Články

Základné pojmy v teórii nočného videnia

V súčasnosti existuje niekoľko technických možností, ako tmu premeniť na prostredie, v ktorom človek je schopný (s určitými obmedzeniami) vykonávať činnosti predtým nemysliteľné, pričom jeho samotného ukrýva tma (samozrejme pokiaľ protistrana nedisponuje podobným, prípadne ešte výkonnejšími pomôckami). Nasledujúce riadky pojednávajú o väčšine z nich.

V súčasnosti existuje niekoľko technických možností, ako tmu premeniť na prostredie, v ktorom človek je schopný (s určitými obmedzeniami) vykonávať činnosti predtým nemysliteľné, pričom jeho samotného ukrýva tma (samozrejme pokiaľ protistrana nedisponuje podobným, prípadne ešte výkonnejšími pomôckami). Nasledujúce riadky pojednávajú o väčšine z nich. Technické prostriedky pomocou ktorých dochádza k premene tmy na prostredie vyhovujúce možnostiam ľudského oka budeme v súlade so zaužívanou praxou nazývať nočné videnie (NV). NV by som rozdelil do niekoľkých skupín, líšiacich sa odlišným princípom riešenia horeuvedeného problému vedenia činnosti za tmy, a to na:

-  digitálne prístroje NV,

- zosiľovače zostatkového svetla (svetlo Mesiaca, hviezd, umelé svetlo z obcí a iných zdrojov),

-  termovízia – využívajúca k zobrazeniu rozdiely v teplotách jednotlivých predmetov.

Digitálne prístroje nočného videnia pracujú so  svetlocitlivými CCD senzormi. Prístroje sú schopné prevádzky za denných i nočných podmienok. Pri zväčšujúcej sa tme dochádza k nárastu šumu (ruchov), ten je však u dobrých prístrojov odstraňovaný pri digitálnom spracovaní obrazu v reálnom čase. V súčasnosti digitálne nočné videnie trpí na zväčša  slabé rozlíšenie a nízku kvalitu obrazu pri malom výkone. Prístroje vyžadujú intenzívne prisvecovanie IR iluminátormi, nakoľko ich vlastná schopnosť zosilňovať zostatkové svetlo je zanedbateľná (2-3x). IR iluminátory majú vysoký výkon, navyše pracujú s frekvenciami okolo 900-940 nm, ktoré podľa niektorých poľovníkov v kombinácii s vysokým výkonom okolo 2000 mW zver vyrušujú. Vzdialenejšia budúcnosť nám podľa mojej mienky prinesie mnoho zlepšení. Prístroje sa navyše už dnes vyznačujú veľmi nízkou hmotnosťou, nízkou cenou a veľkou odolnosťou. Na rozdiel od klasických noktovízorov je ich požitie počas dňa úplne bezproblémové a nedochádza k postupnému klesaniu parametrov a celkovej degradácii prístroja. Sú nenáročné na obsluhu a predovšetkým v prostredí s vyššou hladinou zostatkového osvetlenia (mestské prostredie, strážené objekty s vlastným elektrickým osvetlením, blízkosť rušnej komunikácie s hustou premávkou) majú svoje nezastupiteľné miesto už dnes. Prednostné využitie vidíme u SBS (výhodou je ľahké zacvičenie obsluhy, vysoká odolnosť CCD senzora, vyššia hladina svetelného smogu v okolí strážených objektov). S tvrdeniami výrobcov o výkonoch na úrovni minimálne druhej generácie sa nevieme stotožniť, testovali sme i drahé prístroje, niekoľkonásobne cenou i výkonmi prevyšujúce nami ponúkané, a ich výkony za niektorých podmienok zaostávali i za prístrojmi 1. gen. Predovšetkým úplná tma s vyššou percentuálnou vlhkosťou ovzdušia sa zdá veľmi nepriaznivým prostredím, kde dosah prístrojov klesá z udávanej hodnoty stoviek metrov na 40-70 m, pričom kvalita obrazu je veľmi nízka. Je potrebné rátať i s vysokými nárokmi na spotrebu elektrických článkov. Čas potrebný na zlepšenie parametrov prístrojov je odhadovaný od niekoľkých desiatok mesiacov až po desiatky rokov. V súčasnosti, podľa nás, prístroje nespĺňajú očakávania kladené na tzv. nočné videnie. Nás budú zaujímať predovšetkým zosilňovače zbytkového svetla, ktoré (okrem termovízie) sú podľa našich vedomostí najvýhodnejšou  alternatívou pre orientáciu za nočných podmienok. Takže vráťme sa opäť k  zosilňovačom zbytkového svetla. V súčasnosti existujú 4. generácie týchto zosilňovačov (vlastne 5: 0. generácia až. 4. generácia).

Ako to vlastne funguje: Dopadajúce fotóny vybudzujú elektróny v zariadení nazývanom elektrooptický menič (EOM), ktorý sa skladá z fotokatódy, násobiča elektrónov a mriežky potiahnutej fosforom. Elektróny vybudené dopadajúcim zbytkovým svetlom (fotónmi)  sa uvoľňujú z fotokatódy a narážajú na mriežku potiahnutú fosforom – z toho zelená farba výsledného obrazu, pričom elektróny sa opäť menia na viditeľné svetlo. EOM je z výroby vybavený svetlocitlivou vrstvou umožňujúcou tento proces. EOM sú v súčasnosti v 5. generáciách, a to 0. až 4. gen.

Niekoľko pojmov, ktoré môžu všeličo objasniť:

CITLIVOSŤ FOTOKATÓDY - množstvo el. energie vytvorené dopadom svetla na fotokatódu - v mikroAmpéroch. Množstvo fotónov  - 1 Lumen je svetelný tok vyžarovaný do priestorového úhlu veľkosti 1 steradiánu bodovým zdrojom, ktorého svietivosť je vo všetkých smeroch 1 kandela (lumen - jas dopadajúci na fotokatódu). Čím je hodnota citlivosti vyššia, tým je EOM výkonnejší. Odozva na dopadajúce fotóny je jedným zo základných parametrov, určujúcich hodnotu EOM a následne celého prístroja.

ROZLÍŠENIE OBRAZOVKY - udáva počet dvojíc čiar na 1mm, pokiaľ sa dajú rozpoznať ako dve čiary - než splynú v jednu - (ostrosť obrazu), súčasné hodnoty sa pohybujú od 28lp/mm po max. 84lp/mm. Obraz so zväčšujúcimi sa hodnotami rozlíšenia sa stáva čoraz jemnejší, vernejší a bohatší na detaily – tie sú dobre pozorovateľné na veľké vzdialenosti. Už malé zlepšenie tohto parametru spôsobuje enormný nárast pocitu vnímania hĺbky a priestorového videnia. Platí približne pravidlo, že na 1lp/mm rozlíšenia, musí výrobca investovať do vývoja a výroby cca 1 mil USD. Prístroje s nízkymi hodnotami rozlíšenia nemá význam osadzovať predsádkami so zväčšením, nakoľko im chýba potenciál k detailnému vykresleniu pozorovaného objektu. Jediným výsledkom je nejasný rozmazaný obraz a silne zúžené zorné pole.

POMER SIGNÁL/ŠUM - udáva koľkokrát je užitočný signál silnejší, než hladina rušivého šumu, pod ktorou nie je obraz vidieť - (zrnenie obrazu).Pomer S/R alebo S/N udáva jeden z najdôležitejších parametrov pri veľmi zlých svetelných podmienkach, udáva nám, koľkokrát je žiadaný obraz silnejší, ako hladina okolitého šumu. Jeho bežné hodnoty sa pohybujú v rozmedzí od 10-18:1, ale nie sú výnimkou aj hodnoty 4:1. Vynikajúce sú hodnoty nad 18:1, absolútnou špičkou medzi súčasnými prístrojmi sú hodnoty 32:1 (ceny sú takisto špičkové - určite nad 6000 EUR). Pri zlepšovaní parametrov NV je veľký dôraz kladený práve na tento parameter, ktorého hodnota sa ustavične zväčšuje.

 

Nasledujúce pomery čísel zobrazujú náhľad parametra signál/šum:

            1 : 1                          2 : 1                          3 : 1                          4 : 1                          5 : 1

            6 : 1                          7 : 1                          8 : 1                          9 : 1                         10 : 1

            11 : 1                        12 : 1                        13 : 1                        14 : 1                        15 : 1

                                   16 : 1                                                                          20 : 1

                                   25 : 1                                                                          1 : 0

 
Pozn.: Uvedené obrázky znározňujúce parameter Signál/Šum sú len ilustračné a slúžia len ako príklad pre názornejšiu predstavu daného parametra.


Zosilnenie jasu meniča - svetlo dopadajúce na fotokatódu meniča je zosilnené a premietané na obrazovke - koľkokrát je svetlo zosilnené.

Svetelnosť objektívu - má veľký vplyv na pracovný dosah prístrojov (napr. F 100 /1,5) F 100- ohnisková vzdialenosť 1.5- svetelnosť. Výpočet - 100 : 1.5 = 66.6    mm - priemer objektívu. Čím nižšia hodnota svetelnosti, tým lepšia viditeľnosť. Optimálna hodnota svetelnosti do 1,5.

Milspec. - označenie pre armádne určenie. Znamená, že kvalita a výkon meniča spĺňa požiadavky pre použitie v armáde.
Photonis-DEP – Francúzsko-Holandská spoločnosť vyrábajúca meniče špičkovej kvality.

FOM – z originálneho Figure of Merit – môžeme preložiť ako úžitkovú hodnotu, efektívnosť- výsledok násobenia rozlíšenia lp/mm x pomer signál/šum, FOM prístrojov určených na export pre potreby ozbrojených zložiek štátov NATO nemôže prekročiť hodnotu 1600, mimo štátov NATO je táto hraničná hodnota už len 1250. Pre potreby individuálnych dovozcov je potrebné získať povolenie a exportné licencie (prakticky nezískateľné v USA, máme zabezpečenú distribúciu a servis prístrojov kanadskej (Newcon Optik) a európskej výroby (Nighttronic – EOM DEP)). Toto číslo, pri známych hodnotách parametrov rozlíšenia a S/R nám dáva reálnu predstavu o výkone a kvalite toho-ktorého zariadenia – čo úrady USA využívajú k definícii exportovateľnosti konkrétnych prístrojov.

EBI – parameter udávajúci nežiadúce svetielkovanie vlastného meniča, pohybuje sa v hodnotách medzi 0,05-0,25 mlx. Neprináša absolútne žiaden úžitok, jeho hodnota má byť čo najmenšia, nakoľko pôsobí rušivo na vlastnú funkciu EOM. Je to žiarenie - svetielkovanie – vychádzajúce z objektívu EOM.

Black Dots (Blemishes) - čierne body, chyby v obraze, sú často rušivé, ale v podstate sú normálnou súčasťou každého prístroja NV. Niektoré vznikajú už pri výrobe, iné spôsobí nahromadený alebo znečistený fosfor, prípadne sú dôsledkom stárnutia prístroja. U kvalitných  prístrojov Newcom je max. dovolený počet týchto tmavých bodov obmedzený na určitý počet, navyše sú rozdelené do jednotlivých zón koncentricky sa šíriacich z centra obrazu na perifériu v zónach A,B a C, prípadne 1,2 a 3. Max. povolený počet týchto bodov u prístrojov NV Newcon je 1,2 a 2.

Autogating - zabraňuje oslneniu (oslepeniu) pozorovateľa a rozširuje možnosti pozorovania i v podmienkach denného svetla. Špeciálna požiadavka armád pre používanie v podmienkach boja v mestskom prostredí. AG prináša max. kontrast aj v prostredí s veľkou intenzitou osvetlenia (stmievanie, rozvidnievanie).Všetky EOM 2. gen. a 3. gen. môžu byť vybavené AG.

Životnosť prístroja – pohybuje sa u prístrojov 2. gen. od 1000 až po 15 000 hodín, pričom dosiahne svoju 50% životnosť (50% Lifetime).Takýto prístroj je stále použiteľný, pričom však vykazuje známky starnutia. Poruchy elektroniky EOM sú veľmi vzácne, ide teda o jednoduché opotrebovanie prístroja v dôsledku dlhotrvajúcej prevádzky. IR žiariče, prípadne lasery treba používať iba v nevyhnutných prípadoch a s min. možnou intenzitou. Ich užívanie urýchľuje opotrebenie prístroja a jeho stárnutie. NV používané pri svite hviezd má 10 násobne dlhší životný cyklus ako NV používané s prisvecovaním IR.

.... Trocha neuspokojivé? Typický obraz opotrebovaného prístroja 3. gen.

Iný prístroj, zakúpený za akciovú cenu 700 libier na burze. Prasknutý, nehodiaci sa na nič, hoci 3. gen s vynikajúcimi papierovými parametrami žiaľ v tejto podobe môže slúžiť snáď len ako ťažítko.

Odolnosť voči rázom – bežné NV znáša  rázy do hodnoty 60-80 G bez problémov, NV určené k montáži na zbraniach majú tieto hodnoty posunuté do oblastí 300-500 G.

Zorné pole – veľmi podstatné pri prístrojoch bez zväčšenia, štandardná hodnota dosahuje v súčasnosti 40 st, okuliare NV fy Newcon NVS7-2/WA – Wide Angle sú 2. gen. prístroj so zorným poľom 60 st, čo je obrovský prínos pre dlhodobé nosenie (zväčšenie zorného poľa o 50%).

Honeycomb – hexagonálne (šesťuholníkové) útvary pripomínajúce včelie plásty. Tieto útvary nemusia byť stabilne viditeľné, ale len za určitých svetelných podmienok. Ide o pozostatok výrobného procesu, zvyčajne sú prítomné v kvalitných prístrojoch. Honeycombs nerušia pri pozorovaní a neprekrývajú pozorované objekty ako napríklad HALO efekt.

HALO - fenomén pripomínajúci svätožiaru okolo svetelných zdrojov, nakoľko dochádza k sťaženiu porovnania predmetov v okolí svetelných zdrojov, výrobcovia sa snažia tento efekt redukovať. Špičkový výrobcovia dosahujú redukciu o 40-65%. Po prvej vojne v Zálive armády Spojencov zistili, že ani najnovšie prístroje 3.gen. nenapĺňajú celkom ich požiadavky. Bol požadovaný vyšší výkon, lepšie rozlíšenie, účinnejšia ochrana pred oslepením prostredníctvom bodových svetelných zdrojov, predovšetkým v meste. Halo efekt spôsoboval veľké problémy. Odpoveďou popredných výrobcov bola súčasná generácia NV, označovaná ako 3+.- prístroje s tenkou iónovou bariérou Thinnfilm či  4. gen – bezbariérové NV. Označenie 3+ alebo 4. gen je len komerčné označenie, inak ide o výberové EOM 3. generácie so stenčenou alebo úplne absentujúcou iónovou bariérou. Tieto prístroje majú predĺženú životnosť na min 10,000 hodín prevádzky (myslené po 10 tis. hod. prístroj podáva min. 50% počiatočného výkonu), alebo skôr 12 000+ hodín.

Originál 3. Gen. US výroba s  GaAs EOM

Rozlíšenie 64 lp/mm

Pomerne veľké halo okolo svetelných zdrojov,

Časti objektov sú prekryté žiarou.

Obraz napriek vysokému rozlíšeniu 64 lp/mm pôsobí zahmlene, spôsobené iónovou bariérou originálnej 3. Gen. US výroby s  GaAs EOM.
 
 
Gen.2 Multialkaline (XD4 / Hypergen) min. 55lp/mm typ. 64+

Veľmi jasný, čistý a kľudný obraz s vysokým kontrastom, minimálnym  halo, optimálny výkon za všetkých svetelných podmienok.

Autogating - zabraňuje oslneniu (oslepeniu) pozorovateľa a rozširuje možnosti pozorovania i v podmienkach denného svetla. Špeciálna požiadavka armád pre používanie v podmienkach boja v mestskom prostredí. AG prináša max. kontrast aj prostredí s veľkou intenzitou osvetlenia (stmievanie, rozvidnievanie).Všetky EOM 2.gen. a 3.gen. môžu byť vybavené AG. Meniče 3. gen. Pinnacle sú štandardne vybavené touto funkciou. EOM vybavené funkciou Auto Gating boli vyvinuté, aby umožňili operácie označované ako 24/7, teda 24 hodín denne a 7 dní v týždni. AutoGating je štandardnou výbavou u XR5, Prestige+ AG a za príplatok je k dispozícii u XD4.
Vďaka elektronickej funkcii je EOM schopný pracovať za tak vysokých hodnôt okolitého svetla bez poškodenia, ktoré by iný menič zlikvidovali behom niekoľkých desiatok minút. Hovoríme nielen o prechodných obdobiach deň/noc ako sú svitanie či súmrak, ale aj o dynamicky sa meniacich podmienkach napríklad v mestskom prostredí s vysokými hodnotami elektrického svetla. S mnohými silnými bodovými zdrojmi  AG umožňuje vidieť objekty a ich detaily, ktoré sú inak schované v tieni, alebo automatické regulačné mechanizmy stmavia obraz natoľko, že detaily sú nerozpoznateľné. Navyše tieto meniče majú výrazne redukované HALO efekty. Všetky tieto vlastnosti radia EOM vybavené AG medzi svetovú špičku.

Original Datasheet  - najlepšie tento pojem vysvetlím, ak ho prirovnáme k dokladom, či už OP alebo Pasu. Ide o individuálny originál obsahujúci výrobné (sériové) číslo, presný dátum výroby (vek prístroja) a samozrejme zmerané  výkonové charakteristiky každého individuálneho prístroja. Netreba si tento pojem zamieňať s hocakým dokladom, ktorý obsahuje vypočítané alebo predpokladané výkony celej série zariadení. Individuálny originálny doklad obsahuje podpis konkrétneho technika, ktorý výkony prístroja premeral a doklad vystavil, ako aj pečiatku pracoviska, na ktorom bolo meranie uskutočnené. To je vlastne jediný certifikát zaručujúci pravosť zakúpeného tovaru, rovnako ako novosť prístroja. Príklad takéhoto dokladu si možete pozrieť nižšie. Ide o Data sheet firmy ITT z USA – prevedenie prístroja, ktorého export je zakázaný, hoci ide o komerčnú verziu prístroja. Je zhotovený z plastu. Data Sheet-y spoločnosti ITT sú však už dnes aspoň v tejto podobe minulosťou, nakoľko spoločnosť od marca 2006 prístroje dodáva bez nich. Firma Newcon vpisuje zmerané výkony priamo do záveru inštruktážneho manuálu, ktorý je zároveň záručným listom aj spomínaným Data sheet-om.

Pri posudzovaní kvality prístroja je potrebné sa oprostiť od predsudkov a falošných predstáv, ktoré do nás hustia redaktori a filmoví režiséri, ale prihliadať k horeuvedeným kritériám.

V médiách (často v tzv. béčkových filmoch) vidíme vojakov, prípadne iných hrdinov alebo štatistov vybavených NV, ako im žiaria na červeno alebo zeleno. V reáli by to znamenalo len jedno – rozhodne nie hrdinskú smrť týchto aktérov. Od vojenskej optiky očakávame prístroje vybavené excelentnou optikou umožňujúcou nám pohyb, orientáciu, prípadne streľbu v podmienkach, za ktorých to bežným okom nie je možné.  Navyše, tieto prístroje musia byť vodotesné (pozor, nie vodeodolné), nárazuvzdorné, robustné, nenáročné na údržbu, spoľahlivé s dlhou životnosťou – proste len tá najvyššia kvalita, nič iné. Musia vedieť pracovať len v pasívnom režime, pokiaľ možno bez prisvecovania IR, ktoré prezrádza Vašu polohu a navyše znižuje životnosť Vášho EOM. IR prisvecovanie sa v týchto podmienkach používa len v absolútne tmavých priestoroch, prípadne pri opravách techniky, alebo prezeraní mapy. V súčasnosti sa začínajú využívať monokuláry, ktoré síce neumožňujú stereoskopické videnie, pokiaľ sa nepoužívajú v pároch, ale zabraňujú (alebo oddiaľujú) vznik temporálnej slepoty pri dlhom užívaní, čo je jav bežný pri okuliaroch NV (v dôsledku úzkeho zorného poľa), navyše pocit vnímania hĺbky – 3.-dimenzionálne vnímanie priestoru - je na vyššej úrovni, ako  pri okuliaroch NV. To spôsobuje pri dlhšom používaní okuliarov NV, že stena ktorú považujete za vzdialenú, Vám dá najavo svoju blízkosť veľmi nešetrným spôsobom, prípadne konár, ktorému sa pokúšate zabrániť urobiť z Vás väčší špíz, sa nachádza o niekoľko metrov ďalej. Ďalším prínosom monokulárov je len jednostranné oslepenie (vyradenie prirodzenej schopnosti oka prispôsobiť sa nočným podmienkam) prostredníctvom zelenej žiary fosforového tienidla. Nezanedbateľným prínosom je takisto nižšia hmotnosť monokulárov (špičkové prístroje do 300 g) - komfort nosenia u týchto prístrojov je výrazne vyšší. Vojaci, ktorí zažili viachodinové hliadky alebo stráže s nasadenými okuliarmi NV, ktoré je zakázané zložiť počas hliadky, ich prirovnávajú k tortúram prinášajúcim bolesti hlavy a nevoľnosť inkvizičných rozmerov, niekedy pocity podobné klaustrofóbii. Pri zaťažení len jedného oka dochádza k zmenšeniu záťaže nervovej sústavy a druhé oko významne rozširuje zorné pole.

 
"Všetky články a fotografie na tejto stránke sú duševným vlastníctvom spoločnosti LVL Armory, s.r.o. a nesmú byť publikované bez jej súhlasu."