Тепловизор или прибор ночного видения: отличия и функции

Тепловизор и прибор ночного видения относятся к большой категории технологий ночного видения, которые за последние каких-то 10 лет плотно ворвались во многие сферы человеческой жизнедеятельности. Далеко не последнюю роль сыграло стремительное удешевление сложных технологических процессов в изготовлении и большая конкуренция. Локомотивом развития этого рынка как всегда выступили военные, на получение преимуществ которых выделялись огромные средства правительств разных стран. Не остался в стороне и немалый сегмент гражданского рынка. Тепловизор или ПНВ буквально смогли перевернуть мир охоты, дав ее почитателям целый ряд неоспоримых преимуществ. Возможность обнаруживать животных на расстояниях, выходящим за пределы органов их восприятия, практически не оставило им никаких шансов. Охотники же, наоборот смоги значительно повысить качество и результативность своего любимого занятия.

В военном применении технологии ночного видения являются неотъемлемым элементом, обеспечивающим преимущество в боевых условиях. Тактические ПВН позволяют проводить штурмовые и оборонительные операции в темное время суток. Военные могут эффективно ориентироваться на местности, выявлять засады и избегать непредусмотренных столкновений. Дальнобойная тепловизионная оптика позволяет «видеть» на несколько километров. На базе мощных тепловизоров строятся пункты скрытого наблюдения, позволяющие вовремя выявить места дислокации противника или попытки наступления. Цель этого материала - объяснить пользователям, чем отличается тепловизор от прибора ночного видения. Мы более детально углубимся технические подробности обоих типов устройств, рассмотрим принципы работы и выделим ряд преимуществ.

ПРИНЦИП РАБОТЫ ТЕПЛОВИЗОРА

Тепловизоры работают на основе регистрации инфракрасного излучения, которое исходит абсолютно от всех объектов с температурой выше абсолютного нуля. Этот принцип основан на термографии – методе визуализации тепловых потоков и распределения температуры на поверхностях объектов наблюдаемой сцены. В отличие от ночной оптики, которая регистрирует хоть и слабый, но видимый свет, тепловизоры чувствительны длинноволновому инфракрасному излучению LWIR (long wave length infrared) в диапазоне от 8 -14 мкм. Эта область попадает в одно из «окон прозрачности» атмосферы Земли, позволяя беспрепятственно регистрировать излучение на очень больших по ночным меркам расстояниях. Таким образом, инфракрасное излучение проходит через объектив и фокусируется на детекторе, который преобразует его в электрические сигналы и далее строит термографическую картинку, которая в более привычном виде отображается на дисплее устройства. Давайте рассмотрим ключевые компоненты тепловизоров:

Объектив. В тепловизионной оптике в качестве материалов для линз объектива используются кристаллические полупроводники, такие как Германий (Ge32). Именно этот материал полностью прозрачен для инфракрасного излучения и в отличие от обычных оптических стекол не создает помех при регистрации сигналов. Таким образом, чем больше диаметр передней линзы и фокусное расстояние самого объектива, тем большее количество излучения он может пропустить. Основной задачей объективов является фокусировка теплового потока на инфракрасном сенсоре.

Детектор (Матрица). Это основной элемент тепловизора, улавливающий тепловой поток и преобразующий его в массив электрических сигналов. В подавляющем большинстве используются так называемые матрицы фокальной плоскости FPA (Focal Plane Arrays), попадающие в разряд неохлаждаемых микроболометров. Разрешение ИК-сенсора выражается в количестве пикселей, как правило, можно видеть цифры 640х512 или 384х288 рх. Соответственно, чем большее количество детекторов на единице площади монокристалла, тем качественную картинку вы будете видеть. Это один из самых дорогих элементов тепловизоров, и оптика с более мощными сенсорами стоит намного дороже.

Электронная начинка. Огромный массив электрических сигналов, полученных от инфракрасного детектора, электроника преобразует для построения визуального теплового изображения. Важным аспектом работы этого модуля является калибровка и компенсация так называемых шумов. На основе передовых алгоритмов обработки изображений, которые многие разработчики держат в секрете, построены функции улучшения качества картинок. Для построения этих схем уже вовсю применяются методы глубокого машинного обучения, использующиеся в системах искусственного интеллекта (ИИ).

Дисплей. Это устройство отображает преобразованный поток данных распределения температуры в термографическое изображение, привычное для нашего зрения. Система отображения поддерживает возможность применения различных цветовых палитр, где каждый градиент температуры соответствует тому или иному цвету.

Пять популярных моделей тепловизоров:

ПРИНЦИП РАБОТЫ ПРИБОРОВ НОЧНОГО ВИДЕНИЯ

Приборы ночного видения (ПНВ) работают на основе усиления доступного света, что позволяет видеть в условиях недостаточной освещенности или полной темноты. Существует несколько типов устройств, отличающихся по технологиям усиления света. ПНВ состоят из нескольких ключевых компонентов, каждый из которых играет важную роль в формировании и усилении изображения.

Объектив. Как и в случае с тепловизионной оптикой этот элемент также отвечает за количество пропускаемого света. В качестве материалов используются оптические стекла с высокой светопропускной способностью, особенно в зоне ближнего ИК излучения. Соответственно, чем больше световой диаметр объектива, тем большее количество света он может пропустить.

Электронно-оптический преобразователь (ЭОП). Это основной элемент любого тактического прибора ночного видения. Его основной задачей является многократное усиление света поступающего через объектив. Фотокатодная трубка преобразует световые фотоны в поток свободных электронов, попадающих на катод усилителя. Далее после многократного усиления на микрональных пластинах, вызывающих каскадное усиление электронов, фосфоресцирующий экран создает видимое изображение. Качество этого изображения зависит от множества факторов, таких как поколение ЭОП, светочувствительность, разрешение и многое другое. Сейчас самые распространенные варианты ПНВ используют ЭОП поколений 2+ и выше.

Цвет люминофора. Существует два наиболее распространенных варианта: зеленый и белый фосфор. В первом случае изображение, создаваемое ПНВ, отображается в оттенках зеленого, что обусловлено особенностями человеческого зрения – глаз лучше различает эти эту цветовую гамму в условиях низкой освещенности. Этот тип долгое время был стандартом в военных и коммерческих приборах ночного видения из-за его эффективности и относительной дешевизны. Белый фосфор, в свою очередь, предоставляет изображение в оттенках серого, ближе к черно-белому, что улучшает контраст и детализацию. Такие изображения воспринимаются более естественными и менее утомительными для глаз при длительном использовании.

Окуляр. В окулярном модуле приборов ночного видения находится фосфоресцирующий экран, как правило, на основе Арсенида галлия (GaAs), который не обладает увеличивающими свойствами. Его основной характеристикой является разрешение, выраженное штрихами на миллиметр. Показатель 64-72 л/мм считается оптимальным. При таких параметрах вы будете видеть много мелких деталей.

Цифровые приборы ночного видения. Это отдельная категория высокотехнологичной ночной оптики, роль усиления света в которых выполняют не привычные ЭОП, а цифровые матрицы CMOS (Complementary metal–oxide–semiconductor) или CCD (Charged Coupled Device). С каждым годом обновляются показатели чувствительности цифровых сенсоров , позволяя видеть в условиях с крайне слабым уровнем освещения все дальше. При использовании мощных, лазерных ИК-осветителей комфортная дальность работы, при которой можно различить ростовую фигуру человека или крупное животное, составляет порядка 350 метров. По дальности обнаружения ночная оптика, конечно, не сравниться с тепловизионной, но и задачи у нее немного другие.

Пять популярных моделей приборов ночного видения:

Принципиальные отличия тепловизоров и приборов ночного видения

Как мы смоги убедиться, тепловизоры сильно отличаются от приборов ночного видения по принципам работы. Для тепловизионной оптики не нужна никакая подсветка, она прекрасно «видит» как днем, так и ночью. Кроме того, теплоконтрастный объект будет хорошо заметен даже сквозь атмосферные преграды в виде тумана, задымления территории и редкую растительность. Дальность обнаружения, особенно у флагманских моделей, может составлять несколько километров, что значительно превышает возможности даже продвинутой ночной оптики. Оба типа приборов служат разным целям и имеют свои особые преимущества. Тактические и другие приборы ночного видения предоставляют более четкое изображение, которое ближе к естественному. Монокуляры и очки с креплением на шлем полностью освобождают руки оператора, позволяя выполнять более широкий круг задач на коротких дистанциях. Кроме того, ночная оптика значительно дешевле.

ВЫВОДЫ

Если вопрос стоит в том - что выбрать тепловизор или прибор ночного видения, отталкиваться, в первую очередь, следует от предполагаемых задач. Оба типа устройств нашли свое применение, как в гражданских целях, так и в военных.

MOA и MRAD: системы измерения в оптических прицелах

Как работает тепловизор: принципы и области применения

Различия между поколениями ПНВ: какой выбрать?

Принцип работы коллиматорного прицела: как он помогает стрелку?