كاميرا التصوير الحراري، "عيون نارية" في الليل المظلم.

في سلسلة القتل "الاستطلاع-الضربة"، يمكن لتطبيق تقنية الرؤية الليلية بالمستشعرات أن يعزز بشكل كبير الوعي الظرفي لساحة المعركة في جميع الأحوال الجوية ويخلق مزايا تكتيكية. أيهما "العين النارية" في القتال الليلي، التعزيز في الإضاءة المنخفضة أم المصور الحراري؟ لماذا تدفقت تقنية التصوير الحراري، التي كانت تُستخدم فقط في التطبيقات المتطورة مثل التطبيقات العسكرية، إلى السوق المدنية؟

1. "العين الثالثة" للمعارك الليلية

من العصور القديمة حتى الوقت الحاضر، غالبًا ما كانت تُخاض المعارك في الليل. باستخدام تقنيات الرؤية الليلية مثل التعزيز في الإضاءة المنخفضة والتصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء، يمكن للقوات المقاتلة اختراق حواجز الليل والحصول على حرية المعارك الليلية. بعد تزويد الجنود والدبابات والسفن والطائرات وغيرها من المعدات بأجهزة الرؤية الليلية، يتم تمديد وقت القتال الفعال بشكل كبير.

مركبات مدرعة أرضية تحت نظارات الرؤية الليلية

التعزيز والتضخيم في الإضاءة المنخفضة

أصبحت أجهزة الرؤية الليلية ذات الإضاءة المنخفضة النوع الأكثر استخدامًا من أجهزة الرؤية الليلية من قبل جيوش مختلف البلدان بسبب مبدأها البسيط وجودة الصورة الجيدة والتكلفة المنخفضة. وهي تعتمد أساسًا على تقنية الرؤية الليلية ذات الإضاءة المنخفضة من الجيلين الثالث والرابع، مثل أجهزة الرؤية الليلية السائدة AN/PVS-31 و GPNVG-18 للقوات الخاصة الأمريكية التي تستخدم أنبوب التعزيز بالفوسفور الأبيض الخالي من الأغشية من الجيل الثالث؛ وأجهزة الرؤية الليلية LUCIE المجهزة لدى الجيوش الفرنسية والألمانية وغيرها من الجيوش الأوروبية كلها أجهزة رؤية ليلية ذات إضاءة منخفضة.

رسم تخطيطي لهيكل ومبدأ جهاز الرؤية الليلية ذات الإضاءة المنخفضة

تُعرف أجهزة الرؤية الليلية ذات مستوى الإضاءة المنخفضة أيضًا بتقنية تعزيز الصورة، وهي في الواقع تعزيز وتضخيم الإشارة الإلكترونية الدقيقة لمصدر الضوء لجعلها مرئية. في بيئة الإضاءة المنخفضة للغاية، يمكن استخدام مكثف الصورة لإضاءة الجسم بضوء ضعيف مثل ضوء القمر وضوء النجوم أو ضوء الكشف بالأشعة تحت الحمراء. يتم تضخيم الضوء المنعكس عن الجسم بواسطة مكثف الصورة وتحويله إلى صورة يمكن ملاحظتها بوضوح بالعين البشرية، وبالتالي تحقيق مراقبة الهدف في الليل. لذلك، فإن أنبوب مكثف الصورة هو مكون رئيسي لجهاز الرؤية الليلية ذات مستوى الإضاءة المنخفضة، وتحدد جودته مباشرة تأثير جهاز الرؤية الليلية.

نظارات الرؤية الليلية ذات الإضاءة المنخفضة مفيدة بالتأكيد، لكنها ليست فعالة جدًا عند استخدامها في الأيام الملبدة بالغيوم، أو في الظروف شديدة الظلام، أو في الظروف المليئة بالدخان. هنا يأتي دور نظارات الرؤية الليلية الحرارية بالأشعة تحت الحمراء الأكثر تقدمًا.

الإشعاع الحراري بالأشعة تحت الحمراء في كل مكان

الضوء هو موجة كهرومغناطيسية. يمكن لأعيننا المجردة رؤية العالم فقط بين 400-600 نانومتر في الموجة الكهرومغناطيسية. يفتقر البشر إلى القدرة البصرية على إدراك درجة الحرارة. الضوء غير المرئي الذي يتراوح طوله الموجي بين 760-1000 نانومتر يسمى الأشعة تحت الحمراء (IR). في حياتنا، سواء كان بيولوجيًا أو ميكانيكيًا، حتى الجليد، سيصدر طاقة حرارية، ويكون الطول الموجي للإشعاع الحراري في نطاق الأشعة تحت الحمراء.

الطيف الكهرومغناطيسي

على غرار الكاميرات التي تلتقط الضوء المرئي، فإن أجهزة التصوير الحراري هي أجهزة تلتقط ضوء الأشعة تحت الحمراء عن طريق استقبال الإشعاع من الهدف بشكل سلبي دون إرسال إشارات نشطة. ونظرًا لاختلاف شدة ضوء الأشعة تحت الحمراء المنبعثة من الأجسام المختلفة، يُستخدم جهاز التصوير الحراري أولاً للحصول على معلومات الإشعاع الحراري للهدف، ثم يتم التعرف على الجسم المستهدف بناءً على الفرق في ضوء الأشعة تحت الحمراء المنبعث من الجسم المستهدف والجسم الخلفي.

تكمن الميزة الحقيقية للتصوير الحراري في مراقبة الهدف والتعرف عليه. طالما أن انبعاثية سطح الهدف تختلف عن انبعاثية الخلفية، أو طالما أن للهدف درجة حرارته الخاصة، يمكن للتصوير الحراري تمييز الهدف بسهولة من خلال فرق درجة الحرارة. على سبيل المثال، في الغابات، على الرغم من أن التصوير الحراري لا يمكنه سوى رؤية رؤوس الأشجار غير الواضحة والمتداخلة، إلا أنه يمكنه رؤية جميع الحيوانات بسهولة ضمن نطاق يزيد عن 100 متر. حتى لو كانت مخبأة تحت العشب أو أشياء أخرى، طالما يوجد ظل بسيط، يمكن للمستخدم العثور عليها، وهو أمر يصعب تحقيقه باستخدام الأشعة تحت الحمراء والإضاءة المنخفضة.

حل الرؤية الليلية فائق الدمج CP

بالطبع، أجهزة التصوير الحراري ليست قادرة على كل شيء. نظرًا لأنها تعتمد على تصوير فرق درجة الحرارة، فإن تباين الصورة منخفض، ولا يمكن رؤية الهدف بوضوح من خلال العوائق مثل الزجاج.

للتصوير الحراري أيضًا عيوبه مقارنة بالأشعة تحت الحمراء والإضاءة المنخفضة. يعتمد التصوير الحراري على درجة حرارة سطح الهدف لتمييزه، وتتأثر درجة حرارة السطح بالمادة السطحية للجسم، وتختلف الانبعاثية بشكل كبير. إذا تراكم عدد كبير من الأجسام ذات فروق درجة حرارة سطحية صغيرة جدًا في الصورة، يصعب على التصوير الحراري تمييزها، مما يؤدي إلى تشوش الصورة. على سبيل المثال، عادة ما يكون من الصعب تمييز تفاصيل عشب الأرض وظلة الشجرة باستخدام التصوير الحراري. إذا اعتمدت فقط على التصوير الحراري للتحرك ليلاً، فمن السهل الفشل على الأراضي الوعرة.

تأثير تصوير دمج الكفاف لنظارات الرؤية الليلية المحسنة

لذا ظهر جهاز الرؤية الليلية المركب الذي يدمج نظارات الرؤية الليلية منخفضة الإضاءة والتصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء. بأخذ الجيل الرابع من جهاز الرؤية الليلية ثنائي العينين AN/PVS-21 من الولايات المتحدة كمثال، تمنحه عدساته المزدوجة قناتين بصريتين، يمكنهما تركيب صورة الأشعة تحت الحمراء وصورة الإضاءة المنخفضة للهدف بعد المعالجة. حتى في بيئة مظلمة تمامًا، يمكنه رؤية صورة الأشعة تحت الحمراء لمصدر الحرارة المنبعث من العدو عبر التمويه.

2. قيادة مستقبل القيادة الذاتية في جميع الأحوال الجوية

باعتبارها أرضًا تكنولوجية عالية في المرحلة التالية، ستلعب أجهزة التصوير الحراري أيضًا دورًا دافعًا مهمًا في تطوير القيادة الذاتية في المستقبل. تحاول العديد من الشركات الحصول على تقنية القيادة الذاتية الحقيقية وإعادة تعريف السيارات من خلال استكشاف حلول مختلفة.

يمكن لكاميرات الرؤية الليلية بالأشعة تحت الحمراء في السيارة مساعدة السائقين على إدراك بيئة الطريق

في الوقت الحالي، يتمثل الاتجاه السائد في تكنولوجيا القيادة الذاتية في حلول الاستشعار بالليدار والمستشعرات البصرية. الفكرة الأساسية هي استخدام مستشعرات مختلفة "لسد الثغرات" فيما بينها لتحقيق نتائج إجمالية أفضل. ومع ذلك، في الليل أو في الظروف الجوية القاسية، يعاني كلا المستشعرين من قيود فيزيائية معينة، مما يؤدي بشكل غير مباشر إلى عدم إمكانية استخدام تكنولوجيا القيادة الذاتية في السيناريوهات المقابلة.

بمعنى واسع، تتطلب القيادة الذاتية الكاملة قدرات قيادة في جميع الأحوال الجوية - مما يعني أن المركبة تحتاج إلى قدرات إدراك للمواقف تفوق قدرات البشر، وهذا لا ينفصل عن المعلومات التي يدخلها نمط التصوير الحراري في مختلف السيناريوهات.

أكدت بعض مؤسسات أبحاث القيادة الذاتية السائدة أنه نظرًا لإدخال معلومات الإشعاع الحراري للأجسام، يمكن لنظام التصوير الحراري المثبت على السيارة اكتشاف الأجسام التي لا تستطيع المستشعرات البصرية والليدار التعرف عليها، ويمكنه تحديد الأجسام مثل المشاة والمركبات بكفاءة وثبات، والتكامل بشكل أفضل مع نمط الرادار.

في جوهره، يتخلى عن معلومات الألوان للأجسام التي لها تأثير ضئيل على القيادة الذاتية ويركز على معلومات النسيج للأجسام. يمكن لإدخال نمط التصوير الحراري أن يحسن بشكل أساسي قدرات الكشف للنظام في الليل وفي الظروف الممطرة والضبابية، ويمنح النظام المزيد من التكرار المعلوماتي لتقليل الحوادث.