Интернет-магазин для радиолюбителей

РадиоКОТ - популярно об электронике. Авторские схемы, новые разработки. Обучение по электронике, микроконтроллерам, ПЛИС. Форум

 

Прибор ночного видения

 
 

Наверное многие в детстве насмотревшись боевиков и фильмов про шпионов мечтали о ПНВ (Прибор ночного видения), в том числе и я. Сделать его смог только сейчас, да и так, наверное больше для баловства. Методом получения ПНВ в домашних условиях без особых затрат поделюсь в этой статье.

Хочу сразу уточнить, что данный ПНВ носит больше ознакомительный характер, это не профессиональный прибор, а больше игрушка.

Коротко о ПНВ. Прибор ночного видения усиливает слабо освещенные или не освещенные объекты до уровня достаточного для восприятия человеческим глазом. Грубо говоря, ПНВ показывает нам то, что мы не видим в темноте. Есть три основных типа конструкции: первый - на электронно-оптических преобразователях, где с помощью ЭОП усиливается слабый свет; второй - на ПЗС матрицах в ИК (инфракрасном) и УФ (ультрафиолетовом) диапазонах; третий - на болометрических матрицах, еще их называют тепловизорами, которые фиксируют излучение в среднем УФ (тепловом) диапазоне.

Первый и третий варианты повторить дома невозможно из-за дороговизны и труднодоступности элементов, а вот второй вариант как раз для нас.

Прибор ночного видения на ПЗС матрице состоит из четырех модулей: видеокамера на ПЗС матрице; видеомонитор; прожектор подсветки (ИК или УФ); источник питания.

Начнем с самого важного - видеокамера на ПЗС матрице. На самом деле подойдет любая современная видеокамера, которых на рынке очень много, от систем видеонаблюдения, парковочные-автомобильные, домофонные и т.п. Выбирайте как говорится на свой вкус, стоит только обратить внимание на объектив, он должен быть съемный, это важно. Ну и про питание видеокамеры не забыть, при питании в 220в про мобильность можно забыть. Я купил камеру специально для этого эксперимента в китайшопе за 10$.

Любая видеокамера на ПЗС матрице захватывает кроме видимого для человеческого глаза диапазона еще и ИК и УФ спектры. В УФ диапазоне камеры видят без проблем, Вы можете это проверить с помощью обычного пульта д/у направив его в объектив, будут видны вспышки посылаемых команд. А вот в ИК диапазоне камеры Вам мало чего покажут ввиду наличия светофильтра. Узнать о его наличии можно посмотрев на объектив под источником света, под определенным углом он будет бликовать красным цветом. Это говорит о наличии ИК светофильтрующего стекла. Такой светофильтр стоит практически во всех видеокамерах. На фото ниже видно красный отсвет в объективе.

Чтобы камера могла нам показать ИК диапазон, выкручиваем объектив и аккуратно удаляем с его внутренней стороны стекло светофильтра, в моём случае, а его легко удалил капнув немного спирта. К сожалению запечатлеть процесс на фото не удалось. Вкручиваем объектив обратно, желательно не залапать и не запылить поверхность кристала матрицы и объектив. Теперь мы видим ИК диапазон, но днём такую видеокамеру уже не использовать, все будет засвечено. Любой источник света излучает в ИК и УФ диапазонах.

Следующее что нам понадобится - видеомонитор. Простой способ его добычи - видоискатель старой видеокамеры, у меня была Sony CCD-TR330E.

У видекамер встречается три типа видоискателей (мониторов): Первый - аналоговый на ЭЛТ (электронно-лучевой трубке), проще говоря - кинескоп. Такой видоискатель представляет собой обычный видеомонитор в миниатюре, с крошечным кинескопом как в телевизоре, подаем питание и видеосигнал - получаем изображение. Второй - аналоговый на ЖК матрице. Такие мониторы ставили после заката эпохи кинескопов, вместо ЭЛТ изображение показывает ЖК дисплей. Третий тип - цифровые на ЖК матрицах. Тоже самое, что и аналоговые ЖК, но только вместо видеосигнала на них необходимо подавать изображение в виде цифрового потока и такой монитор нам не подходит.

Как ни странно, самый выгодный вариант - первый, монитор с ЭЛТ, объясняю почему. У таких мониторов выше разрешающая способность, выше яркость, в такой видоискатель мы смотрим прижав к лицу и со стороны не видно свечения монитора, что является плюсом к скрытности. На мой взгляд, единственный и самый большой минус - большая нагрузка на глаз, он быстро устает и возможно, даже может повредится зрение.

Видеокамеры можно найти на барахолках, в интернете, в телемастерских, у соседей на шкафу, как правило, за такое старье не просят много денег.

Третий элемент - прожектор. В моём эксперименте я хотел сделать универсальный прибор способный работать в ИК и УФ диапазонах, поэтому сделал два прожектора. В каждом по 30 светодиодов, которые купил так же, в китайшопе. ИК светодиоды (IR LED) с длинной волны 850нм, УФ светодиоды (UV LED) с длинной волны 400нм (если конечно верить описанию данному китайскими продавцами).

Прожекторы сделал на 12в. Светодиоды соединил параллельно по 10 пар, в паре по три светодиода последовательно и токоограничительный резистор.

    

На фото, слева свечение ИК прожектора, справа - УФ. Фотокамера, которой я фотографировал, оказалась более чувствительна к ИК излучению, даже не смотря на наличие светофильтра.

Четвертый элемент - источник питания. Тут все просто, у меня монитор и видеокамера питаются от 5в, поставил на них интегральный стабилизатор КРЕН5В или зарубежный аналог 7805. Весь прибор ночного видения питается от одного свинцового аккумулятора 12в 1.2А. Коммутация обеспечивается двумя тумблерами.

Все элементы закрепил на пластине из оргстекла клеевым пистолетом.

Мой прибор ночного видения получился не очень симпатичный, но это ведь всего лишь эксперимент, так сказать, "проба пера".

    

    

Результаты работы.

Честно говоря, не ожидал, что мой прибор ночного видения окажется эффективным.

В УФ диапазоне камера видимо, все таки видит хуже, поэтому разглядеть объекты в полной темноте можно только с близкого расстояния, не более полуметра, при этом сам прожектор очень ярко светит и прекрасно виден человеческому глазу. Вердикт - УФ не эффективен, по крайней мере с этой видеокамерой.

В ИК диапазоне камера показала результат лучше, объекты отлично видны на расстоянии свыше 5-6 метров. От объектов с высокой отражающей способностью  роисходит засветка. Можно смело уменьшать количество светодиодов или сделать регулировку яркости их свечения. Внешне работа ИК прожектора для человеческого глаза еле заметна, а если поставить ИК стекло - будет совершенно не видна.

Запечатлеть на фото работу прибора ночного видения для меня оказалось весьма затруднительно, да и не смог передать фотоаппарат того, что видит человеческий глаз. Все таки, попробую хоть как то показать его работу.

В конце коридора видно световое пятно от работы ИК прожектора.

О токах потребления, они оказались слишком высокими для портативного устройства, особенно ток потребления самого монитора. Ниже привожу три замера тока потребления от аккумулятора, первый - с включенными монитором без прожекторов, второй - с включенными монитором и ИК прожектором, третий - с включенным монитором и УФ прожектором.

Ток потребления монитора оказался слишком высоким 231мА. Я думаю, что здесь виноват интегральный стабилизатор, надо попробовать использовать импульсный преобразователь.

При включении ИК прожектора ток потребления вырос на 52мА, я считаю, это немного для 30 светодиодов.

А вот при включении УФ прожектора ток вырос на 147мА, в три раза больше чем у ИК прожектора, да и как выяснилось ранее, надобности в нем просто нет.

В целом, считаю эксперимент успешным, прибор ночного видения показал свою работоспособность, даже с использованием дешевых косплектующих. Можно продлжать эксперименты в сторону уменьшения габаритов, снижения тока потребления и улучшения качества.

Всем удачи!