Czym jest NVIS ? Kompletny przewodnik po systemach noktowizyjnych i standardach

Kiedy słyszymy termin „noktowizor”, często myślimy o świecących, zielonych obrazach z operacji wojskowych lub filmów akcji, żołnierzach nawigujących w całkowitej ciemności lub zespołach obserwacyjnych śledzących ruch w warunkach słabego oświetlenia. Chociaż te scenariusze są prawdziwe, technologia stojąca za noktowizorem, znana jako system obrazowania noktowizyjnego (NVIS), jest o wiele bardziej zaawansowana i szeroko stosowana, niż większość ludzi zdaje sobie sprawę.

System obrazowania noktowizyjnego (NVIS) odnosi się do klasy technologii optycznych i elektrooptycznych zaprojektowanych w celu poprawy widzenia człowieka w warunkach słabego oświetlenia lub jego braku. NVIS działa poprzez wzmocnienie dostępnego światła otoczenia (w tym bliskiej podczerwieni) lub wykrywanie promieniowania cieplnego (ciepła podczerwonego) emitowanego przez obiekty w celu wygenerowania widzialnego obrazu. Systemy te obejmują urządzenia takie jak gogle noktowizyjne, lunety, kamery i wyświetlacze kompatybilne z NVIS, wykorzystywane w obronności, lotnictwie, organach ścigania i innych krytycznych zastosowaniach.

Technologia NVIS, pierwotnie opracowana przez Departament Obrony Stanów Zjednoczonych, została początkowo zaprojektowana z myślą o pilotach wojskowych i siłach lądowych, umożliwiając im skuteczne działanie w ciemnościach bez ujawniania swojej pozycji. Z czasem, wraz z rozwojem technologii i jej rosnącą dostępnością, jej zastosowania rozszerzyły się poza pole walki. Obecnie NVIS jest zintegrowany z szerokim spektrum branż, od operacji poszukiwawczo-ratowniczych i patroli granicznych, po bezpieczeństwo lotnicze, nadzór, a nawet badania nad dziką przyrodą, gdzie lepsza widoczność w nocy ma kluczowe znaczenie dla powodzenia i bezpieczeństwa misji.

Jak działa NVIS

Aby zrozumieć, jak działa system noktowizyjny (NVIS), musimy zacząć od poziomu atomowego. Wszystko wokół nas, w tym ludzie, przedmioty i powietrze, składa się z atomów. Atomy te są w ciągłym ruchu. Pod wpływem energii, takiej jak ciepło lub światło, elektrony w atomie mogą ją pochłonąć i przejść na wyższy poziom energetyczny. Po powrocie do pierwotnego stanu uwalniają ją w postaci fotonu, maleńkiej cząstki światła.

Technologia NVIS opiera się na zasadzie przechwytywania i manipulowania światłem lub ciepłem w celu tworzenia widzialnych obrazów w środowiskach, w których ludzkie oko nie jest w stanie nic dostrzec. NVIS wykorzystuje zazwyczaj dwie główne techniki: wzmacnianie obrazu i obrazowanie termiczne.

Wyświetlacz G-WIN Full IP67 NVIS W22L100-67N1-NI

Wzmocnienie obrazu (intensyfikacja)

Wzmocnienie obrazu to najpowszechniejsza metoda stosowana w noktowizorach (NVD). Systemy te wykorzystują wzmacniacz obrazu do wychwytywania i wzmacniania niskiego poziomu światła otoczenia, w tym światła bliskiej podczerwieni, które w przeciwnym razie byłoby niewidoczne dla ludzkiego oka.

Oto uproszczony opis procesu:

1. Zbieranie światła
Przednia soczewka, zwana soczewką obiektywu, zbiera słabe światło otoczenia i bliskiej podczerwieni z otoczenia.
2. Konwersja na elektrony
Światło to trafia do lampy wzmacniacza obrazu, gdzie warstwa zwana fotokatodą przekształca fotony (cząstki światła) w elektrony (cząstki elektryczne).
3. Mnożenie elektronów
Elektrony przechodzą przez element zwany płytką mikrokanalikową (MCP), cienki szklany dysk wypełniony milionami mikroskopijnych kanalików. Przechodząc przez te kanały, elektrony uderzają w ścianki i wywołują reakcję łańcuchową, która uwalnia tysiące nowych elektronów w procesie znanym jako kaskadowa emisja wtórna.
Kanały MCP są lekko nachylone (5–8 stopni), aby sprzyjać większej liczbie zderzeń i redukować szum sprzężenia zwrotnego.
4. Tworzenie obrazu
Zwielokrotnione elektrony trafiają w ekran pokryty luminoforem na końcu lampy. Po uderzeniu w fosfor, zaczyna on świecić, tworząc zielony obraz, powszechnie kojarzony z widzeniem nocnym.
5. Oglądanie obrazu
Ostateczny obraz jest powiększany i wyostrzany za pomocą soczewki okularowej lub przesyłany do zewnętrznego wyświetlacza zgodnego z NVIS. W rezultacie powstaje ostry, wzmocniony światłem obraz oryginalnej ciemnej sceny.

Obrazowanie termiczne

W przeciwieństwie do technologii poprawy obrazu, która opiera się na wzmacnianiu światła widzialnego, obrazowanie termiczne wykrywa promieniowanie podczerwone, czyli ciepło, emitowane przez wszystkie obiekty w polu widzenia. Dzięki temu użytkownicy widzą wyraźnie, nawet w całkowitej ciemności.

Oto jak to działa:

1. Wychwytywanie energii podczerwonej
Specjalna soczewka podczerwieni (wykonana z materiałów takich jak german) zbiera energię cieplną emitowaną przez wszystkie obiekty w scenie, nawet w całkowitej ciemności.
2. Skupienie i skanowanie sceny
Ta energia podczerwona jest skupiana na matrycy detektorów podczerwieni, które skanują i rejestrują dane temperaturowe z tysięcy punktów w ciągu milisekund.
3. Generowanie termogramu
Detektory tworzą szczegółową mapę termiczną zwaną termogramem, przedstawiającą zmiany temperatury w całej scenie.
4. Konwersja danych na sygnały
Termogram jest konwertowany na sygnały elektroniczne przez układ przetwarzania sygnału, który przekształca wzorce termiczne w informacje wizualne.
5. Wyświetlanie obrazu
Wyświetlacz prezentuje obraz termiczny w gradientach kolorów, gdzie cieplejsze obiekty wydają się jaśniejsze, a chłodniejsze ciemniejsze, co pozwala użytkownikom łatwo zidentyfikować osoby, zwierzęta lub sprzęt, nawet w dymie, mgle lub w nocy.

Zrozumienie zgodności MIL-STD-3009 i NVIS

Aby zapewnić optymalną wydajność w środowiskach takich jak kokpity samolotów wojskowych czy pojazdy taktyczne, nie wystarczy dowolny wyświetlacz. Standardowe ekrany elektroniczne mogą emitować fale o długości zakłócającej urządzenia noktowizyjne, potencjalnie utrudniając wykonywanie operacji krytycznych. Dostrzegając to wyzwanie, Departament Obrony Stanów Zjednoczonych opracował normę MIL-STD-3009, ustanawiającą ścisłe wytyczne gwarantujące kompatybilność oświetlenia, wyświetlaczy elektronicznych i sprzętu NVIS.

MIL-STD-3009 to norma opracowana specjalnie w celu zapewnienia kompatybilności systemów oświetlenia samolotów, wyświetlaczy elektronicznych i systemów noktowizyjnych (NVIS). Norma ta określa krytyczne wymagania dotyczące emisji i interfejsu dla sprzętu oświetleniowego, aby mógł on efektywnie współpracować z systemami NVIS używanymi przez pilotów i członków załogi w warunkach słabego oświetlenia. Jej głównym celem jest zapewnienie, aby oświetlenie w kokpitach i przedziałach samolotów nie wpływało negatywnie na działanie urządzeń noktowizyjnych i jakość obrazu.

Wyświetlacz G-WIN Full IP67 NVIS R19L100-67N1-NI

Zrozumienie zgodności MIL-STD-3009 i NVIS

Aby zapewnić optymalną wydajność w środowiskach takich jak kokpity samolotów wojskowych czy pojazdy taktyczne, nie wystarczy dowolny wyświetlacz. Standardowe ekrany elektroniczne mogą emitować fale o długości zakłócającej urządzenia noktowizyjne, potencjalnie utrudniając wykonywanie operacji krytycznych. Dostrzegając to wyzwanie, Departament Obrony Stanów Zjednoczonych opracował normę MIL-STD-3009, ustanawiającą ścisłe wytyczne gwarantujące kompatybilność oświetlenia, wyświetlaczy elektronicznych i sprzętu NVIS.

MIL-STD-3009 to norma opracowana specjalnie w celu zapewnienia kompatybilności systemów oświetlenia samolotów, wyświetlaczy elektronicznych i systemów noktowizyjnych (NVIS). Norma ta określa krytyczne wymagania dotyczące emisji i interfejsu dla sprzętu oświetleniowego, aby mógł on efektywnie współpracować z systemami NVIS używanymi przez pilotów i członków załogi w warunkach słabego oświetlenia. Jej głównym celem jest zapewnienie, aby oświetlenie w kokpitach i przedziałach samolotów nie wpływało negatywnie na działanie urządzeń noktowizyjnych i jakość obrazu.

Zrozumienie typów i klas NVIS

Zgodnie z normą MIL-STD-3009 systemy NVIS klasyfikuje się na podstawie sposobu prezentacji obrazu użytkownikowi (typ I i ​​typ II) oraz stopnia ich kompatybilności z określonymi warunkami oświetlenia kokpitu i przyrządów (klasa A, B, C).

Typy NVIS:

– Typ I – Bezpośredni widok NVIS
Wyświetla obraz bezpośrednio na ekranie fosforowym, oglądany przez soczewkę okularową; idealny do bezpośredniego użytku NVG.
– Typ II – Projektowany obraz NVIS
Wyświetla ulepszony obraz na przezroczystym nośniku, umożliwiając jednoczesny podgląd NVIS i danych HUD.

Klasy NVIS (zgodność z oświetleniem):

– NVIS klasy A
NVIS klasy A ma charakterystykę widmową niekompatybilną z czerwonym oświetleniem kokpitu, ze względu na znaczne nakładanie się widma światła czerwonego i czułości NVIS. Dlatego NVIS klasy A nadaje się głównie do starszych lub specjalnie zaprojektowanych kokpitów, w których unika się stosowania czerwonego oświetlenia.
– NVIS klasy B
NVIS klasy B został zaprojektowany specjalnie z myślą o kompatybilności z niektórymi typami czerwonego oświetlenia kokpitu i filtrowanymi wyświetlaczami elektronicznymi. Ze względu na szerszą kompatybilność, NVIS klasy B jest szeroko stosowany w nowoczesnych kokpitach, wyświetlaczach wielokolorowych i stanowiskach kontroli. Pozwala pilotom lub operatorom na wyraźne odczytywanie kluczowych informacji bez zakłócania działania NVIS.
– NVIS klasy C (Leaky Green)
NVIS klasy C jest przeznaczony specjalnie do statków powietrznych wyposażonych w wyświetlacze HUD wykorzystujące holograficzne elementy odblaskowe. Te HUD-y zazwyczaj emitują skoncentrowane zielone długości fal, które są blokowane przez standardowe systemy NVIS klasy A lub B. Klasa C zawiera specjalnie zmodyfikowany filtr, który umożliwia „przeciek” w widmie zielonym, zapewniając wyraźną widoczność symboliki HUD wraz z obrazami NVIS. Ta klasa została specjalnie dostosowana do kompatybilności z technologiami HUD.

Wyświetlacz G-WIN Full IP67 NVIS R15L100-67N1-NI

Dlaczego wyświetlacze zgodne z normą MIL-STD-3009 są niezbędne

Wyświetlacze zgodne z normą MIL-STD-3009 spełniają krytyczne kryteria dotyczące limitów widmowej jasności, jednorodności luminancji oraz określonych wymagań dotyczących chromatyczności, co gwarantuje, że ich oświetlenie nie pogorszy wydajności NVIS. Wyświetlacze niezgodne z normą mogą emitować nadmierną emisję podczerwieni lub powodować zakłócenia widmowe, co poważnie utrudnia wyraźne wyświetlanie zewnętrznych sygnałów wizualnych przez urządzenia NVIS. Zgodność z normą MIL-STD-3009 gwarantuje, że wyświetlacze oferują przejrzystość, czytelność i niezawodność, nawet w trudnych warunkach eksploatacyjnych.

Korzyści ze stosowania wyświetlaczy zgodnych z normami dla wydajności operacyjnej i bezpieczeństwa
Wykorzystanie wyświetlaczy zgodnych z normą MIL-STD-3009 zapewnia znaczące korzyści operacyjne:

– Ulepszona widoczność nocna: Utrzymuje skuteczność systemu NVIS poprzez eliminację rozpraszającego blasku i poświaty z przyrządów w kokpicie.
– Bezpieczeństwo operacyjne: Zmniejsza zmęczenie wzroku i zapobiega błędnej interpretacji kluczowych wskaźników w kokpicie, zapewniając wyraźniejsze i dokładniejsze informacje wizualne.
– Skuteczność misji: Zapewnia załodze możliwość płynnego przełączania wzroku między wyświetlaczami wewnętrznymi a zewnętrznymi widokami NVIS bez zakłóceń wizualnych.
– Niezawodność: Ustanawia wspólny, sprawdzony standard spójnej wydajności na różnych platformach statków powietrznych, zwiększając efektywność szkoleń, konserwacji i logistyki.