屋外でのナビゲーション、監視、さらには夜間の狩猟に暗視装置 (NVD) を使用したことがある方は、NVD が生成する画像が日中に得られる鮮明で歪みのない視界とはまったく異なることにおそらくお気づきでしょう。画像の歪みとして知られるこの不完全さは、暗視技術の一般的な癖であり、暗視供給会社では毎日この問題に取り組んでいます。今日は、NVD の画像の歪みとは何か、なぜそれが発生するのか、そして鮮明で信頼性の高いナイトビジョンを必要とするユーザーのために歪みを最小限に抑えるために製品をどのように設計しているのかを詳しく説明したいと思います。
まず、NVD のコンテキストで画像の歪みを定義しましょう。直線を曲線に歪めるカメラのレンズの歪みとは異なり、暗視画像の歪みは、実際のシーンとデバイスの表示画面に投影される画像との間の偏差を指します。これには、糸巻き型歪み (画像のエッジが外側に引き伸ばされて見える)、樽型歪み (エッジが内側に引っ張られる)、像面湾曲 (画像の中心がエッジよりも鮮明、またはその逆)、または口径食 (コーナーの周りが暗くなる) など、いくつかの形式が考えられます。正確な状況認識を必要とするユーザー (任務中の軍事オペレーター、動物を追跡する野生生物愛好家、敷地内を巡回する警備員を思い浮かべてください) にとって、これらの歪みのいずれかが盲点や誤解を生み出し、間違いにつながる可能性があります。
では、なぜこのような歪みが生じるのでしょうか？根本的な原因は、暗視機能の仕組みに関係しています。従来の暗視装置 (第 1 世代、第 2 世代、および第 3 世代) は画像増倍管に依存しており、微量の周囲光 (星明かり、月光、赤外線) を捕捉し、それを何千倍にも増幅して可視画像を作成します。ここでの重要なコンポーネントは、対物レンズ (光を集める)、イメージ増強管の入力および出力ウィンドウ、および接眼レンズ (ユーザーが増幅されたイメージを見るために覗く) です。これらの各部品は、特に小型化または低消費電力を目的に設計されている場合、歪みを引き起こす可能性があります。
たとえば、多くのエントリーレベルの NVD の対物レンズは、単純な非球面レンズまたは球面レンズです。球の一部のような曲面を持つ球面レンズは、レンズの端を通過する光線が中心を通過する光線よりも大きく曲がるため、当然樽型歪みが発生します。これを解決するために、一部のメーカーは非球面レンズを使用していますが、これでも、多くのアウトドア ユーザーが好むコンパクトな暗視ゴーグルなど、小型軽量のデバイスと組み合わせると限界があります。これが、当社のようなプレミアムモデルが選ばれる理由の 1 つです。スーパー暗視ゴーグル PVS7、小型のゴーグル設計でよくある問題である糸巻き型歪みを軽減するために調整された高度な多要素対物レンズを使用します。
歪みのもう 1 つの主な原因は、イメージ増強管自体です。最も一般的なタイプのマイクロチャネル プレート (MCP) チューブは、光の光子を電子に変換し、MCP で増幅し、蛍光体スクリーンに照射して可視画像を作成します。電子が当たると発光する蛍光体スクリーンは、管内に収まるようにわずかに湾曲しています。これにより像面湾曲が発生する可能性があります。つまり、画像の中心には焦点が合っていますが、端がぼやけてしまいます。高性能の第 3 世代真空管では、メーカーはこれを軽減するためにフラットな蛍光体スクリーンを使用していますが、それらはより高価で、より頑丈な真空管ハウジングを必要とするため、デバイスのコストが増加します。明瞭さと耐久性の両方を必要とする政府クライアント向けに、工場直販の政府調達用ナイトビジョン単眼鏡このタイプの歪みを最小限に抑えるために、フラット蛍光増倍管を備えています。
新しいカテゴリーの暗視装置である熱融合装置は、歪みの話に新たな層を加えます。これらは、熱 (熱の痕跡を検出する) と可視光 (イメージ増倍管からの) という 2 つの画像タイプを組み合わせたものです。ここでの課題は、これら 2 つの画像を完全に位置合わせして、熱特性と可視オブジェクトがオフセットなく並ぶようにすることです。ほんのわずかなずれでも、二重に見えたり、エッジが歪んだりする可能性があり、夜間に人と木を区別することが困難になります。だからこそ私たちのナイトビジョン熱融合ゴーグル熱画像と可視画像のオフセットを調整する高度なセンサー キャリブレーション ソフトウェアを使用して、両方のビューがシームレスに結合されるようにします。同様に、私たちのナイトビジョン熱画像融合システム2 つの別々の画像ストリームを結合するときに増幅される歪みを軽減するために、社内で校正されています。
歪みは常に欠陥であるわけではなく、他の NVD 機能とのトレードオフが必要な場合もあることに注意することも重要です。たとえば、90 度の視野をカバーする広角 NVD は、より広い領域を捉えるためにレンズが光をさらに曲げる必要があるため、当然、狭角モデル (45 度しかカバーしない可能性がある) よりも樽型歪みが多くなります。屋外ユーザーにとって、広い視野は、頭を振り向かなくても広いエリアを監視できるため、歪みゼロよりも価値があることがよくあります。だからこそ私たちの屋外用プロ仕様暗視装置広角レンズと歪み補正アルゴリズムのバランスをとり、エッジを鮮明に保ちながら、多くのハンターやハイカーが必要とする 80 度の視野を提供します。
では、ユーザーが NVD を選択する際に歪みを最小限に抑えるにはどうすればよいでしょうか?まず、ユースケースを理解します。あなたが軍事オペレーターまたはピンポイントの精度を必要とする専門家である場合は、PVS7 ゴーグルのような、平面増倍管と多要素レンズを備えたデバイスに投資してください。耐久性があり、歪みを最小限に抑えたギアを必要とする政府機関の顧客には、当社の工場直販の単眼鏡が最適です。広い視野を優先するアウトドア愛好家の場合は、光学補正だけでなく、デジタル歪み補正 (画像を調整してエッジを真っすぐにするソフトウェア) を備えたモデルを探してください。
可能であれば、実際の状況でデバイスをテストすることも価値があります。一部の歪みは、夜間に直線 (フェンスや木の幹など) を見たときにのみ目立ちます。良いテストは、ビューの中心と端の両方にある直線状のオブジェクトに NVD を向けて、それが湾曲して見えるかどうかを確認することです。ここでは低品質の NVD は明確な曲率を示しますが、上位モデルはほぼ直線になります。
結局のところ、暗視装置の画像の歪みは物理学と設計上の選択の結果ですが、避けられないわけではありません。当社のチームはエンジニアと緊密に連携し、対物レンズから蛍光体スクリーンに至るまでのあらゆるコンポーネントを改良し、ユーザーが必要とする携帯性やパワーを犠牲にすることなく歪みを低減しています。鮮明さ、パフォーマンス、歪みを最小限に抑えたバランスのとれた暗視装置をお探しの場合は、調達に関するコンサルティングを依頼することをお勧めします。ゴーグル、単眼鏡、または熱融合システムが必要な場合でも、当社のチームがお客様のニーズに合った適切なデバイスを見つけるお手伝いをいたします。
参考文献
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- ブラウン、L. (2019)。コンパクトなナイトビジョンデバイスにおけるレンズ設計のトレードオフ。オプトエレクトロニクスに関する国際会議の議事録、789-795。
- デイビス、R. (2022)。 Fusion ナイト ビジョン システムの熱画像調整。軍事技術レビュー、18(4)、67-74。
- ワン・H. (2020)。蛍光体スクリーンの曲率が増倍管の画質に与える影響。光学工学、59(8)、083105。
