模拟日光的灯多少瓦(选购双筒数码夜视仪拍照录像的技术性参数)

Posted 2023-05-30

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模拟日光的灯多少瓦(选购双筒数码夜视仪拍照录像的技术性参数)

选购数码夜视仪技术性参数和关键指标

数字夜视仪的一般设置

通常，数码夜视仪由物镜，光敏传感器，电的图像处理和控制块，显示器和目镜组成。

数字夜视仪的电源供应是通过可更换的电源元件（电池），相同尺寸的可充电电池或集成可充电电池来进行的。设备可以配备用于从外部电源（例如直流电）获取电源的插座。

为了在弱光条件下工作，数码夜视仪通常配备有基于激光二极管或LED的集成红外照明器。为了提高使用的舒适度，数码夜视仪可以包括具有主要功能的远程控制系统–在这种情况下，用户可以借助远程控制来控制设备。

像在任何光学观察装置中一样，物镜旨在将图像投射在传感器的表面上，该图像又将从观察到的目标光反射的光转换为电信号。

数字夜视设备作为光敏元件使用CCD或CMOS传感器。

通常，电子处理模块由一个或几个板（取决于设备的配置）组成，在其上放置专门的电路，这些电路执行从传感器获得的信号处理并将信号进一步传输到显示器，在显示器上观察对象的图像是成形。电路板包含设备的主要控件，还包含整个单元和独立电路元件的电源电路。

由于数码夜视仪利用微型显示器的事实，为了观察图像，必须使用用作放大镜并允许观看放大图像的目镜。

数码夜视仪中最常使用的显示器是透射型LCD显示器（从背面照亮显示器）或OLED显示器（施加电流时其物质开始发光）。

OLED显示器的应用具有一系列优点：能够在较低的温度下使用该设备，更高的亮度和图像对比度，更简单可靠的结构（不存在LCD中的背光源）。除了LCD和OLED显示器外，数字设备还可以使用根据LCOS（硅基液晶）技术制造的微型显示器-一种反射型显示器。

与基于图像增强管的夜视设备（人们可以称其为模拟设备）相反，数码夜视仪可以实现更多的用户调整和功能。例如，亮度调节，图像对比度，图像颜色选择，视野中的其他信息（当前时间，电池电量指示，激活模式的图标等），附加的数码变焦，WIFI连接手机等智能设备遥控功能，暂时禁用显示（出于节能目的和对观察者的遮罩，以不从操作显示中获得照明为代价）。

为了保存观察到的物体的图像，数码夜视仪可以包含允许制作照片和视频的录像机。

在数码夜视仪中，很容易实现诸如到外部接收器的无线连接（例如Wi-Fi）数据传输（照片视频）之类的功能；GPS传感器（可以建立观察者的坐标）。

由于数码夜视仪的优点，还可以归因于在激光条件下工作的能力，而不必担心会损坏基于图像增强管的夜视仪的闪光灯或强光源。

通常，数字步枪镜中的分划板也是数字的，这意味着在视频信号处理过程中，分划板的图像会叠加在屏幕上的图像上，并以电子方式移动，从而避免了进行弹道校正的机械零件的必要性。这些机械零件通常用于模拟夜视仪和日光步枪镜中，并要求在制造和组装过程中具有较高的精度。

数码夜视仪的主要参数

放大

如果用肉眼观察，该参数显示通过设备图像观察到的对象超过同一对象大小的次数。

度量单位–时间（符号«х»，例如«2х»-两次）。

对于夜视设备，包括数字夜视仪，放大倍率范围为1х至5х甚至更高，因为夜视设备的主要任务是在弱光条件下检测和识别物体。夜视设备放大倍数的增加会导致总聚光能力的显着降低–图像将比任何其他具有较小放大倍率的类似设备暗。

物镜直径的增加可以补偿由于放大倍数增加而导致的聚光能力的下降，但这反过来又会导致设备尺寸和重量的增加，从而降低了手持夜视设备的总体便利性。

放大倍数由物镜和目镜的焦距以及缩放系数（К）定义，缩放系数等于显示器和传感器的物理尺寸（对角线）之比：

M =（f o / f e）*К=（f o / f e）*（L d / L s），其中

f o –物镜的焦距

f e – 目镜的焦距

L s –传感器对角线的尺寸

L d –显示器对角线的尺寸

关系

物镜的焦距越大，显示的尺寸越大；放大倍数越大。

目镜的焦距，传感器尺寸越大；放大倍数越小。

解析度

分辨率定义了设备分别显示彼此靠近的两个点或线的能力。在设备的技术参考中，该参数可以表示为"分辨率"，"分辨率极限"，"最大分辨率"。原则上它具有相同的含义。通常，分辨率以每毫米线数（lpm）表示，但也可以以角度单位（秒或分钟）表示。

以毫米/毫米为单位的分辨率值越大，以角度单位表示的值越小，分辨率越高。分辨率越高；清晰的图像观察者可以看到。

对于夜视设备，建议其分辨率不小于25 lpm –这种分辨率可以将人的身材与距离100m处大小相似的动物或其他物体区分开。

为了测量夜视设备的分辨率，需要使用特殊设备-准直仪。准直仪可以模仿特殊测试对象的图像，即位于一定距离（通常为100m）的照明线测试图。

通过设备查看测试对象的图像后，得出有关夜视仪分辨率的结论-可以清楚地看到彼此分离的测试图像越细，分辨率越高。

分辨率由设备的光学元件，传感器，显示器的参数，设备中实现的电子电路解决方案的质量以及信号处理算法定义。

装置的整体分辨率取决于物镜的参数。在其他条件相同的情况下，物镜的直径越大，其放大倍率和聚光能力就越大。越有可能看到更小的细节。

分辨率取决于物镜和目镜的分辨率。物镜在传感器的平面上创建物体的图像，如果物镜的分辨率不足，则无法进一步提高设备的分辨率。以同样的方式，低质量的目镜能够使设备的其他组件在显示器上产生的最清晰图像质量下降。

传感器的特性对设备的分辨率影响很大。首先是传感器的分辨率–像素数量（通常表示为一行和一列中像素的乘积）及其大小。

关系：

像素数量越大，尺寸越小；分辨率越高。

如果传感器具有相同的物理尺寸，则此声明是公平的。在单位表面上像素密度较大的传感器具有较高的分辨率。

与黑白传感器不同，彩色传感器的分辨率通常会降低30-40％，这是由不同的像素结构引起的–彩色传感器的一个像素由三个子像素的组合组成，每个子像素仅记录一个光谱的特定部分（分别是红色，蓝色，绿色）。通过以仅使一种颜色的光通过而使用彩色滤光片为代价来实现。因此，当单色光照射到彩色摄像机的像素上时，信号将仅被一个子像素记录，同时在黑白传感器中，信号将被光在其上获得的每个像素记录。这是为什么彩色传感器在夜视设备中的应用受到限制并且常常不合理的原因之一。

设备的分辨率还取决于显示图像的显示参数。与传感器的情况相同，此处的定义角色属于显示器的分辨率（像素数量）和像素大小。显示器中像素的密度由诸如PPI（"每英寸像素"）之类的参数描述-此特性定义了位于显示器平方英寸的一平方英寸中的像素数量。

在从传感器到显示器的直接图像传输（无缩放）的情况下，两个部分的分辨率都相同。在这种情况下，消除了设备分辨率的降低（当显示器的分辨率低于传感器的分辨率时会发生分辨率降低），并且无需应用昂贵的显示器（显示器的分辨率高于传感器的分辨率）当传感器产生标准信号时模拟电视格式（例如PAL（一帧为625行）或NTSC（一帧为525行））使用比电视信号格式的分辨率更高的分辨率的传感器变得不合理。

数码夜视仪可以使用有用信号处理的不同算法，这会影响设备的整体分辨率。首先，当由传感器图像形成的图像经过数字处理并以一定的放大倍率传输到显示器时，可以说是"数字变焦"。在这种情况下，设备的整体分辨率会降低。在"数码变焦"期间，可以在数码相机中观察到类似的效果。

设备的分辨率也受" Binning"的影响（算法通过将多个相邻像素的信号相加来增加设备的灵敏度，从而导致分辨率成比例地降低）。

除已指出的先前因素外，有必要提及其他一些因素可能会降低设备的分辨率。这些是各种噪声，它们会使有用的信号失真，最终使图像质量恶化。可以区分以下几种噪声：

光子噪声：是光的离散性质的结果。光的光子不是同时落在空间上，也不是均匀地落在光敏传感器的表面上。

暗电流噪声（"降雪噪声"）：如果设备的物镜被遮光盖覆盖，则可能会在显示屏上看到"暗"框。这种噪声的主要原因是电子的热离子发射（由于传感器物质加热而导致的电子自发发射）。温度越低，暗电流信号越低，即噪声越小。

传输噪音：在传感器内部进行电荷转移时，构成有用信号的一部分电子会丢失。它们被传感器晶体中存在的缺陷和杂质抓住。

读出噪音：当像素中累积的信号从传感器中取出后，变成电压并放大，每个元素都会获得称为读出噪声的额外噪声。

为了降低噪声，数码夜视仪应用了不同的图像处理软件算法，这些算法通常称为降噪算法。

除噪声外，由于设备内部零件的配置错误（电子板，设备内部的连接线和电缆的位置）或电路板布局错误（导电线的位置，屏蔽层的存在和质量）而导致的电干扰也可能很大。较低的分辨率，设备的电路错误可能会导致干扰：错误地选择用于创建不同滤波器和电路电源的元件。这就是为什么电子板设计，信号处理软件编码，创建电子板布局对于数字夜视设备的设计来说是重要且困难的挑战的原因。

数码夜视仪的图像分辨率取决于观察条件。被观察物体的照明度越高，我们在设备中看到的图像越清晰。因此可以得出结论，在几乎白天的观察条件下或借助强大的红外照明器，都可以实现数码夜视仪的最大分辨率。

灵敏度

为了表征数字摄像机的灵敏度，当设备仍然能够产生图像时，它们通常在观察对象上使用最小照度级别的参数。此定义最适合在可见光谱范围内工作的数字设备。对于可见范围，灵敏度测量的单位是光单位–"勒克斯"。

由于数码夜视仪应该在夜间运行，所以在红外光谱盛行时，为了表征其灵敏度，使用描述光通量的能量单位更为正确。因此，数码夜视仪的灵敏度参数可以描述为当数字夜视仪仍能够产生具有识别被观察物体的分辨率的图像时，进入数字夜视仪的红外光功率的最小值（符合25 lpm）。除此之外，还有光谱灵敏度参数–在给定波长的红外光谱范围内具有最小的功率。当指示光谱灵敏度时，它们还指示达到该值的光的波长。

与可见光谱范围内的照度相反，红外范围内的照度无法以勒克斯测量。在这种情况下，使用通用的测量单位瓦特是合理的。

设备的灵敏度取决于以下参数：

聚光能力和物镜质量

传感器参数–物理尺寸，类型和灵敏度

显示参数–亮度和对比度，分辨率

信号处理算法

设备中实施的电路解决方案的质量

为了在数字夜视仪中获得高灵敏度，必须收集进入物镜的所有光子，并将其无损失地传输到传感器的光敏表面上。转移过程中的重要作用是物镜，其参数包括聚光能力，光学方案中的镜片数量，镜片上的抗反射涂层的质量，镜片的ts部是否发黑（以避免色散）。物镜内部的光）。

关系：

物镜的聚光能力越高（当入射光瞳增加而焦距减小时，聚光能力增加）；设备的整体灵敏度越高。

物镜使用的镜片越多；激光能力和设备的灵敏度越小。

构成物镜的透镜的光学透射系数越高；灵敏度越高。

传感器是光的主要接收器和转换器，将光转换成电信号。很大程度上定义设备灵敏度的是传感器。传感器的灵敏度取决于像素的大小及其在传感器上的密度。在其他条件相同的情况下，像素的尺寸越大。传感器的灵敏度越高。传感器总面积与所有像素总面积的相关性越小；传感器的整体灵敏度越高。

最近，许多廉价夜视设备的制造商开始将廉价传感器用于照相相机（通常是彩色传感器）。这些传感器在可见（日光）光谱范围内具有良好的灵敏度，但在红外范围内具有非常低的灵敏度。这种设备的技术描述缺少有关灵敏度的任何信息，但自豪地指出了大量的百万像素。很容易得出结论，尽管夜间传感器分辨率很高，但如果没有强大的照明源，这种设备就无法产生高质量的图像，因为其传感器在红外光谱范围内的灵敏度较低。

第二个常见错误是，当数码夜视仪的灵敏度以光度单位（lux）表示时，此处的灵敏度值可以达到勒克斯的十分之一，这大大高于基于2+或3代图像增强管的模拟夜视仪的灵敏度。更高的可以提供。这种超自然的敏感性可以用一种简单的方式来解释。通常使用光度计进行灵敏度测量，它的光谱特性与人眼的光谱特性一致。与人眼照度计相同，它只能在380 nm至780 nm的可见光谱范围内感知（测量）照明。这意味着当借助光度计在夜间测量照明度时，由于在夜间几乎没有可见光照明，因此获得的照明度值将接近于零。但是另一方面，存在强的红外照明（请参见夜空的自然照明图），而光度计无法对其进行记录，而夜视仪可以轻松地对这种照明进行记录。例如，该图显示了SONY CCD传感器和2+代显像管增强器的光谱灵敏度图。

光谱灵敏度用作表征夜视设备在夜间自信工作的能力的参数。通常在光谱范围的一个或几个波长上显示。为了理解数字夜视设备的"质量"，最佳方法是获取有关诸如780…810 nm（恒星天空的红外照明的平均值；在此范围内，传感器具有平均灵敏度）之类的波长下的光谱灵敏度的信息。 …940 nm（星空的红外照明的高值；不可见的红外范围，传感器仍然能够敏感）。

比较几种数码夜视仪的光谱灵敏度值，可以得出有关它们在夜间"看见"的能力的某些结论。在此应该记住，数字设备的灵敏度不仅由其传感器的灵敏度来定义，而且还取决于诸如物镜和目镜的分辨率，显示分辨率，物镜的聚光能力，传感器等设备的参数和特性。质量（无噪声），电路解决方案的质量（无干扰），信号处理的应用算法。

当代的数码夜视仪使用两种主要类型的传感器-CCD和CMOS。这两种类型之间的主要区别在于从像素读出信号的电子组织。在CCD（电荷耦合器件）中，来自每个像素的信号依次传输到传感器的电子设备，然后对整个信号进行放大。在CMOS（互补金属氧化物半导体）中，来自所有像素的信号被同时读取，并分别通过放大器针对每个像素进行放大。因此，CMOS传感器中的像素密度低于CCD传感器中的像素密度，并且其灵敏度也较低。在最近几年中，CMOS传感器制造出现了新技术（例如EXMOR SONY，BSI（Toshiba，Omnivision）的本质是增加传感器表面上像素的密度，从而提高传感器的整体灵敏度。这种传感器的参数已经非常接近CCD传感器的数值，并且在某些参数中最好的样本超过了它们。

夜视仪的显示也会影响设备的整体灵敏度，首先要牺牲其分辨率和对比度/亮度值。

与基于2+或3代图像增强管的夜视设备相比，可以得出有关数码夜视仪将如何工作的某些结论。在灵敏度图上可以清楚地看出，CCD传感器和2 + / 3代成像管增强器的光电阴极在750-850 nm的红外范围内灵敏度更高，而在900nm以上的红外范围内灵敏度更差。

将这些数据与自然夜照明的光谱分布图进行比较，可以得出以下结论：在被动操作模式（无辅助红外光）下，夜间的优势（更高的灵敏度）将位于基于2 + / 3代的图像增强管。

这里重要的是，在高于900 nm的范围内，数字夜视仪仍然具有一定的灵敏度（当波长增加时，灵敏度逐渐降低），同时基于2 + / 3代迅速减少到零。因此，基于图像增强管的夜视设备与"不可见"红外照明器（例如915 nm或940 nm）一起使用时无效，而数字夜视设备与其高度兼容。由于模拟夜视设备（尤其是第2+代）在城市外使用时（例如，用于狩猎）经常需要额外的照明，因此与隐形红外照明器兼容的因素成为数字夜视设备的一大优势。

在本主题中，灵敏度是红外辐射功率的最小值。这就是为什么它的数值（瓦）少的原因。灵敏度越好。

视场

此参数表示可通过设备同时观察到的空间大小。通常，在技术规格中，视场以度（视场角在下图中以2Ѡ表示）或米为单位，表示距被观察物体的已知距离（L）（线性视场在下图中以А表示））。

数码夜视仪的视场由物镜的焦距（fob）和传感器的物理尺寸（В）定义。通常，将传感器的尺寸作为计算视场的尺寸，它们采用宽度（水平尺寸），结果得到的是水平角视场：

2Ѡ= 2 * arctg（（B /（2 * f o））

知道传感器的垂直尺寸（高度）和对角线尺寸，就可以计算垂直和对角线的视场。

关系：

传感器的尺寸越大或物镜的焦距越小；视野角越大。

设备的视野更大；观察物体越方便-无需为了观察空间的必要部分而不断移动设备。

重要的是要了解视场与放大率成反比–增大设备的放大率会导致视场缩小。

同时，随着视野的增加，检测和识别距离将减小，这是因为首先放大率将减小，其次，如果使用红外照明器进行舒适的观察，则必须使用具有宽环形发散角的红外照明器（它应近似于相应于角视场）将依次导致相对于表面的亮度降低，并分别导致红外照明器距离的减小。

缓解眼睛

眼睛缓解是指在观察到的图像最佳时（从最大可能的视野出发，失真最小），从目镜最后一个透镜的外表面到观察者眼睛所在平面的距离。该参数对于武器瞄准器非常重要，其视线释放至少应为50毫米（最佳80-100毫米）。为了避免观察者由于射击时的后坐力而伤害目镜，必须具有如此大的护眼值。在夜视设备中，通常，眼部缓解等于遮盖图像增强光或屏幕照明所必需的眼影长度。

检测和识别距离。

检测距离 –观察设备到某个物体（通常是人）的最大距离，可以借助该设备进行检测。

识别距离 –观察者可以识别被观察物体类型（人类，动物，建筑物等）的最大距离。

这些值对于特定设备不是恒定的，并且取决于以下参数：

放大;

解析度;

设备的灵敏度；

观察条件；

被观察物体的特征；

物体和背景之间的对比水平；

使用红外照明器；

放大倍数较大的设备（在其他条件相同的情况下）则允许带近距离观看的物体，并且此类设备中的检测和识别距离将更大。

设备的分辨率在很大程度上影响识别距离–设备的高分辨率使观察者可以更自信地识别被观察物体的类型，这要归功于物体细节的清晰图像。

数码夜视仪的灵敏度以同样的方式影响检测和识别距离。与灵敏度较小的设备相比，灵敏度更高的设备可确保在远距离观察到的物体更清晰，对比度更高。

除了数码夜视仪的参数外，观察条件和被观察物体的特性也会显着影响检测和识别距离。观察条件将由自然的夜空照明水平和大气透明度决定。如果照明水平和大气透明度（烟，雾，灰尘颗粒等）降低，则检测和识别距离也会降低。

物体的反射特性将以相同的方式影响检测和识别距离。它们将由对象表面的颜色和纹理（光泽或不透明）以及对象与背景相比的对比度级别来定义。例如，比起森林边缘，绿色草地或田野的背景，更容易检测和识别位于雪原背景下的动物。

在弱光条件下，借助红外照明器可以增加检测和识别距离。除了增加物体的整体照度外，在某些情况下，例如从动物的眼睛可以很好地反射红外线照明器的辐射，从而导致可以在相当远的距离检测到动物的事实–在通过夜视仪观察期间，眼睛会被视为明亮点。

红外辅助灯

值得一提的是红外照明器与数码夜视仪一起使用。通常，夜视设备具有集成的红外辅助灯。同时，在市场上有大量的红外灯作为附件出售，旨在与夜视仪结合使用。

根据发射源的类型，红外辅助灯可分为两大类-LED辅助灯和激光红外辅助灯。

在LED辅助灯中，使用了半导体二极管，它会发出一定波长的红外范围的辐射。在市场上，有可能会遇到具有不同波长（最常使用的805 nm，850nm，940nm）和不同功率的LED辅助灯。

激光辅助灯是基于激光半导体二极管制造的。关于LED辅助灯，激光照明器具有明显的优点。

它们的所有辐射的光场是相干的，这意味着光束中的所有光子具有相同的能量，方向和波长。由于这个事实，光束在狭窄的光谱范围内具有高能量密度，即使在长距离下也能保持。LED具有分散的辐射，其特征在于光谱范围宽，并且在距辐射源一定距离处具有较大的能量损耗。这意味着具有相同功率的激光辅助灯能够照明比LED辅助灯更长距离的观察对象；换句话说，激光辅助灯的"工作距离"大于LED辅助灯的"工作距离"。

其次，与相同功率的LED辅助灯相比，激光辅助灯的能耗要低得多。

辅助灯的主要参数是辐射功率和光束的环形发散角。

辐射功率是决定红外照明器距离的主要因素。这取决于所用光源的类型，光学方案以及镜片和抗反射涂层制造的质量。在大多数生产的LED照明器中，最大辐射功率范围为30至100 mW（集成IR照明器的功率值较低，作为附件生产的可拆卸照明器的功率值较高）。

在激光辅助灯中，最大功率可能在10到50 mW之间波动，而能耗与LED辅助灯大致相同。

如果同时使用多个照明器（例如，集成的和可拆卸的外部照明器），则将汇总点的整体照度，但仅当被观察物体的距离不超过这两个照明器中每个照明器的最大工作距离时（即每个照明器都能在此距离照亮被观察物体。如果到物体的距离将超过一个照明器的最大操作距离，而被观察的物体将仅由一个照明器照明）这意味着在此距离将不会对照明点进行汇总。

激光辅助灯的缺点是在辐射超过第一类激光安全性的情况下，在直接观察期间会给人眼造成一定的危险。因此，在大多数国家/地区，民用市场上只允许使用第一级激光安全性（完全安全）的辅助灯。这一事实在很大程度上阻止了激光照明器的广泛普及。

正确设计的1级激光辅助灯在工作效率方面优于普通的LED辅助灯，因为它们具有相对相等的工作距离值，它们具有更小的尺寸和更少的能量。

IR照明器光束的环形散度必须接近夜视设备的视场角，以便照亮可通过设备看到的总面积。较大的是环形散度。区域的照度越低，照度距离越小。实际上，红外照明器在光斑区域上的能量（照度）分布不均匀。通常，光斑的中心区域比靠近边缘的区域具有更大的能量。实际上，这意味着如果增加环形散度，则用户将在很大程度上注意到靠近光斑边缘的区域中的照度降低，同时中心区域将被更密集地照明。

在为夜视仪选择红外照明器时，有必要考虑夜视设备工作的光谱范围。在夜视仪具有最高灵敏度的波长的照明器中，最大功效（照明距离）将是有效的。例如，当使用具有808 nm波长的IR照明器时，数码夜视仪将比940 nm波长具有更好的视觉效果，这意味着808 nm处的传感器灵敏度更高。

值得一提的是，数码夜视仪与红外辅助灯结合使用时的另一优点。显然，与图像增强管相比，数码夜视仪的传感器具有较低的总体灵敏度，但在900 nm和更高范围内的光谱灵敏度明显较高。在此范围内的辐射对于人和动物的眼睛已经是不可见的。所有这一切都可以成功地将不可见范围的红外照明器与数码夜视仪结合使用，以对被观察物体进行额外照明。同时，与模拟夜视仪结合使用时，这种不可见的红外照明器实际上将毫无用处。当数字夜视仪用于狩猎时，尤其如此：

表1（对于激光照明器）和表2（对于LED照明器）显示了IR照明器的功率及其类型对识别距离的影响，具体取决于设备的灵敏度。给出以下条件的数据：无月的夜晚，多云的天空，透明的气氛（无雾，无雾）。作为观察对象，一个人形的人物被用在森林边缘背景上的迷彩服中。红外照明器光束的环形散度为5-7度。