Как сделать прибор ночного видения. Прибор ночного видения своими руками. Принцип действия прибора ночного видения

18.04.2020

Любое тело обладает способностью излучать или отражать ИК (инфракрасные) лучи. На этом принципе и построен "ПНВ" (прибор ночного видения) разработанный в 1984 году немецкой фирмой "Elektrisch Manufactur". Этот прибор основан на внутреннем фотоэффекте. При проецировании ИК изображения электропроводность облучаемых участков фотополупроводника (2) (см.рис.1) меняется и на примыкающем электролюминисцентном слое (4) создается распределение потенциалов, соответствующее распределению яркости изображения на фотопроводнике (2). Для осуществления этого процесса надо к крайним прозрачным электродам приложить переменное напряжение 250-500 Вольт с частотой 400-3000 Гц и силой тока не более 10 мА

Итак, приступим к изготовлению ПНВ. Химические элементы необходимые для изготовления прибора можно достать в любом химическом кабинете школы или химической лаборатории любого предприятия. Для начала возьмем две стеклянные пластинки, хлорид олова SnClz, серебро, сульфид цинка ZnS (кристаллический) и медь. Стёкла подержите 4 часа в смеси из H2SO4 и К2Сг2О7 (дихромат калия). Просушите. Потом возьмите фарфоровую чашечку, положите в нее SnCl2 и поставьте в муфельную (или электро-) печь. Над ней на расстоянии 7-10см закрепите стёкла. Накройте чашечку металлической пластиной и включите печь. Как только она разогреется до 400-480 градусов, выньте металлическую пластину. Как только образуется тончайшее токопроводящее покрытие, выключите печь и оставьте стёкла в ней до полного остывания. Покрытие проверьте тестером.

Затем на одну из этих пластин нанесите фотополупроводник. Для этого приготовьте равные количества 3%-ного раствора тио-карбомида Na4 C(S)NH2 и 6%-ного раствора ацетата свинца. Вылейте оба раствора в стеклянный сосуд. С помощью пинцета внесите в раствор стеклянную пластинку и держите ее вертикально. Но перед этим нанесите на сторону свободную от токопроводящего покрытия лак. Надев резиновые перчатки, налейте в сосуд с пластинами, доверху концентрированный раствор щелочи /осторожно!!/ и очень аккуратно размешайте стеклянной палочкой, не задевая пластин. Через 10 минут пластинку выньте (аккуратно) и вымойте под струёй дистиллированной воды. Высушите.

Включите печь и положите в чистую фарфоровую чашечку серебро. Повторите процесс описанный выше при 900 град. Покрытие наносится на пластину с фотополупроводником. Добейтесь получения зеркальной пленки. Для изготовления люминофора приготовьте чистые кристаллики ZnS. Если будут какие-то примеси, то яркость свечения резко падает или исчезает. Приготовьте печь. В фарфоровую чашечку положите чистую медь. Кристаллики меди и ZnS должны быть по возможности меньше. Соблюдайте пропорцию ZnS - 100%, Сu (медь) - 10 %. В печи создайте циркуляцию паров меди и прохождение их через промежутки между кристаллами. Получившиеся кристаллы не в коем случае не размалывать. Должен получится бесцветный порошок. Смешайте цапон-лак с кристаллами. Количество лака возьмите минимально возможным. Вылейте смесь на пластину со слоем из серебра и дождитесь полного растекания и образования ровной поверхности. Сверху наложите вторую пластину токопроводящего покрытия на лак и слегка прижмите. После высыхания за герметизируйте полученный ПНВ. Перед всеми этими операциями, после нанесения токопроводящего покрытия следует припаять проводки в качестве выводов по краям пластин.

Теперь Вам остается собрать схему генератора высокого напряжения и собрать это все в единый корпус. Он может быть любой формы. Но рекомендуется все-таки предложенный разработчиком (см.рис.2). Объектив может быть от любого фотоаппарата, желательно короткофокусный, например от "ФЭД", "Смена-М". Окуляром может служить любая двояковыпуклая линза. После окончательной сборки проверьте все соединения на правильность подсоединении и прочность. Включив ПНВ должен тихо запищать трансформатор. Если изображение не появилось не отчаивайтесь. Измените частоту генератора или уровень напряжения. Установите максимальную чувствительность.

Резистором R2 изменяется частота генератора.
Трансформатор наматывается на любом сердечнике и содержит:
Обмотка I содержит 2000 - 2500 витков, провода - 0,05 - 0,1 мм;
Обмотка II содержит 60 витков;
Обмотка III - 26 витков, провода - 0,3 мм.

Устройство, позволяющее эффективно вести наблюдение в условиях, когда света нет совсем или его недостаточно для построения изображения невооруженным глазом. Подобные условия могут наблюдаться как на открытой местности (безлунная облачная ночь), так и в помещении (подвальное помещение без окон и электрического освещения, чердак и т.д.)

Современные ПНВ в основном используют два принципа действия:

Пассивные . Улавливают немногочисленные кванты видимого света, многократно усиливают их электронно-оптическим преобразователем (ЭОП) и создают видимое изображение. Такие приборы не освещают цель никаким излучением, поэтому факт наблюдения не может быть обнаружен. Главный недостаток подобной конструкции - полная бесполезность в темноте.
Активные . Подсвечивают цель излучением, относящимся к той части спектра, которую не видит человеческий глаз. Чаще всего в такой роли выступает инфракрасное излучение. В качестве устройства подсветки может выступать инфракрасный прожектор, светодиод или лазер. Прибор с инфракрасной подсветкой может работать даже в условиях полного отсутствия естественного освещения. Однако поток инфракрасного излучения (хоть он и не видим невооруженным человеческим глазом) может быть обнаружен при помощи другого ПНВ, и факт наблюдения будет обнаружен.

Многие устройства комбинируют оба принципа, выступая при наличии хоть какого-то естественного излучения в качестве пассивных приборов, а при полном отсутствии света переходя на инфракрасную подсветку.

Воплотить в жизнь самодельную конструкцию проще на активном принципе, поэтому дальше мы будем говорить именно о таких приборах.

Как подсветить цель инфракрасным лучом?

Здесь также существуют две основные схемы. Первая предполагает, что для подсвечивания применяют лазер или светодиод, которые пускают инфракрасный свет с невидимой обычному глазу длиной волны. Лазер генерирует очень узкий луч, кроме того, такой работает в режиме коротких импульсов, что делает подсветку заметно менее обнаружимой.

Такие схемы довольно компактны, но подсвечивают местность лишь в пределах довольно узкого конуса. Обзор у подобной схемы невелик, поэтому обнаруживать цели на фоне пейзажа будет сложнее. Подходят такие устройства лучше для отслеживания тех целей, которые уже удалось обнаружить.

Гораздо более широкого поля зрения можно добиться, если взять для подсвечивания целей инфракрасный прожектор. У этого устройства лампа помещена в конус рефлектора, а апертуру конуса закрывает линза из материала, отсекающего все волны, кроме инфракрасного излучения. Такой прожектор освещает окрестности широким конусом, поэтому создается достаточное поле зрения. Дальность, на которой можно заметить цель и различить ее на фоне пейзажа, зависит от мощности лампы и может доходить до полукилометра у лучших заводских образцов.

Как преобразовать инфракрасный луч в видимый свет или увидеть невидимое?

После того, как мы создали область инфракрасного освещения, возникает вопрос: как обнаружить отразившиеся от цели ИК лучи, если мы не видим их глазами? Для этого понадобится устройство под названием электронно-оптический преобразователь (ЭОП). ЭОП выполняет с инфракрасным светом следующие действия:

Улавливает инфракрасное излучение, испущенное осветителем и отразившееся от цели.
Превращает уловленный свет в поток электронов.
Усиливает поток электронов при помощи усилителя (такая возможность есть не у всех ЭОПов).
Преобразует поток электронов в свет, видимый глазом наблюдателя или записываемый видеокамерой.

На сегодня уже сменилось несколько поколений конструкций ЭОПов. Каждое следующее поколение дает все более качественную картинку, но цена также существенно повышается, что связано с использованием все более сложных и дорогих компонентов в конструкции. В то же время, даже преобразователи первого поколения создают вполне приемлемое по качеству изображение, подходящее для решения многих задач.

Что понадобится для изготовления своими руками?

Для изготовления очков нам понадобятся несколько компонентов:

Устройство, улавливающее ИК свет . В этой роли может вступать любая камера, у которой есть режим ночной съемки. Понятно, что камера не должна быть слишком дорогой, иначе использование ее в конструкции будет нерентабельно. Для не хватающего звезд с неба ночного прибора подойдет веб-камера, но ее придется немного доработать. Из неё нужно вытащить инфракрасную линзу - фильтр волн ИК-диапазона. Теперь камерой можно пользоваться в ночном режиме, применяя инфракрасную подсветку.
Источник инфракрасных волн . Для этого можно использовать готовый инфракрасный фонарик (наиболее простой, но дорогой вариант). При недостатке бюджета можно взять в качестве ИК подсветки обычный светодиод от телевизионного пульта. Его мощности маловато для построения изображения на больших расстояниях, но для освещения, скажем, лестничной площадки или другого подобного пространства света будет вполне достаточно.
Источник питания . Желательно, чтобы он был достаточно не дефицитным и обеспечивал приличную автономность устройства. Хорошо в этой роли смотрятся батарейки или аккумуляторы стандарта АА, ААА. Для более сложных стационарных устройств можно позаботиться и об устройстве, обеспечивающем питание от бытовой электрической сети.
Вспомогательные элементы - последняя группа вещей, необходимых для создания самодельных очков ночного видения. Они не участвуют непосредственно в создании изображения, но зато защищают схему от пыли и грязи или повышают комфортность использования. Стоит позаботиться о каком-нибудь пенале в качестве корпуса и кронштейне для крепления на очки или шлем-маску от налобного фонарика. Кронштейн можно сделать, например, из деталей детского металлического конструктора.

Детали подготовлены. Что дальше?

Черно-белую микрокамеру, к примеру, JK 007B или JK-926A, можно взять в качестве устройства, которое будет ловить ИК свет. К камере подыскиваем простенький видеоискатель. Если ничего подходящего в ваших запасах нет, можно подобрать недорогую деталь в сервисе по ремонту бытовой электроники. Важно, чтобы видеоискатель принимал видео по тем же протоколам, в каких его создает микрокамера.

Приобретаем в магазине или в Интернете ИК светодиоды. Купленный диод нужно проверить, посмотрев на его свет в темном помещении невооруженным глазом и с помощью камеры ночной съемки. В первом случае свет не должен быть виден, а во втором - виден хорошо. Теперь проверенные светодиоды монтируем в любую коробочку, которая будет служить корпусом (к примеру, детский пластиковый пенал).

Зарубежные конструкторы-любители рекомендуют схему из двух гирлянд по шесть диодов в каждой. В качестве шунта - резистор с сопротивлением в 10 Ом на все диоды. Теперь можно подать питание от обычной батарейки. При использовании другого светодиода величину шунта проверяем по справочникам.

Объектив камеры должен быть размещен в одной плоскости со светодиодами (в том же корпусе). Крепим видеоискатель сбоку, подключаем питание и размещаем собранное устройство на оправе или шлем-маске. Теперь наше устройство готово, и можно пробовать его при ночном наблюдении.

Как видите, при наличии небольших навыков и знания, как взяться за дело, можно собрать вполне работоспособный прибор ночного видения своими руками. Конечно, перед сборкой неплохо также ознакомиться с ценами на имеющиеся в продаже устройства, чтобы не изобретать велосипед, а использовать фабричное решение, если выигрыш по стоимости окажется не слишком большим.

В этом материале речь пойдет о приборах ночного видения нулевого поколения. Что именно представляют собой эти приборы? Приборами ночного видения нулевого поколения называются простейшие виды семьи этих приборов, которые имеют активную подсветку. Эти приборы работают в ближнем инфракрасном диапазоне. Следует отметить, что в этом же диапазоне работают пульты от телевизоров и бытовой техники.

Закончим на этом вводную часть и приступим к сборке прибора, однако перед этим предлагаем просмотреть видеоролик

Что нам понадобится:
- старая веб камера;
- 4 инфракрасных светодиода;
- 4 резистора по 50 ом;
- кусок пластика;

В самом начале следует уточнить особенности некоторых материалов. Инфракрасные светодиоды можно снять со старых пультов. Автор не советует использовать больше четырех светодиодов. А пластик, который мы будем использовать при сборке, должен просвечиваться инфракрасными лучами, но не просвечиваться обычным светом. Лучшим вариантом будет засвеченная фотопленка. При ее отсутствии можно просто подключить камеру и смотреть через разные куски пластика. По словам автора, отлично подходят мягкие черные папки фирмы Эрих Краузер. Приступим.

Первым делом разбираем нашу веб камеру и откручиваем с нее объектив.

Далее смотрим, где именно в камеры находится фильтр. Иногда необходимый нам фильтр находится в держателе объектива и бывает установлен внутри. То есть для того, чтобы его снять нужно открутить два винта на обратной стороне, снять держатель снять или просто разломать фильтр и вкрутить держатель обратно. У автора фильтр установлен в объективе.

Для этого он просто поднимает верхнее стопорное кольцо и вытаскивает сам световой фильтр. Этот фильтр пропускает только видимую часть света и блокирует инфракрасные лучи, что не приемлемо, если мы желаем использовать именно инфракрасное излучение.

Теперь вместо старого светофильтра нам нужно поставит наш новый и собрать веб камеру обратно.

У каждого светодиода есть два выхода. Нам нужно соединить их минусы.

Теперь к каждому плюсу нам нужно подключить по резистору.

Свободные концы резисторов соединяем между собой.

Оптика / ПНВ

Мы сегодня не будем касаться средневекового алхимического метода, чтобы изготовить прибор ночного видения своими руками. Это конечно просто, если дома имеются серная кислота и немного хлорида олова, но нам представляется несколько опасным подобный подход. Поэтому план работы на сегодня такой: обсуждаем кратко принцип действия прибора ночного видения, расскажем из чего его можно собрать, если на месте не сидится, быть может, сделаем краткий экскурс на тему, чего там имеется в магазине из данной области.

Устройство прибора ночного видения включает:

Преобразователь инфракрасного излучения в видеосигнал.
Подобие окуляра, которое бы могло сигнал отображать в режиме реального времени.
Подсветка.

В магазине имеется много устройств, которые позволяют вести съемку в темноте. Прибор ночного видения, очевидно, должен базироваться на одном из них. Черно-белая микрокамера как раз подойдет. Стоит она не очень дешево, но можно использовать ее и для чего-нибудь другого, если прибор ночного видения надоест. Примером таких устройств могут служить JK 007B или JK-926A. Главное, чтобы у устройства был видеовыход, а он имеется у любой камеры, иначе зачем она вообще нужна! Цена покупки не должна сильно превышать магазинную стоимость прибора ночного видения (см. выше), иначе будет душить жадность. Утешьте себя тем, что наше устройство сможет вести регистрацию, а это стоит еще больше денег на прилавке.

Необходимо найти старенький видоискатель. Для этого можно сходить в салон, занимающийся ремонтом бытовой техники, если дома подходящего добра не имеется. У видоискателя должен быть вход для видео по тому же протоколу, по которому ведет передачу камера.

Этот вопрос можно будет не только уточнить у местных профи, но там же и проверить, соединив устройства кабелем. Если все работает, то осталось прикупить подсветку. Светодиоды закажите в интернете или прикупите на ближайшем рынке. Как проверить? У нас же имеется видеокамера для съемки ночью. Зайдите в темноту, подайте питание и посмотрите, светится ли радиоэлемент. Для этого достаточно навести на него видеокамеру.

Дюжину светодиодов зарубежный любитель все делать своими руками рекомендует объединить гирляндами по 6 штук на ветке. Их необходимо снабдить 10-омным шунтом на всю связку, после чего можно подводить питание от обычной батарейки. Перепутать полярность сложно, но на всякий случай воспользуйтесь специальным справочником на светодиоды. Блок подсветки готов. Светодиоды монтируются на любой корпус, это может быть обыкновенный детский пенал или что-нибудь еще в этом же роде.

Собственно, все готово. Необходимо соединить видеокабелем камеру и видоискатель, поместить объектив в одну плоскость со светодиодами. Учитывая размеры устройств, они могут поместиться в один пенал. Видоискатель крепится сбоку. Для устройства регистрации понадобится вмонтировать в корпус соответствующий разъем. Приборы ночного видения из Китая не сравнятся с нашим! Вот как он работает:

Камера для ночной съемки фиксирует окружающую обстановку.
Светодиоды подсвечивают предметы для лучшей видимости.
На видоискатель начинает поступать изображение, видимое глазом.
При необходимости через специальный разъем ведется регистрация.

Не удивляйтесь, если не будут видны дальние предметы, до них не достают лучи светодиодов. Имеет и недостатки такой прибор ночного видения: очки отсутствуют, стоимость сновья всех компонентов достаточно велика, необходимо прикупить и разместить в корпусе батарейки. Зато мы объяснили простым языком принцип работы устройства. Наша цель была показать, как сделать прибор ночного видения из подручных средств. Впрочем, в кабинете химии, наверное, завалялась пара реактивов. Попробуйте поговорить с учителем!

Магазинные приборы ночного видения

Прибор ночного видения Циклоп назван так, потому что вместо очков у него монокуляр. Такой как раз бы пригодился одноглазому великану. Как и все прочие этот прибор ночного видения характеризуется тремя параметрами:

Разрешающая способность в угловых минутах. Та мельчайшая часть сферы обзора, которая может быть еще отличена от соседней такой же.
Коэффициент усиления.
Поле зрения.

Для работы приборы хватает хотя бы слабого отблеска звезд, а если на небо взойдет Луна, то картинка и вовсе станет ясной. Эти небесные тела будут подсвечивать ландшафт не хуже светодиодов, о которых мы говорили выше. Разумеется, если посмотреть на небо, то можно изучать Большую и Малую медведицу, однако все это будет залито белесым сиянием.

Монокулярный прибор ночного видения Зенит имеет встроенную подсветку и пьезоэлектрический преобразователь энергии для питания. Под этим брендом также идут прицелы, поэтому не перепутайте одно с другим. Специально для людей с плохим зрением имеется подстройка объектива. Это уже получаются очки ночного видения для чтения в темноте!

НПФ Диполь приборы ночного видения тоже выпускает, но доступной ценой они не отличаются. Впрочем, смотреть нужно по тому, для чего именно нужен прибор. Если есть возможность заплатить порядка 190 тысяч рублей за очки, то за эти деньги у белорусов можно выкупить настоящий классный агрегат для ночного просмотра окрестностей.

Принцип действия прибора ночного видения

Глаз представляет собой пассивный радар, то есть он принимает излучения, которые исходят от предметов. Но видимый спектр, это лишь малый диапазон колебаний на теле вселенной, которые нас окружают. В частности, хищник из одноименного фильма мог переключать диапазоны, но даже он не мог лицезреть всю картинку целиком! В темноте глаз видеть не может, потому что нам недоступно наблюдать инфракрасное излучение. Все тела будут испускать волны, особенно при низких температурах. Поэтому вырисовывается и первый прибор ночного видения. Он ничего общего не имеет с военными. Им пользуются строители.

Встречайте тепловизор, принимающий тепловое излучение предметов. Сам прибор предназначен не для того, чтобы видеть в темноте, однако что-то на нем разглядеть можно. Он имеет ряд настроек, но в типичном состоянии:

температура порядка 10 градусов Цельсия тепла выглядит оранжевым сиянием;
стены домов смотрятся красноватыми;
окружающая неживая природа может иметь самые разные оттенки вплоть до черного.

Собрать своими руками тепловизор вряд ли получится, а купить тысяч за 50 вполне можно. А за семь тысяч можно и прибор ночного видения (ПНВ) в магазине приобрести. Обычно специально тепловизор для бдения в темноте брать нет смысла, потому что он служит строителям, например, для целей оценки качества теплоизоляционных работ. А вот если найдется знакомый прораб, вот тогда можно, конечно, и на природу полюбоваться в темноте.

Схема прибора ночного видения также опирается на указанные процессы, но чтобы не раздражать глаз столь необычной радугой, внутри заводского изделия находится прозрачная пластина, покрытая полупроводниковым материалом, которая за счет внутреннего фотоэффекта позволяет «видеть» инфракрасное излучение от предметов.

Для справки. Фотоэффектом называется явление перехода электронов в материале на новые энергетические уровни под действием фотонов света. Строго говоря, некорректно использовать этот термин для невидимого излучения, но именно так он в литературе и используется, поэтому мы не будем как-либо противоречить в этом остальным источникам.

Под действием невидимых «фотонов» электроны в пластине получают энергию. Считать информацию можно по изменению прозрачности материала или его проводимости. В частности, микроканальная технология изготовления чувствительных элементов позволяет избежать засветки на соседних пикселах. Первыми к решению задачи приблизились фашисты. На них работало много талантливых ученых. Некоторые добровольно, иных, по некоторым данным, заставляли. Был даже создан прицел для винтовки весом 2,25 кг с чемоданом батареек (13,5) кг. Это позволило бы, наверное, совершить немало подвигов (или преступлений), если бы советские войска в мае 1945 года не взяли Берлин.

Иногда излучение дополнительно усиливается, например, фотоумножителями. Это позволяет получить более яркую и контрастную картинку в приборе ночного видения. Но зачастую внешних излучений не хватает, и тогда в ход идет подсветка в инфракрасном диапазоне. Для этого могут использоваться и лампы, но чаще всего применяются полупроводниковые диоды специального типа. Найти такие можно в любом магазине. К слову сказать, когерентность излучения светодиодов весьма высока. Это значит, что помехи не будут влиять на качество картинки.

Для справки. Когерентность относится к такому понятия, как синфазность волны. Не важно, что это означает – нам нужно знать, что такой свет сосредотачивается в очень узком отрезке спектра, а кроме того легко складывается, давая большую яркость, нежели любые другие источники излучения. В результате при малой мощности можно получить качественную подсветку. (См. также: Принцип работы прибора ночного видения)

Итак, приборы ночного видения подразделяются следующим образом:

По характеру влияния на окружающую обстановку:
1. Активные со светодиодной подсветкой.
2. Пассивные, принимающие только излучения других предметов.
По методу обработки принятого сигнала:
1. С усилением.
2. Без усиления.
По признаку наличия накопителя:
1. Регистрирующие.
2. Не регистрирующие.

Ну, вот и все, что нам надо знать, чтобы собрать прибор ночного видения своими руками.