый в пределах 4 – 400. Мощность излучения импульсного лазерного осветителя составляет 10 мВт на длине волны 0,85 мкм. Напряжение питания прибора равно =10 – 16 В, ток потребления 1,5 А (при напряжении питания =12 В), масса 9,5 кг, габариты 585х280х240 мм. Дальность ночной видеосъемки в сложных условиях видимости составляет 100 м.
Фото 10. Активно-импульсная видеокамера М2001
Все указанные выше приборы работают в области спектра 0,4 – 0,9 мкм. Однако за последние годы наметился интерес к ультрафиолетовому (УФ) диапазону спектра. До сих пор препятствием к применению УФ-систем служили сильное поглощение УФ-излучения в атмосфере, малые коэффициенты яркости в этой области спектра типичных объектов наблюдения, сложность изготовления УФ-объективов. Однако УФ-диапазон спектра имеет и преимущество: под воздействием УФ-излучения наблюдается флуоресценция в видимой области спектра, в частности, нефтепродуктов на воде и на суше [20]. Для реализации этого преимущества в работе [20] сообщалось о создании УФ ТВ-камеры КТВ-14. В ее состав входил ЭОП второго поколения с CsTe – фотокатодом, стыкованный с матрицей ПЗС. В состав системы входит ТВ-монитор и видеомагнитофон. ТВ-камера работает в области спектра 0,26 – 0,38 мкм, имеет разрешающую способность 400 ТВ-линий, угол поля зрения 40, предел чувствительности 10-16 Вт/Эл, напряжение питания 27 В, массу 2,8 кг, габариты Ж130х210 мм. Летные испытания системы на самолете Ан-30 показали перспективность видеосъемки в УФ-области спектра для индикации разлива нефтепродуктов на воде и на суше, объектов антропогенного происхождения [20]. Однако наибольший эффект следует ожидать от применения УФ-приборов для фото- и видеосъемки в криминалистике [21]. В частности, фирмой SPEX Forensics (США) разработан прибор RUVIS (Reflective Ultra Violet Imaging System) – система преобразования УФ-изображения в видимое [21]. Главное применение прибора RUVIS – обнаружение латентных (скрытых) отпечатков на гладких непористых поверхностях без обработки и нарушения целостности улик (пластиковые пакеты, кредитные карты, фото, глянцевые поверхности журналов, виниловые и линолеумные покрытия и др.). Прибор RUVIS используется также для обнаружения следов укусов, ушибов, отпечатков подошв обуви, которые не видны при освещении обычным белым светом. Прибор RUVIS позволяет дистанционно осмотреть помещение при входе в него, обнаружить при использовании вместе с Luminol кровь. Прибор интенсифицирует хемилюминисценцию Luminol'а делает возможной визуализацию даже самых незначительных следов крови. При этом прибор на вызывает утомления и не представляет опасности для оператора. Прибор SC-VIEWER состоит из объектива/ЭОП с УФ-фотокатодом и окуляра. Но с помощью адаптера прибор стыкуется с 35-мм SLR фотокамерой (фото 11а), с цифровой видеокамерой SC-DIG и с ТВ-камерой SC-CCD. Видеосигнал последней может быть выведен в видеопроектор, в компьютер с цифровой обработкой данных, на видеомонитор, а вместо него – на видео-очки (наголовный дисплей) – SC-GOGGLESSC. Для обеспечения динамичного фотографирования в УФ-области спектра с высоким разрешением совместно с SC-VIEWER используется устройство SC-FM2 (фото 11б) [21].
а)
б)
Фото 11. Соединение фотокамеры SLR 35 mm с прибором SceneScope (a), система SC-FM2 совместно с прибором SceneScope для прямого фотографирования в УФ-свете (б)
НПО ГИПО (Татарстан) разработало оптико-электронный прибор “Корона” [22] для обнаружения неисправностей в высоковольтных линиях электропередач в УФ области спектра. Прибор имеет дальность обнаружения 5 – 150 м, спектральный рабочий диапазон 0,25 – 0,35 мкм, увеличение Г = 5х, угол поля зрения 100, напряжение питания =3,5 В, массу 0,9 кг, габариты 300х110х150 мм. При необходимости прибор может быть стыкован с фото- или с видеокамерой.
МНПО “Спектр” (РФ) разработало комбинированный прибор ПК-1 для контроля документов, ценных бумаг и банкнот в УФ- и ИК-области спектра [23]. При использовании УФ-излучения подлинность документов определяется по свечению меток люминисцентных красителей. В отраженном ИК-излучении происходит визуализация ИК-изображений документов, обнаружение в них изменений и контроль достоверности. ИR-осветитель работает в области спектра 0,8 – 0,95 мкм, УФ-осветитель – 0,3 – 0,4 мкм. Напряжение питания прибора ПК-1 составляет =2 – 2,5 В, масса – 1,2 кг, габариты 250х110х85 мм.
Об ИК-осветителях достаточно подробно говорилось в работах [24, 25]. Поэтому здесь имеет смысл остановиться только на малогабаритных УФ-осветителях. МНПО “Спектр” разработало малогабаритные УФ-осветители “Гриф-1”, “Гриф-2”, УФО-1, работающие в области спектра 0,3 – 0,4 мкм и использующие две УФ-лампы с мощностью излучения каждой соответственно 9,4 и 4 Вт при массе 3,4; 1,1; 0,5 кг, габаритах 280х185х165 мм, 286х190х40 мм, 170х30х70 мм, напряжении питания ~220 В 50 Гц, а для УФО-1 – =4 – 5 В [26]. ЗАО “ПАНАТЕСТ” разработало систему УФ-освещения ZB-100F, создающую УФ-облученность 4000 мкВт/см2 на расстоянии 325 мм от осветителя при мощности лампы 100 Вт, массе 7 кг (собственно лампы – 1,3 кг) [27]. Все указанные выше приборы содержат ЭОП с УФ-фотокатодом на основе Cs2Te. Примером такого преобразователя изображения может служить ЭОП второго поколения фирмы Hamamatsu (Япония) (модель V2697U – с диаметром фотокатода 18 мм, V3346U – с диаметром фотокатода 25 мм, V5180U – с диаметром фотокатода 40 мм). ЭОП имеет спектральную чувствительность на длине волны 0,23 мкм 20 мА/Вт, коэффициент усиления яркости 2,6х103, разрешающую способность 40 штр/мм [28].
В практике ночной фото- и видеосъемки широко используется тепловизионная аппаратура. В процессе ее эксплуатации возможна фотосъемка с экрана индикатора тепловизионного прибора (светодиодный индикатор или ТВ-монитор) либо прямая видеосъемка в ИК- (тепловой) области спектра. На фото 12 показан тепловизионный прибор AGA Thermovision 110 фирмы AGEMA (Швеция), светодиодный индикатор которого (зеленого цвета свечения) с помощью адаптера стыкован с 35-мм фотокамерой [28]. Прибор работает в области спектра 3 – 5 мкм, имеет угол поля зрения 6х120, геометрическую разрешающую способность 3 мрад, температурное разрешение 0,10 С, диапазон измеряемых температур (-30) – (+880)0 С, напряжение питания =6 В или ~220 В 60 Гц, массу 3 кг, габариты 240х140х84 мм. Прибор выполнен на базе 48-элементного фотоприемника на основе PbS с термоэлектрическим охлаждением (ТЭО) [28].
Фото 12. Тепловизионный прибор AGA Thermovision 110,
стыкованный с 35-мм фотокамерой
Тепловизионный прибор Thermovision 470 той же фирмы [29] (фото 13) выполнен на базе одноэлементного фотоприемника кадмий-ртуть-теллур (КРТ), работающем в области спектра 2 – 5 мкм. Температурное разрешение прибора 0,20 С при +300 С, энергопотребление 30 Вт, масса 5,9 кг, габариты 154х140х475 мм, диапазон измеряемых температур (-20) – (+2000)0 С, угол поля зрения (в зависимости от объектива) от 7х70 до 40х400. Встроенный 3,5" дисковод обеспечивает запись на одну 3,5" дискету. Прибор позволяет хранить и осуществлять покадровую выборку ранее записанных изображений с целью их анализа или сравнения с текущими изображениями того же объекта наблюдения – прямо в полевых условиях. Предусмотрена обработка изображений – как черно-белых полутоновых, так и цветных в любом из шести наборов цветов с целью улучшения качества изображения и их анализа, связанного с построением профилей и гистограмм. Функцию многокадрового отображения поддерживает просмотр на экране нескольких термограмм одновременно.
Фото 13. Тепловизионный прибор Thermovision 470
Фирма FLIR Systems (США) предлагает ряд малогабаритных тепловизионных приборов третьего поколения [30 – 32] (фото 14 – 16). Модель Therma CAMTM P60 (фото 14) [30] имеет угол поля зрения 24х180, геометрическое разрешение 1,3 мрад, температурное разрешение 0,080 С при +300 С, частоту кадров 50/60 Гц. Прибор выполнен на базе неохлаждаемой фокально-плоскостной матрицы микроболометров с числом пикселей 320х240, работающей в области спектра 7,5 – 13 мкм. Прибор обеспечивает измерение температур в диапазоне (-40) – (+2000)0 С с точностью ±20 С. Масса прибора 2 кг, габариты 100х120х220 мм. Изображение выводится на жидкокристаллический дисплей с диагональю 4 дюйма. Питание прибора осуществляется от =12 В или от сети ~110/220 В.
Фото 14. Тепловизионный прибор Therma CAMTM Р60
Модель Therma CAMTM E2 [31] (фото 15) имеет угол поля зрения 25х190, температурное разрешение 0,120 С при +250 С, частоту кадров 50/60 Гц. Прибор выполнен на базе той же матрицы микроболометров, но с числом пикселей 160х120. Прибор осуществляет измерение температур в диапазоне (-20) – (+900)0 С с точностью ±20С. Масса прибора 0,7 кг, габариты 264х80х105 мм, питание обеспечивается от =12 В. Изображение выводится на жидкокристаллический дисплей с диагональю 2,5 дюймов.
Фото 15. Тепловизионный прибор Therma CAMTM Е2
Модель Thermo VisionTM A20 M (V) [32] (фото 16) имеет угол поля зрения 25х190, геометрическое разрешение 2,7 мрад, температурное разрешение 0,120 С. Прибор выполнен на базе неохлаждаемой матрицы микроболометров, работающей в области спектра 7,5 – 13 мкм. Масса прибора 0,8 кг, габариты 157х75х80 мм, энергопотребление не превышает 6 Вт при питании от =12 В. Прибор измеряет температуру в пределах (-20) – (+250)0 С или (+120) – (+900)0 С с точностью ±20 С.
Фото 16. Тепловизионный прибор Thermo VisionTM A20 M
При работе тепловизионного прибора с ТВ-монитором на базе электронно-лучевой трубки для фотографирования с его экрана используется специальная насадка на ТВ-монитор, допускающая передачу изображения на 35-мм фотокамеру Поляроид (фото 17).
Фото 17. Приспособление к ТВ-монитору тепловизионного прибора
для фотографирования с экрана
Для фотографирования с помощью обычной фотокамеры можно использовать стандартную черно-белую или цветную фотопленку [33] (рис. 3). В случае, если требуется повышенная чувствительность для фотографирования изображений с низкой яркости с экрана ЭОП, могут быть использованы высокочувствительные фотопленки [34].
Рис. 3. График зависимости логарифма спектральной чувствительности
фотопленки (о/е) различного типа от длины волны (нм) [33]
Рассмотрим теперь ряд вопросов оптимального согласования фотопленки и матрицы ПЗС по спектру и по энергетике с экраном ЭОП или ТВ-монитора.
На рис. 4 даны спектральные характеристики типичных экранов ЭОП, а на рис. 5 – их инерционные характеристики. Сопоставление кривых рис. 3 и 4 показывали, что оптимальное согласование по спектру с фотопленкой дают синий и желто-зеленый экраны ЭОП. С точки зрения фотографирования импульсных световых изображений синий экран имеет преимущество (рис. 5). Красный экран имеет некоторое преимущество при согласовании по спектру с матрицей ПЗС “Exwave HAD” (рис. 6) цифровой фотокамеры или видеокамеры. Однако его светоотдача существенно ниже, чем у других указанных выше экранов. Кроме того, ЭОП с красным экраном совершенно непригоден для целей прямого ночного видения, т.к. такой экран не согласуется по спектру с глазом. В связи с этим для целей фото- и видеосъемки такие ЭОП не получили распространение. Из рис. 6 следует, что для этих целей вполне подходит и стандартный ЭОП с желто-зеленым экраном. Для фото- и видеосъемки с черно-белого экрана ТВ-монитора (рис. 7) обеспечивается приемлемое согласование по спектру с черно-белой фотопленкой (рис. 3) и матрицей ПЗС (рис. 6). Также нет проблем согласования по спектру цветного экрана ТВ-монитора с цветной фотопленкой (рис. 8) и матрицей ПЗС (рис. 6).
Рис. 4. Кривые зависимости светоотдачи g (о/е) экранов ЭОП от длины волны l (нм) [35]: а – синий (З-47), б – желто-зеленый (Р-20), в – красный (Р-25), г – желто-зеленый (Р-43) для “голографических” очков ночного видения [39]
Рис. 5. Инерционные характеристики экранов ЭОП при различных длительностях световых импульсов, воздействующих на фотокатод ЭОП [35]: 1 – экран Р-20; 2, 3 – экран P-20 и соответственно экран Р-43 при воздействии на них непрерывного во времени света; 4 – экран Р-47; а – длительность светового импульса tи = 100 нс; б – tи = 1 мс
Рис. 6. Спектральная характеристика матриц ПЗС: а – для черно-белой ТВ-камеры [36], б – для цветной ТВ-камеры [40]
Рис. 7. Спектральная характеристика экрана белого свечения для черно-белого телевидения
Рис. 8. Кривые спектральной чувствительности цветной негативной пленки:
а – синечувствительный слой,
б – зеленочувствительный слой,
в – красночувствительный слой [33]
Для расчета необходимой чувствительности S фотопленки по схеме рис. 11 используем формулу:
S = 10 Н-1, (1)
где Н – экспозиция, лк•с.
Н = Е t, (2)
где Е – освещенность пленки, лк;
t – время экспозиции, с.
Е = p L tоп Sin2U', (3)
где L – яркость изображения на пленке, кд/м2,
tоп – пропускание оптики переноса
U' – половина апертурного угла в пространстве изображений, град.
Н = 0,25 p L tоп Гоп-2 О2 t, (4)
где Гоп – увеличение оптики переноса, крат,
О – ее относительное отверстие.
При фотографировании импульсных сигналов
Н = Еср F-1, (5)
тогда
Н = 0,25 p Lср tоп Гоп-2 О2 t F-1, (6)
где Еср, Lср – соответственно средняя освещенность и средняя яркость изображения на экране.
Рис. 9. Характеристическая кривая черно-белой фотопленки определение по ней чисел чувствительности негативных фотопленок; D – светочувствительность, Н – экспозиция [33]
Рис. 10. Характеристические кривые негативного многослойного цветного фотоматериала: S – светочувствительность, L – фотографическая широта [33]
Рис. 11. Схема для расчета требуемой чувствительности пленки при фотографировании с экрана ЭОП: 1 – ЭОП, 2 – оптика переноса, 3 – фотопленка, U, U? – половина апертурного угла в пространстве предметов и в пространстве изображений соответственно
При этом, как обычно, используем характеристическую кривую фотоматериала для выхода в режим нормальных экспозиций [33].
На практике встречается задача фотографирования малоразмерного лазерного пятна подсвета на местности, наблюдаемой в ПНВ. Оптимальная экспозиция на фотопленке для средней точки характеристической кривой в пределах нормальной экспозиции определяется по формуле (1). Из нее находим Е, задаваясь величиной t. Тогда яркость изображения пятна подсвета на экране ЭОП определится по формуле:
где e(l) – спектральная плотность излучения источника “А”, о/е,
V(l) – спектральная чувствительность глаза, о/е,
S(l) – спектральная чувствительность пленки, о/е,
l1, l2 – спектральный рабочий диапазон экрана ЭОП, мкм.
Яркость L изображения пятна на экране ЭОП равна:
L = L1 + L2 + L3, (8)
где L1, L2, L3 – яркость изображении пятна, создаваемого лазерным осветителем, яркость изображения местности, яркость темнового фона ЭОП соответственно, кд/м2.
L2 = hА Е1 Гэ-2 p-1, (9)
где hА – паспортное значение коэффициента преобразования ЭОП,
Гэ – электронно-оптическое увеличение ЭОП, крат.
Е1 = 0,25 rф Ем Оо2 tо tа, (10)
tа = exp (-aD), (11)
где Е1 – освещенность на фотокатоде ЭОП в изображении пятна подсвета, лк,
rф – коэффициент яркости фона,
Ем – освещенность на местности, лк,
Оо – относительное отверстие объектива ПНВ,
tа – пропускание атмосферы,
a – коэффициент ослабления излучения в атмосфере, 1/м,
D – дальность от ПНВ до пятна подсвета, м.
L1 = L – (L2 +L3), (12)
Е1 = L1 Гэ2 p hА-1, (13)
Зная Е1, находим необходимую силу света I лазерного осветителя по формуле:
I = 4 D2 Sп Е1 ехр (aD) (p dвх2 tо)-1, (14)
где Sп – площадь изображения на фотокатоде пятна подсвета, м2,
dвх – диаметр входного зрачка объектива, м.
Эти формулы справедливы и для случая видеосъемки, только привязываться следует тогда к чувствительности матрицы ПЗС.
В заключение следует сказать несколько слов о фотографировании в нескольких спектральных диапазонах, в частности, в области спектра 0,4 – 0,9 мкм и 8 – 12,5 мкм. Прибор для работы в этих областях спектра был создан для дистанционной цифровой съемки с воздуха наземных объектов и подстилающей поверхности в любое время суток [36]. Такой малогабаритный сканирующий прибор состоит из оптико-механического. Электронного и аппаратно-программного блоков. Двугранное сканирующее зеркало прибора обеспечивало поле обзора до 1200. При этом масса и габариты оптико-механического блока равны соответственно 6 кг и Ж200х250 мм. Энергопотребление прибора не превышало 30 Вт при питании от напряжения =27 В. Тепловизионный канал содержал 8-элементное фотоприемное устройство на основе КРТ, охлаждаемое до 77 К с удельной обнаружительной способностью 4х1010 см Гц1/2 Вт-1. Обнаруживаемая разность температур составляла 0,1 К. ТВ-канал был выполнен на базе ТВ-камеры с матрицей ПЗС типа РD3798 с числом элементов в линейке 5348. Аппаратно-программный блок обеспечивал режимы съемки, обработки, запись и отображение в реальном масштабе времени формируемых изображений и запись дополнительной служебной информации. Программа работы этого блока обеспечивала совместную обработку изображений обоих каналов с построением синтезированного изображения в форме карты оценок коэффициентов корреляции. Цифровые изображения в видимом и ИК-диапазонах спектра могут формироваться в виде топографической карты, привязанной к координатам. В результате испытаний прибора были получены интегрированные изображения, фактически представляющие собой карту местности с учетом информационных признаков, создаваемых в обоих каналах (фото 18).
| ||
| а) | б) | в) |
Фото 18. Изображения подстилающей поверхности, полученные с помощью двухканального прибора [36]: видимый диапазон (а), ИК-диапазон (б), корреляционное изображение – карта (в)
Таким образом, существует значительное количество разнообразных приборов для ночной фото- и видеосъемки, обеспечивающее широкие возможности для разнообразных применений.
Литература
1. Ralay Lenses. Проспект фирмы Edmund Scientific Company. Германия, 2002.
2. Pocket Scope ORT 3152.Проспект фирмы Ortec Ltd. Electro-optics Industry. Израиль, 2002.
3. Javelin Night Viewing Devices. Проспект фирмы Javelin Electronics, США, 1974.
4. CCTV Intensifier Module Nite MateTM. Проспект фирмы Intervac EO Sensor Division, США, 1999.
5. Third Generation Night Vision Pocketscope VNVA-311 SCOUT. Проспект фирмы Intervac EO Sensor Division, США, 1999.
6. TS-5. Crew served weapon sight and medium range night observation device.Проспект фирмы Ortec Ltd., Израиль, 1998.
7. Litton M944 Gen 3 modular night vision system. Проспект фирмы Litton, США, 1999.
8. Night Vision Equipment Catalog. Каталог фирмы Night Vision Equipment Company, США, 2003.
9. Night Vision Device “NITE-EYE”. Varo Inc. Electron Devices, США, 1990.
10. Night Vision Device NVS-100. Проспект фирмы OPTIC-ELECTRONIC CORP., США, 1990.
11. Night Vision Devices проспект фирмы Davin Optical Ltd., Великобритания, 1990.
12. ORION 80B Nachtsehfernrohr. Проспект фирмы Zeiss, Германия, 1990.
13. STAR-TRON Night Vision Systems. Проспект фирмы Smith and Wesson, США, 1989.
14. Night Vision productions. Проспект фирмы Varo Inc., США, 1990.
15. Rollei Prezisionsfertigung und optoelectronisches Know-how. Проспект фирмы Rollei Fototechnick Gmbh, Германия, 2000.
16. Приборы ночного видения. Проспект ГУП ПО НПЗ, РФ, Новосибирск, 2003.
17. Каталог технических изделий. Выпуск 1. Фирма NOVO, РФ, М., 2000.
18. Mini L.L.L. Laser-Augmented Video Camera M-2001. Проспект фирмы International Technologies (Lasers) Ltd., Израиль, 2001.
19. Гейхман И.Л., Волков В.Г. Основы улучшения видимости в сложных условиях. М., Недра-Бизнесцентр, 1999., 286 с.
20. Груздев В.Н., Иванов В.Н., Суриков И.Н., Шилин Б.В. Дистанционные наблюдения в ультрафиолетовом диапазоне. Оптический журнал, т.70, 2003, № 5, с.56 – 59.
21. Scene Scope. Прибор для оперативной работы на месте преступления. Проспект фирмы SPEX Forensics, США, 2003.
22. Оптико-электронный прибор Корона. Проспект НПО ГИПО, Татарстан, Казань, 2002.
23. Комбинированный прибор ПК-1. Проспект МНПО “Спектр”, РФ, М., 2001.
24. Волков В.Г., Лазерные осветители и целеуказатели для приборов ночного видения.//Специальная техника, 2002, № 2. с.2 – 10.
25. Волков В.Г., Коган Л.М. Телевизионные системы с использованием светодиодных осветителей. Электронные компоненты, 2002., № 2, с. 27 – 31.
26. Малогабаритные ультрафиолетовые осветители. Проспект МНПО “Спектр”, РФ, М., 2001.
27. Аппаратура контроля с помощью ультрафиолетового излучения. Каталог ЗАО ПАНАТЕСТ, РФ, М., 2000.
28. AGA Thermovision 110. Проспект фирмы Agema Infrared Systems. Швеция, 1987.
29. ИК сканеры серии Thermoviision 400. Проспект фирмы Agema Infrared Systems, 1993.
30. Тепловизор ThermoCAMTM P60. Выбор профессионалов. Проспект фирмы ПЕРГАМ, РФ, М., 2003.
31. ThermoCAMTM E2. самая компактная инфракрасная камера в мире. Проспект фирмы ПЕРГАМ, РФ, М., 2003.
32. ThermoCAMTM А20М. Проспект фирмы ПЕРГАМ, РФ, М., 2003.
33. Фомин А.В., Общий курс фотографии. М. Легпромбытиздат, 1987, 256 с.
34. Фотографически пленки. Проспект фирмы НПО “ФоМос”, РФ, М., 2002.
35. Image Intensifiers. Проспект фирмы Hamamatsu, Япония, 2003.
36. Телевизионные видеокамеры. Цифровые системы видеонаблюдения. Проспект фирмы ЭВС, РФ, Санкт-Петербург, 2003.
37. Павлов Н.И., Ясинский Г.И. малогабаритный оптико-электронный сканирующий прибор для аэросъемки в видимом и инфракрасном диапазонах. Оптический журнал, т.70, 2003, № 4, с.11 – 14.
38. Специальные приборы ночного видения.//Специальная техника, 1999, № 3, с.20 – 23.
39. Волков В.Г. Наголовные приборы ночного видения.//Специальная техника, 2002, № 5, с.2 – 15.
40. Неизвестный С.И., Никулин О.Ю. Приборы с зарядовой связью – основа современной телевизионной техники. Основные характеристики ПЗС.//Специальная техника, 1999, № 5, с.30 – 38.
Статья опубликована на сайте: 28.04.2006