Biên niên sử của hình ảnh nhiệt. Phần 2
Vấn đề quan trọng của các máy ảnh nhiệt riêng lẻ như một phần của hệ thống đo đạc và quan sát là các yêu cầu nghiêm ngặt về trọng lượng và kích thước. Không thể đặt một hệ thống làm mát ma trận bằng nitơ lỏng, vì vậy phải tìm ra các giải pháp kỹ thuật mới. Và tại sao phải bận tâm đến máy chụp ảnh nhiệt phức tạp và đắt tiền nhất, nếu đã có các thiết bị nhìn ban đêm hồng ngoại tuyệt vời cho một khẩu súng trường cá nhân vũ khí? Vấn đề chính là sự ngụy trang của kẻ thù, khói, lượng mưa trong khí quyển và nhiễu ánh sáng ^ tất cả những điều này làm giảm đáng kể hiệu quả của các thiết bị nhìn ban đêm, ngay cả với các ống tăng cường hình ảnh thế hệ thứ ba. Sản phẩm của Cục thiết kế trung tâm Novosibirsk "Tochpribor" theo chỉ số 1PN116 chỉ được thiết kế để hoạt động trong những điều kiện như vậy và là một đại diện lâu đời của các thiết bị phát hiện bức xạ hồng ngoại từ các vật thể trên chiến trường.
Thiết bị ngắm ảnh nhiệt 1PN116 với tầm nhìn nhạy bén của nó có thể nhìn thấy mọi thứ có kích thước bằng một người và những gì nóng hơn nền tự nhiên phía trước 1200 mét. Thiết bị này có khối lượng đáng kể (3,3 kg), và do đó họ chủ yếu đặt nó trên SVD, súng máy "Pecheneg" và "Kord". Một microbolometer không được làm mát được sử dụng như một "võng mạc", ma trận trong đó có 320x240 pixel. Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn các thủ thuật của hình ảnh nhiệt không được làm mát.
[trung tâm]Máy đo vi mạch trạng thái rắn quân sự
Đây đã là kỹ thuật thế hệ thứ ba, có những điểm khác biệt cơ bản so với các kỹ thuật trước đó là không có hệ thống quét cơ học phức tạp và không phải lúc nào cũng đáng tin cậy. Thế hệ máy ảnh nhiệt này dựa trên máy thu mảng trạng thái rắn Khu vực tấm tiêu cự (FPA) được gắn ngay phía sau mặt phẳng thấu kính. "Hóa học" của tầm nhìn nhiệt trong các thiết bị như vậy, trong đại đa số trường hợp, dựa trên các lớp điện trở của ôxít vanadi VOx hoặc silicon α-Si vô định hình. Nhưng vẫn có những trường hợp ngoại lệ, trong đó vectơ quang hay "trái tim" của máy ảnh nhiệt dựa trên PbSe, ma trận nhiệt điện của vectơ quang hoặc ma trận dựa trên hợp chất CdHgTe, được trang bị làm mát bằng nhiệt điện. Điều thú vị là, việc làm mát như vậy thường không được sử dụng cho mục đích đã định mà chỉ cung cấp sự ổn định nhiệt trong các điều kiện môi trường thay đổi. Các microbolometers từ thanh ghi dòng VOx hoặc α-Si thay đổi điện trở dưới ảnh hưởng của nhiệt độ, đề cập đến nguyên tắc hoạt động cơ bản của máy ảnh nhiệt. Mỗi cảm biến trạng thái rắn như vậy chứa một chip tiền xử lý tín hiệu chuyển đổi điện trở thành điện áp đầu ra và bù cho bức xạ nền. Yêu cầu quan trọng của microbolometer là hoạt động trong chân không và quang học germanium "trong suốt về nhiệt", điều này làm phức tạp nghiêm trọng công việc của cả nhà thiết kế và nhà sản xuất. Và bản thân cảm biến phải có chất nền đáng tin cậy với bao gồm gecmani hoặc gali arsenide. Để hiểu được sự phức tạp của cách hoạt động của một microbolometer, cần lưu ý rằng sự dao động 0,1 K trong nhiệt độ tinh thể dẫn đến sự thay đổi nhỏ trong điện trở 0,03%, điều này phải được theo dõi. Silicon vô định hình, tất cả những thứ khác đều bằng nhau, có một số ưu điểm hơn so với ôxít vanadi - tính đồng nhất của mạng tinh thể và độ nhạy cao. Điều này giúp hình ảnh cho người dùng có độ tương phản cao hơn và ít bị nhiễu hơn so với các kỹ thuật tương tự trên VOx. Mỗi pixel của microbolometer là duy nhất theo cách riêng của nó - nó có hệ số riêng, hơi khác so với các điểm ảnh khác, hệ số khuếch đại và bù trừ ảnh hưởng đến hình ảnh cuối cùng. Bằng cách tăng số lượng pixel, giảm bước giữa chúng (lên đến 9-12 micron) và thu nhỏ của chúng, các nhà thiết kế đang cố gắng giảm mức độ nhiễu trong hình ảnh. Pixel "xấu" hoặc bị lỗi là một vấn đề nghiêm trọng trong sản xuất microbolometers, buộc các kỹ sư phải phát triển cơ chế phần mềm để cân bằng các chấm trắng hoặc đen trên màn hình và các hạt nhấp nháy. Điều này thường được tổ chức bằng cách sử dụng nội suy, nghĩa là, tín hiệu đi từ pixel "bị hỏng" được thay thế bằng đạo hàm của giá trị các vùng lân cận. Tham số ma trận quan trọng nhất là giá trị NETD (Chênh lệch nhiệt độ tương đương tiếng ồn), hoặc nhiệt độ tại đó tín hiệu microbolometer khác với tiếng ồn. Tất nhiên, cảm biến phải hoạt động nhanh chóng, vì vậy thông số tiếp theo là hằng số thời gian hoặc tốc độ mà máy ảnh nhiệt phản ứng với sự thay đổi nhiệt độ. Hệ số lấp đầy hay hệ số lấp đầy là một đặc trưng của ma trận phản ánh mức độ lấp đầy của microbolometer với các phần tử nhạy cảm, nó càng lớn thì người vận hành càng nhìn thấy hình ảnh tốt hơn. Ma trận công nghệ cao tự hào có độ phủ 90% của ma trận với số lượng điểm ảnh đạt 1 triệu. Người dùng có thể quan sát chiến trường trong hai phiên bản - đơn sắc và bảng màu.
Những phát triển của các nhà khoa học Mỹ liên quan đến việc sử dụng graphene làm cảm biến hồng ngoại có vẻ đầy hứa hẹn. Vật liệu 2D này có ở khắp mọi nơi mà họ cố gắng giới thiệu, và bây giờ đến lượt công nghệ hình ảnh nhiệt. Cho rằng 70-80% chi phí của một máy ảnh nhiệt không được làm mát được tạo thành từ microbolometer và quang học germani, ý tưởng tạo ra cảm biến nhiệt điện graphene là rất hấp dẫn. Theo người Mỹ, một lớp graphene tương đối rẻ tiền trên nền silicon nitride là đủ, và nguyên mẫu đã có khả năng phân biệt một người ở nhiệt độ phòng.
Cả ở nước ngoài và ở Nga, người ta chú ý nhiều đến những phát triển liên quan đến sự biến nhiệt của hệ thống quang học của máy ảnh nhiệt, tức là khả năng chống lại những thay đổi của nhiệt độ xung quanh. Thấu kính được sử dụng từ vật liệu chalcogenide - GeAsSe và GaSbSe, trong đó chiết suất của tia phụ thuộc rất ít vào nhiệt độ. LPT và Murata Manufacturing đã phát triển một kỹ thuật sản xuất các thấu kính như vậy bằng cách ép nóng, sau đó là quay kim cương của thấu kính phi cầu và thấu kính lai. Ở Nga, một trong số ít nhà sản xuất thấu kính athermal là NPO GIPO - Viện Quang học Ứng dụng Nhà nước, là một phần của Shvabe đang nắm giữ. Vật liệu thấu kính là thủy tinh không chứa ôxy, kẽm và selenua germani, và thân được làm bằng hợp kim nhôm có độ bền cao, cuối cùng đảm bảo không bị biến dạng trong phạm vi từ -400C đến + 500C.
Ở Nga, ngoài 1PN116 được đề cập từ Xí nghiệp Đơn vị Nhà nước Liên bang "TsKB Tochpribor" (hoặc "Thiết bị Shvabe"), một thiết bị ngắm ảnh nhiệt nhẹ hơn nhiều "Shakhin" (OAO TsNII "Cyclone"), được đặt tên cho "sự cảnh giác" để vinh danh loài chim ưng săn mồi, được phân biệt bằng ma trận Ulisse của Pháp với 160x120 pixel (hoặc 640x480) và phạm vi nhận dạng của một con số tăng trưởng là 400-500 mét. Trong các thế hệ mới nhất, microbolometer nhập khẩu đã được thay thế bằng mẫu nội địa.
Tiếp theo trong danh sách: kính ngắm ảnh nhiệt PT3 từ Novosibirsk "Shvabe - Defense and Protection" với độ phân giải ma trận 640x480 phần tử, khối lượng 0,69 kg và đã trở thành "tiêu chuẩn vàng", phạm vi phát hiện của sự phát triển con số 1200 m. Cao độ pixel của cảnh này không phải là một chỉ số nổi bật và là 25 micron, tạo thành độ phân giải hình ảnh cuối cùng khiêm tốn. Nhân tiện, tổ chức này đã tổ chức sản xuất một thiết bị ngắm săn dựa trên sự phát triển quân sự mang mã PTZ-02. Một đại diện khác của trường thiết kế trong nước là ống ngắm ảnh nhiệt Alfa TIGR từ bộ phận Shvabe-Fotopribor, dường như đã trở thành nhà độc quyền, với bộ thu microbolometric trong phạm vi 7-14 micron với độ phân giải 384x288 pixel. Trong TIGER, nhà điều hành làm việc với một màn hình OLED đơn sắc 800x600 pixel, trong đó 768x576 được dành riêng để hiển thị hình ảnh nhiệt. Một điểm khác biệt quan trọng so với các mẫu ống ngắm ảnh nhiệt ban đầu của Nga là thời lượng hoạt động tăng thêm 30 phút - giờ đây bạn có thể chiến đấu trong phạm vi IR trong 4,5 giờ. Sửa đổi của nó "Alfa-PT-5" có một bộ tách sóng quang PbSe hiếm có với tính năng ổn định nhiệt điện. Kính ngắm phổ thông PT-1 của NPO NPZ có thể được kết hợp với nhiều loại vũ khí nhỏ do một bộ nhớ và giá đỡ đặc biệt, trong đó đạn đạo và hạt đạn cho nhiều loại vũ khí được lập trình. Bóp mắt của thị giác sẽ bật màn hình vi mô, và không nhắm nó sẽ tắt nó - một hệ thống tiết kiệm năng lượng như vậy được triển khai trong PT-1. Các microbolometers của Mỹ được lắp đặt trên thiết bị quan sát và ngắm ảnh nhiệt "Granit-E" của MNPK "Spektr". Kỹ thuật với tầm nhìn "rộng phân cực" được công ty trình bày với tên dài NF IFP SB RAS "KTP PM" dưới chỉ số TB-4-50 và có trường nhìn 18 độ x 13,6 độ.
Nhân tiện, công ty cung cấp một loạt ba kích thước ống ngắm ảnh nhiệt TB-4, TB-4-50 và TB-4-100, được trang bị bộ vi xử lý hiện đại để xử lý hình ảnh dựa trên HPRSC (Siêu máy tính có thể cấu hình lại hiệu suất cao ) ngành kiến trúc. Một khu vực riêng biệt là các ống ngắm ảnh nhiệt mới "Mowgli-2M" theo chỉ số 1PN97M, được cài đặt trên họ MANPADS như "Strela-2M", "Strela-3", "Igla-1", "Igla", " Igla-S "và" Willow "mới nhất. Họ phát triển và lắp ráp các điểm tham quan tại St.Petersburg LOMO và tất nhiên chúng khác nhau ở phạm vi phát hiện khổng lồ 6000 m. Một lựa chọn thay thế cho Mowgli có thể là điểm ngắm TV / S-02 của BELOMO từ các nước láng giềng, được thiết kế cho vũ khí nhỏ nặng - súng trường cỡ nòng lớn, súng phóng lựu và trên thực tế là MANPADS. Với khối lượng không quá 2 kg, tầm ngắm của Belarus thể hiện phạm vi phát hiện của con người ấn tượng là 2000 mét và khả năng nhận dạng là 1300 mét.
Trong phần này của "Biên niên sử hình ảnh nhiệt", chúng tôi đã nói về một số điểm tham quan hình ảnh nhiệt cá nhân trong nước và đối tác của chúng từ các nước láng giềng. Trước các chất tương tự nước ngoài, bể máy ảnh nhiệt, cũng như các thiết bị giám sát và trinh sát cá nhân.
1PN116 được cài đặt trên PKM
Thiết bị ngắm ảnh nhiệt 1PN116 với tầm nhìn nhạy bén của nó có thể nhìn thấy mọi thứ có kích thước bằng một người và những gì nóng hơn nền tự nhiên phía trước 1200 mét. Thiết bị này có khối lượng đáng kể (3,3 kg), và do đó họ chủ yếu đặt nó trên SVD, súng máy "Pecheneg" và "Kord". Một microbolometer không được làm mát được sử dụng như một "võng mạc", ma trận trong đó có 320x240 pixel. Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn các thủ thuật của hình ảnh nhiệt không được làm mát.
[trung tâm]Máy đo vi mạch trạng thái rắn quân sự
Đây đã là kỹ thuật thế hệ thứ ba, có những điểm khác biệt cơ bản so với các kỹ thuật trước đó là không có hệ thống quét cơ học phức tạp và không phải lúc nào cũng đáng tin cậy. Thế hệ máy ảnh nhiệt này dựa trên máy thu mảng trạng thái rắn Khu vực tấm tiêu cự (FPA) được gắn ngay phía sau mặt phẳng thấu kính. "Hóa học" của tầm nhìn nhiệt trong các thiết bị như vậy, trong đại đa số trường hợp, dựa trên các lớp điện trở của ôxít vanadi VOx hoặc silicon α-Si vô định hình. Nhưng vẫn có những trường hợp ngoại lệ, trong đó vectơ quang hay "trái tim" của máy ảnh nhiệt dựa trên PbSe, ma trận nhiệt điện của vectơ quang hoặc ma trận dựa trên hợp chất CdHgTe, được trang bị làm mát bằng nhiệt điện. Điều thú vị là, việc làm mát như vậy thường không được sử dụng cho mục đích đã định mà chỉ cung cấp sự ổn định nhiệt trong các điều kiện môi trường thay đổi. Các microbolometers từ thanh ghi dòng VOx hoặc α-Si thay đổi điện trở dưới ảnh hưởng của nhiệt độ, đề cập đến nguyên tắc hoạt động cơ bản của máy ảnh nhiệt. Mỗi cảm biến trạng thái rắn như vậy chứa một chip tiền xử lý tín hiệu chuyển đổi điện trở thành điện áp đầu ra và bù cho bức xạ nền. Yêu cầu quan trọng của microbolometer là hoạt động trong chân không và quang học germanium "trong suốt về nhiệt", điều này làm phức tạp nghiêm trọng công việc của cả nhà thiết kế và nhà sản xuất. Và bản thân cảm biến phải có chất nền đáng tin cậy với bao gồm gecmani hoặc gali arsenide. Để hiểu được sự phức tạp của cách hoạt động của một microbolometer, cần lưu ý rằng sự dao động 0,1 K trong nhiệt độ tinh thể dẫn đến sự thay đổi nhỏ trong điện trở 0,03%, điều này phải được theo dõi. Silicon vô định hình, tất cả những thứ khác đều bằng nhau, có một số ưu điểm hơn so với ôxít vanadi - tính đồng nhất của mạng tinh thể và độ nhạy cao. Điều này giúp hình ảnh cho người dùng có độ tương phản cao hơn và ít bị nhiễu hơn so với các kỹ thuật tương tự trên VOx. Mỗi pixel của microbolometer là duy nhất theo cách riêng của nó - nó có hệ số riêng, hơi khác so với các điểm ảnh khác, hệ số khuếch đại và bù trừ ảnh hưởng đến hình ảnh cuối cùng. Bằng cách tăng số lượng pixel, giảm bước giữa chúng (lên đến 9-12 micron) và thu nhỏ của chúng, các nhà thiết kế đang cố gắng giảm mức độ nhiễu trong hình ảnh. Pixel "xấu" hoặc bị lỗi là một vấn đề nghiêm trọng trong sản xuất microbolometers, buộc các kỹ sư phải phát triển cơ chế phần mềm để cân bằng các chấm trắng hoặc đen trên màn hình và các hạt nhấp nháy. Điều này thường được tổ chức bằng cách sử dụng nội suy, nghĩa là, tín hiệu đi từ pixel "bị hỏng" được thay thế bằng đạo hàm của giá trị các vùng lân cận. Tham số ma trận quan trọng nhất là giá trị NETD (Chênh lệch nhiệt độ tương đương tiếng ồn), hoặc nhiệt độ tại đó tín hiệu microbolometer khác với tiếng ồn. Tất nhiên, cảm biến phải hoạt động nhanh chóng, vì vậy thông số tiếp theo là hằng số thời gian hoặc tốc độ mà máy ảnh nhiệt phản ứng với sự thay đổi nhiệt độ. Hệ số lấp đầy hay hệ số lấp đầy là một đặc trưng của ma trận phản ánh mức độ lấp đầy của microbolometer với các phần tử nhạy cảm, nó càng lớn thì người vận hành càng nhìn thấy hình ảnh tốt hơn. Ma trận công nghệ cao tự hào có độ phủ 90% của ma trận với số lượng điểm ảnh đạt 1 triệu. Người dùng có thể quan sát chiến trường trong hai phiên bản - đơn sắc và bảng màu.
Những phát triển của các nhà khoa học Mỹ liên quan đến việc sử dụng graphene làm cảm biến hồng ngoại có vẻ đầy hứa hẹn. Vật liệu 2D này có ở khắp mọi nơi mà họ cố gắng giới thiệu, và bây giờ đến lượt công nghệ hình ảnh nhiệt. Cho rằng 70-80% chi phí của một máy ảnh nhiệt không được làm mát được tạo thành từ microbolometer và quang học germani, ý tưởng tạo ra cảm biến nhiệt điện graphene là rất hấp dẫn. Theo người Mỹ, một lớp graphene tương đối rẻ tiền trên nền silicon nitride là đủ, và nguyên mẫu đã có khả năng phân biệt một người ở nhiệt độ phòng.
Cả ở nước ngoài và ở Nga, người ta chú ý nhiều đến những phát triển liên quan đến sự biến nhiệt của hệ thống quang học của máy ảnh nhiệt, tức là khả năng chống lại những thay đổi của nhiệt độ xung quanh. Thấu kính được sử dụng từ vật liệu chalcogenide - GeAsSe và GaSbSe, trong đó chiết suất của tia phụ thuộc rất ít vào nhiệt độ. LPT và Murata Manufacturing đã phát triển một kỹ thuật sản xuất các thấu kính như vậy bằng cách ép nóng, sau đó là quay kim cương của thấu kính phi cầu và thấu kính lai. Ở Nga, một trong số ít nhà sản xuất thấu kính athermal là NPO GIPO - Viện Quang học Ứng dụng Nhà nước, là một phần của Shvabe đang nắm giữ. Vật liệu thấu kính là thủy tinh không chứa ôxy, kẽm và selenua germani, và thân được làm bằng hợp kim nhôm có độ bền cao, cuối cùng đảm bảo không bị biến dạng trong phạm vi từ -400C đến + 500C.
Ảnh nhiệt "Shakhin" từ Viện nghiên cứu trung ương OJSC "Cyclone"
Ở Nga, ngoài 1PN116 được đề cập từ Xí nghiệp Đơn vị Nhà nước Liên bang "TsKB Tochpribor" (hoặc "Thiết bị Shvabe"), một thiết bị ngắm ảnh nhiệt nhẹ hơn nhiều "Shakhin" (OAO TsNII "Cyclone"), được đặt tên cho "sự cảnh giác" để vinh danh loài chim ưng săn mồi, được phân biệt bằng ma trận Ulisse của Pháp với 160x120 pixel (hoặc 640x480) và phạm vi nhận dạng của một con số tăng trưởng là 400-500 mét. Trong các thế hệ mới nhất, microbolometer nhập khẩu đã được thay thế bằng mẫu nội địa.
Thiết bị ngắm ảnh nhiệt PT3 được lưu trữ trong hộp đựng
Tiếp theo trong danh sách: kính ngắm ảnh nhiệt PT3 từ Novosibirsk "Shvabe - Defense and Protection" với độ phân giải ma trận 640x480 phần tử, khối lượng 0,69 kg và đã trở thành "tiêu chuẩn vàng", phạm vi phát hiện của sự phát triển con số 1200 m. Cao độ pixel của cảnh này không phải là một chỉ số nổi bật và là 25 micron, tạo thành độ phân giải hình ảnh cuối cùng khiêm tốn. Nhân tiện, tổ chức này đã tổ chức sản xuất một thiết bị ngắm săn dựa trên sự phát triển quân sự mang mã PTZ-02. Một đại diện khác của trường thiết kế trong nước là ống ngắm ảnh nhiệt Alfa TIGR từ bộ phận Shvabe-Fotopribor, dường như đã trở thành nhà độc quyền, với bộ thu microbolometric trong phạm vi 7-14 micron với độ phân giải 384x288 pixel. Trong TIGER, nhà điều hành làm việc với một màn hình OLED đơn sắc 800x600 pixel, trong đó 768x576 được dành riêng để hiển thị hình ảnh nhiệt. Một điểm khác biệt quan trọng so với các mẫu ống ngắm ảnh nhiệt ban đầu của Nga là thời lượng hoạt động tăng thêm 30 phút - giờ đây bạn có thể chiến đấu trong phạm vi IR trong 4,5 giờ. Sửa đổi của nó "Alfa-PT-5" có một bộ tách sóng quang PbSe hiếm có với tính năng ổn định nhiệt điện. Kính ngắm phổ thông PT-1 của NPO NPZ có thể được kết hợp với nhiều loại vũ khí nhỏ do một bộ nhớ và giá đỡ đặc biệt, trong đó đạn đạo và hạt đạn cho nhiều loại vũ khí được lập trình. Bóp mắt của thị giác sẽ bật màn hình vi mô, và không nhắm nó sẽ tắt nó - một hệ thống tiết kiệm năng lượng như vậy được triển khai trong PT-1. Các microbolometers của Mỹ được lắp đặt trên thiết bị quan sát và ngắm ảnh nhiệt "Granit-E" của MNPK "Spektr". Kỹ thuật với tầm nhìn "rộng phân cực" được công ty trình bày với tên dài NF IFP SB RAS "KTP PM" dưới chỉ số TB-4-50 và có trường nhìn 18 độ x 13,6 độ.
Ống ngắm ảnh nhiệt TB-4-100
Nhân tiện, công ty cung cấp một loạt ba kích thước ống ngắm ảnh nhiệt TB-4, TB-4-50 và TB-4-100, được trang bị bộ vi xử lý hiện đại để xử lý hình ảnh dựa trên HPRSC (Siêu máy tính có thể cấu hình lại hiệu suất cao ) ngành kiến trúc. Một khu vực riêng biệt là các ống ngắm ảnh nhiệt mới "Mowgli-2M" theo chỉ số 1PN97M, được cài đặt trên họ MANPADS như "Strela-2M", "Strela-3", "Igla-1", "Igla", " Igla-S "và" Willow "mới nhất. Họ phát triển và lắp ráp các điểm tham quan tại St.Petersburg LOMO và tất nhiên chúng khác nhau ở phạm vi phát hiện khổng lồ 6000 m. Một lựa chọn thay thế cho Mowgli có thể là điểm ngắm TV / S-02 của BELOMO từ các nước láng giềng, được thiết kế cho vũ khí nhỏ nặng - súng trường cỡ nòng lớn, súng phóng lựu và trên thực tế là MANPADS. Với khối lượng không quá 2 kg, tầm ngắm của Belarus thể hiện phạm vi phát hiện của con người ấn tượng là 2000 mét và khả năng nhận dạng là 1300 mét.
Trong phần này của "Biên niên sử hình ảnh nhiệt", chúng tôi đã nói về một số điểm tham quan hình ảnh nhiệt cá nhân trong nước và đối tác của chúng từ các nước láng giềng. Trước các chất tương tự nước ngoài, bể máy ảnh nhiệt, cũng như các thiết bị giám sát và trinh sát cá nhân.
tin tức