Приборы ночного видения

И. Д. БУРЛАКОВ, В. П. БЕГУЧЕВ 
ПРИБОРЫ НОЧНОГО ВИДЕНИЯ 
Учебное пособие 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2024 

УДК 
621.384 
ББК 32.854.1 
Б37 
Рецензенты: 
доктор физико-математических наук В. А. Холоднов; 
кандидат технических наук С. А. Михайличенко 
Бурлаков, И. Д.  
Б37   
Приборы ночного видения : учебное пособие / И. Д. Бурлаков, В. П. Бегучев. – Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 
2024. – 180 с. : ил., табл. 
ISBN 978-5-9729-2125-6 
Изложены основы устройства приборов ночного видения (ПНВ), 
предназначенных для обзора местности и наблюдения за различными 
предметами в ночных условиях, а также в условиях недостаточной освещенности. Описаны особенности и характеристики зрения человека в 
дневных и ночных условиях. Рассмотрены принципы работы и устройство основных элементов ПНВ: электронно-оптического преобразователя (ЭОП) и его компонентов, объектива, окуляра и др. Дана классификация поколений ЭОП и ПНВ на их основе, описаны их конструктивные 
особенности. Приведены методы расчета основных параметров ПНВ, 
которые проиллюстрированы численными примерами.  
Для студентов, обучающихся по направлениям подготовки 
«Оптотехника» (12.03.02 и 12.04.02) и «Электронные и оптикоэлектронные приборы и системы специального назначения» (12.05.01), 
«Приборостроение» (12.03.01 и 12.04.01), «Конструирование и технологии 
электронных средств» (11.03.03 и 11.04.03), а также аспирантов, инженеров и научных работников, специализирующихся в области разработки и 
применения изделий фотоники, оптоинформатики, оптических и оптикоэлектронных приборов и комплексов. 
УДК 621.384 
ББК 32.854.1 
ISBN 978-5-9729-2125-6 ” Бурлаков И. Д., Бегучев В. П., 2024 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 

СОДЕРЖАНИЕ 
 
ВВЕДЕНИЕ 
.................................................................................... 5
Глава 1. Общие сведения о ПНВ и ЭОП ..................................... 7
1.1. Принцип действия, устройство и назначение ПНВ ............ 7
Глава 2. Зрение и видение........................................................... 11
2.1. Зрение и глаз. Угловое разрешение зрения 
........................ 11
2.1.1. Оптика глаза 
....................................................................... 13
2.1.2. Структурный и нейрофизиологический факторы  
глаза .............................................................................................. 15
2.2. Дневные освещенности. Закон Вебера – Фехнера ............ 22
2.3. Ночные освещенности ......................................................... 26
2.4. Видение. Видимость. Критерии Джонсона. 
....................... 33
Глава 3. Электронно-оптические преобразователи 
.................. 38
3.1. Фотокатоды ........................................................................... 39
3.2. Электронно-оптические системы ЭОП .............................. 51
3.3. Катодолюминесцентный экран ЭОП 
.................................. 55
3.4. Усиление яркости изображения в ЭОП за счет  
усиления фототока ...................................................................... 59
3.4.1. Каскадное усиление........................................................... 59
3.4.2. Микроканальное усиление ............................................... 64
3.5. Основные параметры ЭОП .................................................. 67
3.5.1. Коэффициент преобразования и коэффициент  
усиления яркости 
......................................................................... 67
3.5.2. Разрешающая способность и предел разрешения .......... 69
3.6. Высоковольтный источник питания ЭОП ......................... 71
Глава 4. Конструкции ЭОП ........................................................ 74
4.1. Нулевое поколение и каскадные ЭОП 
................................ 74
4.2. ЭОП первого поколения ...................................................... 77
4.3. ЭОП второго поколения ...................................................... 79
4.4. ЭОП третьего поколения. .................................................... 81
4.5. ЭОП с применением ПЗС (гибридные ЭОП  
или ЭОП четвёртого поколения) 
................................................ 84
4.6. Рентгеновские ЭОП. Усилители рентгеновского 
изображения 
................................................................................. 90
Глава 5. Приборы ночного видения (ПНВ)  
на основе ЭОП ............................................................................. 98
5.1. Параметры приборов ночного видения. 
Дальность видения как основной параметр ПНВ. 
.................... 98
3 

5.2. Оптическая система ПНВ .................................................. 103
5.2.1. Объективы ПНВ .............................................................. 107
5.2.2. Окуляры ПНВ .................................................................. 110
5.3. Основные типы приборов ночного видения .................... 113
5.3.1. ПНВ наблюдения и разведки 
.......................................... 114
5.3.2. Очки ночного видения .................................................... 117
5.3.3. Ночные прицелы 
.............................................................. 123
5.3.4. Ночные танковые приборы 
............................................. 126
5.3.5. Активно-импульсные ПНВ 
............................................. 128
Глава 6. Приборы ночного видения на основе  
фотоприемных матриц .............................................................. 134
6.1. «Цифровые» ПНВ 
............................................................... 134
6.1.1. Аналогово-цифровое преобразование  
изображений 
............................................................................... 137
6.1.2. Типы цифровых приборов изображения ....................... 142
6.1.3. Устройство, основные элементы, конструкция 
цифрового ПНВ ......................................................................... 144
6.1.4. Параметры цифровых ПНВ и методы их  
определения ............................................................................... 146
6.2. ПНВ SWIR-диапазона ........................................................ 155
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ......................................................................... 168
ЛИТЕРАТУРА ........................................................................... 169
 
 
4 

ВВЕДЕНИЕ 
 
Прибор ночного видения (ПНВ) – это оптико-электронный прибор, усиливающий изображение и позволяющий 
наблюдать и распознавать предметы при низкой (ночной) освещенности, когда их видение невооруженным глазом практически невозможно. ПНВ усиливает изображения слабоосвещенных сцен и объектов до яркости, необходимой для реализации 
оптимальных характеристик человеческого зрения, соответствующих дневной освещенности. Одновременно с усилением 
ПНВ преобразует невидимое глазом изображение ближнего инфракрасного диапазона (0,78÷1,2 мкм) в видимое. 
ПНВ можно также считать компактной оптико-электронной системой, в функциональных компонентах которой происходит преобразование оптического излучения (изображения)  
в электронный сигнал с последующим его усилением и преобразованием вновь в оптическое видимое и усиленное изображение. 
ПНВ, во многом обязанные своим появлением и быстрым 
развитием военной промышленности, и сегодня широко применяются в армии, спецподразделениях и силовых структурах. 
Они используются для скрытного наблюдения и разведки,  
в ночных прицелах оружия, очках ночного видения, приборах 
вождения бронетехники, пилотирования вертолетов, наблюдений с беспилотных летательных аппаратов (БЛА). 
ПНВ находят также широкое применение и в гражданских областях. Они используются при ночных поисково-спасательных работах, для ремонта техники и чтения документов, 
вождения автотранспорта и маломерных судов, в экологическом мониторинге ночной жизни животных, при разведке природных ресурсов. ПНВ облегчают и делают более комфортными ночной туризм, охоту, рыбалку. 
Основной и определяющий элемент ПНВ – электроннооптический преобразователь (ЭОП) находит также самостоятельное применение в научном и медицинском приборостроении. На базе ЭОП созданы «лупы времени», позволяющие регистрировать быстропротекающие процессы с временным разрешением лучше, чем 10-12 с. Рентгеновские ЭОП являются основным элементом усилителей рентгеновского изображения, 
5 

позволяющих снижать более, чем на порядок дозу лучевых 
нагрузок на пациента при рентгенографии и рентгеноскопии. 
 
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В ТЕКСТЕ 
АРЯ 
– автоматическая регулировка яркости 
ВИП 
– вторичный источник электропитания 
ВОП 
– волоконно-оптическая пластина 
ВЭЭ 
– вторичная электронная эмиссия 
ЕНО 
– естественная ночная освещенность 
КМОП 
– комплементарные (взаимодополняющие) 
структуры металл-окисел-полупроводник 
МКП 
– микроканальная пластина 
МОП 
– структура металл-окисел-полупроводник 
ОЭС 
– оптико-электронная система 
ОтрЭС 
– отрицательное электронное сродство 
ПЗС 
– прибор с зарядовой связью 
ПНВ 
– прибор ночного видения 
РЭОП 
– рентгеновский электронно-оптический  
преобразователь 
ТС 
– телескопическая оптическая система 
ЧКХ 
– частотно-контрастная характеристика 
ЭОП 
– электронно-оптический преобразователь 
ЭОС 
– электронно-оптическая система 
NIR 
– Near Infrared – ближний инфракрасный  
диапазон (0,75–1,1 мкм) 
SWIR 
– Short Wavelength Infrared – коротковолновый 
инфракрасный диапазон (1,1–2,5 мкм) 
eSWIR 
– Enhanced Short Wavelength Infrared –  
расширенный коротковолновый инфракрасный 
диапазон (0,9–2,5 мкм) 
MWIR 
– Middle Wavelength Infrared – средневолновый 
инфракрасный диапазон (3–5 мкм) 
LWIR 
– Long Wavelength Infrared – длинноволновый 
инфракрасный диапазон (8–14 мкм) 
 
 
 
6 

Глава 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПНВ И ЭОП 
 
1.1. Принцип действия, устройство и назначение ПНВ 
 
ПНВ состоит из следующих основных элементов, показанных на рис. 1.1: объектива, электронно-оптического преобразователя, окуляра, осветителя, блока высоковольтного напряжения и питания осветителя, внешнего корпуса. 
Принцип действия ПНВ иллюстрируется его схематическим устройством на рис. 1.2. 
 
 
 
Рис. 1.1. Прибор ночного видения 
 
 
 
Рис. 1.2. Схема прибора ночного видения: 
1 – объект наблюдения; 2 – объектив; 3 – корпус ПНВ;  
4 – электронно-оптический преобразователь (ЭОП); 5 – изображение  
объекта наблюдения на входном элементе ЭОП;  
6 – ускоряющие электроды; 7 – изображение объекта наблюдения  
на экране ЭОП; 8 – окуляр; 9 – блок высоковольтного напряжения;  
10 – ИК-осветитель 
7 

Объектив ПНВ (2 на рис. 1.2) создает на входном элементе ЭОП – фотокатоде (5) уменьшенное перевернутое оптическое изображение наблюдаемых объектов сцены, освещаемых источниками естественной ночной освещенности (звезды, 
Луна, свечение ночного неба). Фотокатод в результате происходящего в нём явления фотоэлектронной эмиссии создаёт 
электронное изображение, являющееся точной копией оптического изображения по пространственному распределению интенсивности эмиссии фотоэлектронов. 
Затем фотоэлектроны ускоряются и фокусируются электростатическим полем, создаваемым электронно-оптической 
системой ЭОП (6), на электроды которой подается высоковольтное напряжение от источника питания ЭОП (9). В ЭОП помимо ускорения (увеличения энергии фотоэлектронов) возможно также увеличение их числа (фототока) за счет каскадного или микроканального усиления. Сфокусированное перевернутое электронное изображение с увеличенной энергией 
электронов попадает на выходной элемент ЭОП – катодолюминесцентный экран (7). На экране происходит преобразование 
электронного изображения в усиленное видимое, яркость которого соответствует дневной освещенности. Как правило, используются экраны с зеленым цветом свечения, соответствующим максимальной чувствительности зрения человека. Получаемое изображение рассматривается наблюдателем через второй оптический элемент ПНВ – окуляр (8), увеличивающий полученное на экране изображение и дающий возможность глазу 
различать его самые мелкие детали. В результате совместного 
действия всех элементов ПНВ наблюдатель видит прямое, увеличенное и усиленное до дневной освещенности изображение 
наблюдаемой сцены. 
Изложенное выше относится к простейшей конструкции 
ПНВ и ЭОП. Реальные конструкции ПНВ, не отличаясь по 
принципу действия, адаптируются под конкретные задачи применения и могут иметь некоторые отличия в элементах и дополнительных опциях. 
В состав ПНВ часто входит осветитель (10 на рис. 1.2) 
для подсветки цели излучением невидимым для глаз, но «воспринимаемым» фотокатодом ЭОП. Такая подсветка может 
8 

иметь локальный характер и использоваться для кратковременного освещения близко расположенных объектов (например, 
при чтении карт или документов). В ряде ПНВ применяется более мощная подсветка, которая используется для решения основной задачи – инфракрасного освещения удаленных объектов с целью их обнаружения и распознавания. Режим работы, 
при котором основная задача ПНВ решается только при подсветке цели инфракрасным осветителем, называется «активным» (подсветочным) в отличие от «пассивного» (бесподсветочного), при котором цель освещается только естественными 
источниками освещённости (звезды, Луна, ночное небо). Разновидностями активного режима являются «активно-импульсный» и «пассивно-активный» режимы, которые будут рассмотрены в соответствующих разделах. 
В последних поколениях ПНВ используются либо сочлененные (конструктивно или оптически) с ЭОП ПЗС-матрицы, 
либо матрицы фоточувствительных элементов, возбуждаемые 
непосредственно изображением, формируемым объективом 
ПНВ. ЭОП в таких приборах отсутствует, а изображение создается визуализацией цифрового видеосигнала, создаваемого 
матрицей и её схемотехникой на встроенном или удаленном 
дисплее. Такие «безЭОПные» ПНВ стали называться «цифровыми». А ПНВ на основе ЭОП стали приобретать статус «классических». Цифровые ПНВ будут подробно рассмотрены  
в главе 6. 
Как цифровые, так и классические ПНВ могут функционировать только при наличии низкой освещенности наблюдаемых объектов хотя бы и слабой, даже практически не воспринимаемой глазом. В абсолютной же темноте ПНВ не работают. 
В этом их принципиальное отличие от родственных приборов – 
тепловизоров, оптико-электронных приборов, формирующих 
видимое изображение объектов по их собственному тепловому 
излучению и не нуждающихся ни в какой подсветке. Таким образом, тепловизор, в отличие от ПНВ, может «видеть» в абсолютной темноте, а ПНВ – нет. Зато изображение в ПНВ, получаемое за счет отражения предметами ночной освещенности содержит тени и контраст, что делает объекты легко узнаваемыми. Это выгодно отличает их от тепловизионных изображе9 

ний, имеющих непривычный, бестеневой характер и практически непригодных для зрительных задач распознавания и идентификации, которые рассмотрены в разделе 2.4. 
Одну из основных характеристик ПНВ часто некорректно 
называют «дальность действия». Правильнее говорить о дальности – расстоянии от точки наблюдения до объекта наблюдения, на котором положительно решается одна из зрительных задач. Такими задачами в технике ночного видения принято считать обнаружение, распознавание и идентификацию объектов 
(целей). Таким образом, у ПНВ могут быть дальность обнаружения, дальность распознавания, дальность идентификации. 
Существуют количественно-вероятностные критерии выполнения этих задач, по которым можно провести оценку дальности их выполнения. Эти дальности зависят как от оптикоэлектронных характеристик ПНВ, так и от светотехнических и 
фоно-целевых условий наблюдения. 
Для понимания работы ПНВ необходимо знание особенностей и характеристик зрения человека в дневных и ночных 
условиях, а также оптотехнических характеристик условий освещенности. Эти вопросы рассматриваются в главе 2. В главе 3 
рассмотрены основные элементы ЭОП и физические принципы 
их работы, а в главе 4 – поколения ЭОП и их конструкции. ПНВ 
и их различные типы рассматриваются в главах 5 и 6. 
Книга написана на основе курса лекций, читаемых авторами на базовой кафедре «Инфракрасная техника и электронная оптика» РТУ МИРЭА при Государственном научном центре Российской Федерации АО «НПО «Орион». 
 
 
10