Kamera termowizyjna, "ogniste oczy" w ciemnej nocy.

W łańcuchu zabójstw "rozpoznanie-uderzenie" zastosowanie technologii noktowizji sensorowej może znacznie zwiększyć świadomość sytuacyjną na polu walki w każdych warunkach pogodowych i stworzyć przewagę taktyczną. Które z nich jest "ognistym okiem" w nocnej walce, wzmocnienie przy słabym oświetleniu czy kamera termowizyjna? Dlaczego technologia termowizyjna, która kiedyś była stosowana tylko w zaawansowanych zastosowaniach, takich jak wojsko, zalała rynek cywilny?

1. "Trzecie oko" nocnych bitew

Od czasów starożytnych do współczesności bitwy często toczono w nocy. Wykorzystując technologie noktowizyjne, takie jak wzmocnienie przy słabym oświetleniu i termowizja w podczerwieni, oddziały bojowe mogą przełamać bariery nocy i zyskać swobodę nocnych walk. Po wyposażeniu żołnierzy, czołgów, okrętów, samolotów i innego sprzętu w urządzenia noktowizyjne, efektywny czas walki ulega znacznemu wydłużeniu.

Naziemne pojazdy opancerzone w goglach noktowizyjnych

Wzmocnienie i amplifikacja przy słabym oświetleniu

Noktowizory przy słabym oświetleniu stały się najszerzej stosowanym typem noktowizorów przez armie różnych krajów ze względu na prostą zasadę działania, dobrą jakość obrazu i niski koszt. Zasadniczo opierają się one na technologii noktowizji przy słabym oświetleniu z lampami trzeciej i czwartej generacji, takimi jak główne noktowizory AN/PVS-31 i GPNVG-18 amerykańskich sił specjalnych, które wykorzystują lampę wzmacniającą z białym fosforem bezfilmowym trzeciej generacji; noktowizory LUCIE będące na wyposażeniu armii francuskiej, niemieckiej i innych europejskich to noktowizory przy słabym oświetleniu.

Schemat budowy i zasady działania noktowizora przy słabym oświetleniu

Noktowizory przy słabym oświetleniu są również znane jako technologia wzmacniania obrazu, która w rzeczywistości polega na wzmacnianiu i amplifikacji maleńkiego sygnału elektronicznego źródła światła, aby stał się widoczny. W środowisku o bardzo słabym oświetleniu wzmacniacz obrazu może być używany do oświetlania obiektu słabym światłem, takim jak światło księżyca i gwiazd, lub światłem detekcyjnym podczerwieni. Światło odbite od obiektu jest wzmacniane przez wzmacniacz obrazu i przekształcane w obraz, który może być wyraźnie obserwowany przez ludzkie oko, umożliwiając tym samym obserwację celu w nocy. Dlatego lampa wzmacniacza obrazu jest kluczowym elementem noktowizora przy słabym oświetleniu, a jej jakość bezpośrednio decyduje o skuteczności noktowizora.

Gogle noktowizyjne przy słabym oświetleniu są z pewnością przydatne, ale nie są zbyt skuteczne w pochmurne dni, w całkowitych ciemnościach lub w zadymionych warunkach. Wtedy z pomocą przychodzą bardziej zaawansowane gogle noktowizyjne z termowizją w podczerwieni.

Wszechobecne promieniowanie cieplne podczerwieni

Światło jest falą elektromagnetyczną. Nasze gołe oczy widzą tylko świat w zakresie 400-600 nm w widmie elektromagnetycznym. Ludziom brakuje zdolności wizualnego postrzegania temperatury. Niewidzialne światło o długości fali między 760-1000 nm nazywane jest podczerwienią (IR). W naszym życiu, czy to biologiczne, czy mechaniczne, nawet lód, emituje energię cieplną, a długość fali promieniowania cieplnego mieści się w paśmie podczerwieni.

Widmo elektromagnetyczne

Podobnie jak kamery obrazujące światło widzialne, termowizory to urządzenia obrazujące światło podczerwone poprzez pasywny odbiór promieniowania od celu, bez aktywnego wysyłania sygnałów. Ze względu na różne natężenie światła podczerwonego emitowanego przez różne obiekty, termowizor jest najpierw używany do uzyskania informacji o promieniowaniu cieplnym celu, a następnie obiekt docelowy jest identyfikowany na podstawie różnicy w świetle podczerwonym emitowanym przez obiekt docelowy i obiekt tła.

Prawdziwa zaleta termowizji leży w obserwacji i rozpoznawaniu celów. Dopóki emisyjność powierzchni celu różni się od emisyjności tła lub dopóki cel ma własną temperaturę, termowizja może z łatwością odróżnić cel na podstawie różnicy temperatur. Na przykład w lesie, choć termowizja widzi tylko rozmazane wierzchołki drzew, może z łatwością dostrzec wszystkie zwierzęta w zasięgu ponad 100 metrów. Nawet jeśli są one zasłonięte trawą lub innymi rzeczami, wystarczy choćby cień, aby użytkownik je znalazł, co jest trudne do osiągnięcia za pomocą podczerwieni i noktowizji.

Super CP-kompozytowe rozwiązanie noktowizyjne

Oczywiście termowizory nie są wszechmocne. Ponieważ opierają się na obrazowaniu różnic temperatur, kontrast obrazu jest niski, a celu nie można wyraźnie zobaczyć przez przeszkody takie jak szkło.

Termowizja ma również swoje wady w porównaniu z noktowizją mikroświetlną. Termowizja polega na temperaturze powierzchni celu, aby go odróżnić, a temperatura powierzchni zależy od materiału powierzchni obiektu, a emisyjność znacznie się różni. Jeśli na obrazie znajduje się duża liczba obiektów o bardzo małych różnicach temperatur powierzchni, termowizja ma trudności z ich rozróżnieniem, co spowoduje, że obraz stanie się nieczytelny. Na przykład zazwyczaj trudno jest rozróżnić szczegóły trawy na ziemi i korony drzew za pomocą termowizji. Jeśli polegasz wyłącznie na termowizji podczas działań nocnych, łatwo o niepowodzenie na nierównym terenie.

Efekt obrazowania konturów fuzyjnych w ulepszonych goglach noktowizyjnych

Tak więc na scenę wkroczyło kompozytowe urządzenie noktowizyjne, które integruje gogle noktowizyjne niskiego poziomu światła i termowizję podczerwoną. Na przykładzie dwuocznego urządzenia noktowizyjnego czwartej generacji AN/PVS-21 ze Stanów Zjednoczonych, jego podwójne soczewki zapewniają mu dwa kanały optyczne, które mogą nakładać na siebie obrazowanie podczerwone i obrazowanie niskiego poziomu światła celu po przetworzeniu. Nawet w całkowicie ciemnym otoczeniu może zobaczyć obraz podczerwony źródła ciepła emitowanego przez wroga przez kamuflaż.

2. Napędzanie przyszłości autonomicznej jazdy w każdych warunkach pogodowych

Jako technologiczny szczyt następnego etapu, termowizory odegrają również ważną rolę napędową w rozwoju przyszłej autonomicznej jazdy. Wiele firm próbuje uzyskać prawdziwą technologię autonomicznej jazdy i na nowo zdefiniować samochody, badając różne rozwiązania.

Samochodowe kamery noktowizyjne na podczerwień mogą pomóc kierowcom postrzegać otoczenie drogi

Obecnie głównym nurtem technologii autonomicznej jazdy są rozwiązania oparte na percepcji z wykorzystaniem lidarów i czujników wizyjnych. Podstawowa idea polega na tym, aby różne czujniki wzajemnie "uzupełniały swoje luki", co pozwala osiągnąć lepsze ogólne rezultaty. Jednak w nocy lub w ekstremalnych warunkach pogodowych oba czujniki mają pewne ograniczenia fizyczne, co pośrednio prowadzi do niemożności wykorzystania technologii autonomicznej jazdy w odpowiednich scenariuszach.

W szerokim ujęciu, w pełni autonomiczna jazda wymaga zdolności do działania w każdych warunkach pogodowych – co oznacza, że pojazd musi mieć zdolność świadomości sytuacyjnej wykraczającą poza ludzkie możliwości, co jest nierozerwalnie związane z informacjami dostarczanymi przez modalność obrazowania termicznego w różnych scenariuszach.

Niektóre główne instytucje badawcze zajmujące się autonomiczną jazdą potwierdziły, że dzięki wprowadzeniu informacji o promieniowaniu cieplnym obiektów, zamontowany w samochodzie system obrazowania termicznego może wykrywać obiekty, których czujniki wizyjne i lidary nie są w stanie rozpoznać, a także skutecznie i stabilnie identyfikować obiekty takie jak piesi i pojazdy oraz lepiej integrować się z trybem radarowym.

W istocie rezygnuje się z informacji o kolorze obiektów, które mają niewielki wpływ na autonomiczną jazdę, i skupia się na informacjach o teksturze obiektów. Wprowadzenie trybu obrazowania termicznego może zasadniczo poprawić zdolności wykrywania systemu w nocy oraz w warunkach deszczu i mgły, a także zapewnić systemowi większą redundancję informacji w celu zmniejszenia liczby wypadków.