Тепловізор або прилад нічного бачення: відмінності та функції

Тепловізор і прилад нічного бачення належать до великої категорії технологій нічного бачення, які за останні якихось 10 років щільно увірвалися в різні сфери людської життєдіяльності. Далеко не останню роль зіграло стрімке здешевлення складних технологічних процесів у виготовленні і велика конкуренція. Локомотивом розвитку цього ринку як завжди виступили військові, на отримання переваг яких виділялися величезні кошти урядів різних країн. Не залишився осторонь і чималий сегмент громадянського ринку. Тепловізор або ПНБ буквально змогли перевернути світ полювання, давши її шанувальникам цілий ряд незаперечних переваг. Можливість виявляти тварин на відстанях, які виходять за межі їх органів сприйняття, практично не залишило їм жодних шансів. Мисливці ж, навпаки змогли значно підвищити якість і результативність свого улюбленого заняття.

У військовому застосуванні технології нічного бачення є невід'ємним елементом, що забезпечує перевагу в бойових умовах. Тактичні ПВН дозволяють проводити штурмові та оборонні операції в темний час доби. Військові можуть ефективно орієнтуватися на місцевості, виявляти засідки і уникати непередбачених зіткнень. Далекобійна тепловізійна оптика дозволяє «бачити» на кілька кілометрів. На базі потужних тепловізорів будуються пункти прихованого спостереження, що дозволяють вчасно виявити місця дислокації противника або спроби наступу. Мета цього матеріалу - пояснити користувачам, чим відрізняється тепловізор від приладу нічного бачення. Ми більш детально заглибимося технічні подробиці обох типів пристроїв, розглянемо принципи роботи і виділимо ряд переваг.

ПРИНЦИП РОБОТИ ТЕПЛОВІЗОРА

Тепловізори працюють на основі реєстрації інфрачервоного випромінювання, яке виходить абсолютно від усіх об'єктів з температурою вище абсолютного нуля. Цей принцип заснований на термографії – методі візуалізації теплових потоків і розподілу температури на поверхнях об'єктів які спостерігаються. На відміну від нічної оптики, яка реєструє хоч і слабке, але видиме світло, тепловізори чутливі у довгохвильовому інфрачервоному випромінюванні LWIR (long wave length infrared) в діапазоні від 8 до 14 мкм. Ця область потрапляє в одну з «вікон прозорості» атмосфери Землі, дозволяючи безперешкодно реєструвати випромінювання на дуже великих за нічним мірками відстанях. Таким чином, інфрачервоне випромінювання проходить через об'єктив і фокусується на детекторі, який перетворить його в електричні сигнали і далі будує термографічну картинку, яка в більш звичному вигляді відображається на дисплеї пристрою. Давайте розглянемо ключові компоненти тепловізорів:

Об'єктив. У тепловізійної оптики в якості матеріалів для лінз об'єктива використовуються кристалічні напівпровідники, такі як Германій (Ge32). Саме цей матеріал повністю прозорий для інфрачервоного випромінювання і на відміну від звичайних оптичних стекол не створює перешкод при реєстрації сигналів. Таким чином, чим більше діаметр передньої лінзи, фокусна відстань самого об'єктива, тим більша кількість випромінювання він може пропустити. Основним завданням об'єктивів є фокусування теплового потоку на інфрачервоному сенсорі.

Детектор (Матриця). Це основний елемент тепловізора, який вловлює тепловий потік і перетворює його в масив електричних сигналів. У переважній більшості використовуються так звані матриці фокальної площини FPA (Focal Plane Arrays), що потрапляють у розряд неохолоджуваних мікроболометрів. Роздільна здатність ІЧ-сенсора виражається в кількості пікселів, як правило,можна бачити цифри 640х512 або 384х288 рх. Відповідно, чим більша кількість детекторів на одиниці площі монокристалу, тим якісну картинку ви будете бачити. Це один з найбільш дорогих елементів тепловізорів, і оптика з більш потужними сенсорами коштує набагато дорожче.

Електронна начинка. Величезний масив електричних сигналів, отриманих від інфрачервоного детектора, електроніка перетворює для побудови візуального теплового зображення. Важливим аспектом роботи цього модуля є калібрування і компенсація так званих шумів. На основі передових алгоритмів обробки зображень, які багато розробників тримають у секреті, побудовані функції поліпшення якості зображень. Для побудови цих схем вже щосили застосовуються методи глибокого машинного навчання, що використовуються в системах штучного інтелекту (ШІ).

Дисплей. Це пристрій відображає перетворений потік даних розподілу температури в термографічне зображення, звичне для нашого зору. Система відображення підтримує можливість застосування різних колірних палітр, де кожен градієнт температури відповідає тому чи іншому кольору.

П'ять популярних моделей тепловізорів:

ПРИНЦИП РОБОТИ ПРИЛАДІВ НІЧНОГО БАЧЕННЯ

Прилади нічного бачення (ПНБ) працюють на основі посилення доступного світла, що дозволяє бачити в умовах недостатньої освітленості або повної темряви. Існує кілька типів пристроїв, що відрізняються за технологіями посилення світла.ПНБ складаються з декількох ключових компонентів, кожен з яких відіграє важливу роль у формуванні та посилення зображення.

Об'єктив. Як і у випадку з тепловізійної оптикою цей елемент також відповідає за кількість світла, що пропускається. В якості матеріалів використовуються оптичні скла з високою світлопропускною здатністю, особливо в зоні ближнього ІЧ випромінювання. Відповідно, чим більше світловий діаметр об'єктива, тим більша кількість світла він може пропустити.

Електронно-оптичний перетворювач (ЕОП). Це основний елемент будь-якого тактичного приладу нічного бачення. Його основним завданням є багаторазове посилення світла надходить через об'єктив. Фотокатодна трубка перетворює світлові фотони в потік вільних електронів, що потрапляють на катод підсилювача. Далі після багаторазового посиленняна на мікрональних пластинах, що викликають каскадне посилення електронів, фосфоресціюючий екран створює видиме зображення. Якість зображення залежить від безлічі факторів, таких як покоління ЕОП, світлочутливість, роздільна здатність і багато іншого. Зараз найпоширеніші варіанти ПНБ використовують ЕОП поколінь 2+ і вище.

Колір люмінофора. Існує два найбільш поширених варіанти: зелений та білий фосфор. В першому випадку зображення, створюване ПНБ, відображається у відтінках зеленого, що обумовлено особливостями людського зору – очей, які краще розрізняють ці цю колірну гаму в умовах низької освітленості. Цей тип довгий час був стандартом у військових і комерційних приладах нічного бачення з-за його ефективності і відносної дешевизни. Білий фосфор, в свою чергу, надає зображення у відтінках сірого, ближче до чорно-білого, що покращує контраст і деталізацію. Такі зображення сприймаються більш природними і менш нудними для очей при тривалому використанні.

Окуляр. У окулярном модулі приладів нічного бачення знаходиться фосфоресціюючий екран, як правило, на основі Арсеніду галію (GaAs), який не володіє збільшуючими властивостями. Його основною характеристикою є роздільна здатність, виражене штрихами на міліметр. Показник 64-72 л/мм вважається оптимальним. При таких параметрах ви будете бачити багато дрібних деталей.

Цифрові прилади нічного бачення. Це окрема категорія високотехнологічної нічної оптики, роль посилення світла в яких виконують не звичні ЕОП, а цифрові матриці CMOS (Complementary metal – oxide – semiconductor) або CCD (Charged Coupled Device). З кожним роком оновлюються показники чутливості цифрових сенсорів , дозволяючи бачити в умовах вкрай слабким рівнем освітлення все далі. При використанні потужних лазерних ІЧ-освітлювачів комфортна дальність роботи, при якій можна розрізнити ростову фігуру людини або тварини, становить близько 350 метрів. По дальності виявлення нічна оптика, звичайно, не зрівнятися з тепловізійною, але і завдання у неї трохи інші.

П'ять популярних моделей приладів нічного бачення:

Принципові відмінності тепловізорів і приладів нічного бачення

Як ми змогли переконатися, тепловізори сильно відрізняються від приладів нічного бачення за принципами роботи. Для тепловізійної оптики не потрібна ніяка підсвітка, вона прекрасно «бачить» як вдень, так і вночі. Крім того, теплоконтрастний об'єкт буде добре помітний навіть крізь атмосферні перешкоди у вигляді туману, задимлення територіїі , рідкісну рослинність. Дальність виявлення, особливо у флагманських моделей, може становити кілька кілометрів, що значно перевищує можливості навіть просунутої нічної оптики. Обидва типи приладів служать різним цілям і мають свої особливі переваги. Тактичні та інші прилади нічного бачення надають більш чітке зображення, яке ближче до природного. Монокуляри та окуляри з кріпленням на шолом повністю звільняють руки оператора, дозволяючи виконувати більш широке коло завдань на коротких дистанціях. Крім того, нічне оптика значно дешевша.

ВИСНОВКИ

Якщо питання стоїть в тому - що вибрати тепловізор або прилад нічного бачення, відштовхуватися, в першу чергу, слід від передбачуваних завдань. Обидва типи пристроїв найшли своє застосування, як у цивільних цілях, так і у військових.

MOA та MRAD: системи вимірювання в оптичних прицілах

Як працює тепловізор: принципи та сфери застосування

Відмінності між поколіннями ПНБ: який вибрати?

Принцип роботи коліматорного прицілу: як він допомагає стрільцю?