Прилад нічного бачення

1. Прилад нічного бачення, що включає оптичну систему, перетворювач оптичного сигналу у відеосигнал, сполучений з оптичною системою і блок обробки відеосигналу, зв'язаний з перетворювачем оптичного сигналу у відеосигнал, який відрізняється тим, що містить блок змінних світлофільтрів, який розміщений між оптичною системою і перетворювачем оптичного зображення у відеосигнал. 2. Прилад нічного бачення за п. 1, який відрізняється тим, що перетворювач оптичного сигналу у відеосигнал виконаний на основі ПЗЗ-матриці. 3. Прилад нічного бачення за п. 2, який відрізняється тим, що оптична система складається із набору лінз, які утворюють афокальну насадку змінного оптичного підсилення і світлосильний об'єктив, розділені між собою діафрагмою. 4. Прилад нічного бачення за пп. 1 і 2, який відрізняється тим, що світлофільтри блока змінних світлофільтрів мають різні оптичні властивості і розташовані у двох оправах, які розміщені одна за одною і мають можливість незалежного обертання для суміщення окремих світлофільтрів з загальною оптичною віссю. 5. Прилад нічного бачення за п. 4, який відрізняється тим, що оправа, встановлена першою на шляху руху світлового струму, має поляризаційні світлофільтри, а друга - поляризаційні і неполяризаційні світлофільтри. 6. Прилад нічного бачення за п. 1, який відрізняється тим, що блок обробки відеосигналу має персональний комп'ютер і відеомагнітофон. Корисна модель відноситься до оптикоелектронних приборів, а саме до приборів нічного бачення, що призначені для спостереження на місцевості, охорони об'єктів і територій, проведення наукових, рятувальних і інженерно-технічних робіт, особливо в умовах природній нічній освітленості при відсутності джерел видимого світла. Відомий прилад нічного бачення на основі електронно-оптичного перетворювача (ЕОП) [Волков В.Г. Физико-технические основы построения телевизионных приборов ночного видения, с.2, http://barsiccat.narod.ru/tkt/archive/07_2002/volkoiv.htm], що включає оптичну систему, що складається із об'єктиву, електронно-оптичного перетворювача та оптики переносу, перетворювач оптичного сигналу у відеосигнал, сполучений з оптичною системою і блок обробки відеосигналу, зв'язаний з перетворювачем оптичного сигналу у відеосигнал. Ознаками даного відомого рішення, що співпадають з ознаками рішення, що заявляється є: прибор нічного бачення, що включає оптичну систему, перетворювач оптичного сигналу у відеосиг нал, сполучений з оптичною системою і блок обробки відеосигналу, зв'язаний з перетворювачем оптичного сигналу у відеосигнал. Дана система не дозволяє забезпечити підвищення якості зображення об'єктів спостереження в різних атмосферних умовах. Найбільш близьким відомим рішенням до piшення, що заявляється є прилад нічного бачення [патент США №5745170, МКВ 7 H04N 5/225, пріоритет від 01.11.95], що включає оптичну систему, перетворювач оптичного сигналу у відеосигнал, сполучений з оптичною системою і блок обробки відеосигналу, зв'язаний з перетворювачем оптичного сигналу у відеосигнал. Ознаками даного відомого рішення, що співпадають з ознаками рішення, що заявляється є: прилад нічного бачення, що включає оптичну систему, перетворювач оптичного сигналу у відеосигнал, сполучений з оптичною системою і блок обробки відеосигналу, зв'язаний з перетворювачем оптичного сигналу у відеосигнал. Особливістю роботи відомого приладу нічного бачення є те, що за рахунок використання пере 00 5Г 6845 творювач оптичного сигналу у відеосигнал на основі ПЗЗ-матриці замість ЕОП дозволяє підвищити якість передачі зображення об'єктів спостереження. Відомий прилад дозволяє здійснити регулювання оптичного підсилення за рахунок зміни фокусній відстані оптичної системи. Однак відомий прилад нічного бачення не дозволяє забезпечити підвищення якості зображення об'єктів спостереження в різних атмосферних умовах Причиною, що перешкоджає одержанню очікуваного результату у відомого рішення є відсутність блоку змінних світлофільтрів для фільтрації світлових потоків, які проходять по оптичному шляху приладу нічного бачення, в різних атмосферних умовах. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення приладу нічного бачення, у якого за рахунок конструктивних особливостей забезпечується підвищення якості зображення об'єктів спостереження в різних атмосферних умовах. Поставлена задача вирішується тим, що прилад нічного бачення, що включає оптичну систему, перетворювач оптичного сигналу у відеосигнал, сполучений з оптичною системою і блок обробки відеосигналу,зв'язаний з перетворювачем оптичного сигналу у відеосигнал, відповідно до корисної моделі, містить блок змінних світлофільтрів, який розміщений між оптичною системою і перетворювачем оптичного зображення у відеосигнал. Доцільно, у приладі нічного бачення перетворювач оптичного сигналу у відеосигнал виконати на основі ПЗЗ-матриці. Доцільно, щоб у приладі нічного бачення оптична система складалась в набору лінз, які утворюють афокальну насадку змінного оптичного підсилення і світлосильний об'єктив розділених між собою діафрагмою. Доцільно, щоб у приладі нічного бачення світлофільтри блока змінних світлофільтрів мали різні оптичні властивості і були розташовані у двох оправах, які розміщені одна за одною і мали можливість незалежного обертання для суміщення окремих світлофільтрів з загальною оптичною віссю. Доцільно, щоб у приладі нічного бачення оправа, що встановлена першою на шляху руху світлового струму мала поляризаційні світлофільтри, а другою - поляризаційні і не поляризаційні світлофільтри. Доцільно, щоб у приладі нічного бачення блок обробки видеосигналу мав персональний комп'ютер і відеомагнітофон. Указані признаки складають сутність корисної моделі. Між сукупністю суттєвих ознак, приладу нічного бачення, що заявляються і досягнутим результатом існує причинно-наслідковий зв'язок, який пояснюється наступним. Принцип дії приладу нічного бачення заснований на перетворенні ближнього інфрачервоного випромінювання у видиме і підсиленні низьких рівнів яскравості, які утворюються на об'єкті спостереження та місцевості, яка його оточує за рахунок нічного неба і зірок. Використання перетворювача оптичного сигналу у відеосигнал на основі високочутливої ПЗЗ-матриці замість традиційних ЕОП підвищує чутливість приладу нічного бачення. Зображення у реальному часі може виводиться на монітор блоку обробки видеосигналу, а завдяки відеовиходу може передаватися на персональний комп'ютер, або записуватися на відеомагнітофон. Оптичний сигнал, який приймається, може мати змінне підсилення завдяки можливості зміни фокусної відстані лінз оптичної системи приладу. Шуми світлових потоків, що виникають у результаті змін поляризації світла при відображенні від поверхонь складових атмосферної або повітряної димки усувають за допомогою поляризаційних і не поляризаційних світлофільтрів блоку змінних світлофільтрів, який розміщують, між оптичною системою і перетворювачем оптичного зображення у відеосигнал. Таким чином, сукупність істотних ознак, які приведені у формулі корисної моделі дозволяють підвищити якість зображення об'єктів спостереження в різних атмосферних умовах. Нижче приводиться опис запропонованого приладу нічного бачення, який ілюструється кресленням, де на фіг. 1 зображена загальна схема приладу нічного бачення, а на фіг. 2 - оправи для світлофільтрів блоку змінних світлофільтрів. Дана корисна модель пояснюється конкретним прикладом виконання, який однак не є єдино можливим, але наочно демонструє можливість досягнення даною сукупністю ознак заданого технічного результату. Прилад нічного бачення відповідно фігурі 1 містить корпус 1, оптичну систему 2 з змінним підсиленням, яка змонтована у корпусі 1 і складається із набору 3 лінз, які утворюють афокальну насадку 4 змінного оптичного підсилення і світлосильний об'єктив 5, розподілені між собою діафрагмою 6. На загальній оптичній осі 7 з оптичною системою 2 установлений перетворювач оптичного сигналу у відеосигнал 8 на основі ПЗЗ - матриці (на фіг. 1 не показана), яка має фотоприймач 9. Між фотоприймачем 9 і світлосильним об'єктивом 5 установлений блок змінних світлофільтрів, що має поляризаційні світлофільтри 10 і не поляризаційні 11 (фіг. 2), з різними оптичними властивостями і розташовані у двох оправах: оправі 12, яка встановлена першою на шляху руху світлового струму і має тільки поляризаційні світлофільтри 10 і оправі 13, яка встановлена другою і має, як поляризаційні світлофільтри 10, так і не поляризаційні світлофільтри 11. Для прийому видеосигналу прилад нічного бачення має блок обробки відеосигналу що має персональний комп'ютер 15, відеомагнітофон 16. Прилад нічного бачення працює таким чином. Принцип дії приладу нічного бачення заснований на перетворенні ближнього інфрачервоного випромінювання у видиме і підсиленні низьких рівнів яскравості, що створюються на об'єкті спостереження і місцевості, яка його оточує за рахунок світіння нічного неба і зірок. Світловий струм проходить через набір 3 лінз афокальної насадки 4 змінного оптичного підсилення і світлосильний об'єктив 5 формують інфрачервоне зображення об'єкту на фотоприймачі 9 перетворювача оптичного сигналу у відеосигнал 8 на основі ПЗЗ 6845 матриці. Фокусування - наведення на різкість може здійснюватися шляхом зміни фокусної відстані, як світлосильним об'єктивом 5 так і самим перетворювачем оптичного сигналу у відеосигнал 8 на основі ПЗЗ-матриці. Фокусування шляхом зміни фокусної відстані обумовлює масштаб зображення. Діафрагма 6 дозволяє змінювати кількість світла, яке попадає на світлосильний об'єктив 5. Діафрагмування здійснюється за рахунок зменшення діючого (світлового) отвору діафрагми 6. При цьому зменшується освітленість оптичного зображення, що формується світлосильним об'єктивом 5 і збільшується глибина простору, який різко зображується. Надмірне діафрагмування може приводити до зниження пропускної спроможності світлосильного об'єктиву 5, що у результаті підвищує дифракцію світла. Перетворювач оптичного сигналу у відеосигнал 8 будується на основі ПЗЗматриці. ПЗЗ це скорочення повного найменування приборів з зарядовим зв'язком, що дозволяють одержувати зображення за рахунок перетворення фотонів світла у фотоелектрони (електричний струм). Ці прибори відрізняються кращою чутливістю до світла та меншими шумами перед іншими відомими приборами. Світло, що падає на фотоприймач 9 ПЗЗ-матриці спричиняє накопичення у кожному осередку матриці електричного заряду, пропорційного освітленості цього осередку і цей електричний заряд періодично послідовно зчитується з усіх осередків матриці перетворюється у відеосигнал, який може виводитися на монітор, передаватися на персональний комп'ютер 15 і записуватися на відеомагнітофонів. Поверхня ПЗЗматриці складається із множини світлочутливих осередків-пікселей (їх звичайно від 270000 до 440000). Чим більше число пікселей, тим зображення більш якісне і чітке. Тому, що уночі струм фотонів зменшується, то число фотоелектронів, які накопичуються у пікселі ПЗЗ-матриці також зменшуються за кадр, а зображення різко погіршується. У такому разі світловий шум стає головною перешкодою одержування якісного зображення. Світловий шум може бути обумовленим дискретною природою світла, коли світловий струм шумить унаслідок падіння фотоелектронів нерівномірно у часі і просторі. Окрім того, природне світло є неполяризованим або частково поляризованим, причому коливання напруженості хвилі світла здійснюється в усіх напрямках (перпендикулярно направленню поширенню хвилі). Особливо сильну дію здійснюють перешкоди від атмосферної або повітряної димки. Атмосферна димка (або повітряна) це розсіювання світла у повітрі як частками повітря ( що виявляється у великій товщі повітря) так і різними іншими частками: дрібними крапельками води, порошинами і другими включеннями, які порушують однорідність повітря. Атмосферна, або повітряна димка дуже знижує контрасти і дає загальну вуаль, особливо при контровому світлі. При відображенні хвилі світла від хаотично розміщених крапельок вологи або твердих часток змінюється загальна орієнтація поверхні поляризації світла. Світло з іншою орієнтацією поверхні поляризації у більшої або меншої степені гаситься при відображенні. В умовах поганої видимості з'являється різке перекручування загальної картини об'єкту спостереження, упритул до повного перекручування зображення. Для орієнтації не поляризованого або частково поляризованого світла використають поляризаційні світлофільтри 10 і не поляризаційні світлофільтри 11. Оправі 12 і 13 розташовані один за одним (для зменшення розсіювання світла) і мають можливість обертання під дією руки користувача приладу нічного бачення до суміщення окремих змінних поляризаційних світлофільтрів 10 і не поляризаційних світлофільтрів 11 з загальною оптичною віссю 7. Найбільш чітке зображення підбирають вручну, обертанням як одної оправи 12 з змінними світлофільтрами 10, так і двома оправами 12 і 13, що має світлофільтри 10 і 11. У якості поляризаційних світлофільтрів 10 і не поляризаційних світлофільтрів 11 можуть бути використані, наприклад, кольорові: жовтий, зелений, помаранчевий, червоний, жовто-зелений та інші. Робочій відрізок між світлосильним об'єктивом 5 та фотоприймачем 9 ПЗЗ-матриці дозволяє здійснити установку і зміну поляризаційних світлофільтрів між останньою лінзою об'єктиву 5 та фотоприймачем 9 ПЗЗ-матриці. Така установка оправ 12 і 13 (поблизу фотоприймача 9) дозволяє максимально ефективно уникнути утрат при проходженні світлового струму від світлосильного об'єктиву 5 до фотоприймача 9, тому що при установці світлофільтрів на вході, не дозволяє уникнути додаткових утрат якості зображення від атмосферних явищ, таких як дощ, сніг, пил та інших. Установка оправ 12 і 13 з світлофільтрами на інших ділянках між входом і фотоприймачем 9, окрім того яке заявлене, не дозволяє уникнути утрат якості зображення, що виникає у результаті зміни поляризації світлового струму після світлофільтрів. Отже чим коротше шлях між другою оправою 13 та фотоприймачем 9 тим краще для якості зображення. Приклади. 1. Відеоспостереження, дата спостереження 8.10.2004- (11-12 година ранку). Умови спостереження: туман, хмарно. Видимість - до 300 метрів. Розташування Сонця за хмарами приблизно 90°. Світлофільтр: (помаранчевий) О- 2,8х (тут і далі маркірування світлофільтра російською мовою) - дальність спостереження до 10км. 2. Відеозапис, дата запису 13-14 листопада 2004р. (символи генератора на екрані) - уночі. Видимість - до 150 метрів, туман, хмарно. Світлофільтр КС (темно-червоний) - дальність спостереження крупних об'єктів до 2км. Світлофільтр ИКС (інфрачервоний) - якість спостереження поліпшилось, дальність до 5км. Таким чином використання приладу нічного бачення дозволяє підвищити якість зображення об'єктів спостереження в різних атмосферних умовах. 6845 І4 15 16 Фіг. 1 12 Комп'ютерна верстка Г. Паяльніков ФІГ. 2 Підписне 11 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ - 4 2 , 01601