Тепловизионная камера, "огненные глаза" в тёмной ночи.

В цепочке поражения "разведка-удар" применение сенсорных технологий ночного видения может значительно повысить ситуационную осведомленность на всепогодном поле боя и создать тактические преимущества. Что является "огненным глазом" в ночном бою — усиление низкой освещенности или тепловизор? Почему технология тепловидения, которая когда-то использовалась только в высокотехнологичных приложениях, таких как военное дело, хлынула на гражданский рынок?

1. "Третий глаз" ночных сражений

С древних времен и до наших дней сражения часто велись ночью. Используя технологии ночного видения, такие как усиление низкой освещенности и инфракрасное тепловидение, боевые подразделения могут преодолевать барьеры ночи и обретать свободу ночных боев. После оснащения солдат, танков, кораблей, самолетов и другой техники приборами ночного видения эффективное боевое время значительно увеличивается.

Наземная бронетехника в очках ночного видения

Усиление и амплификация низкой освещенности

Приборы ночного видения низкой освещенности стали наиболее широко используемым типом приборов ночного видения в армиях различных стран благодаря простому принципу, хорошему качеству изображения и низкой стоимости. В основном они основаны на технологии ночного видения низкой освещенности на трубках третьего и четвертого поколения, например, основные приборы ночного видения AN/PVS-31 и GPNVG-18 спецподразделений США, использующие беспленочный белофосфорный усилитель третьего поколения; приборы ночного видения LUCIE, состоящие на вооружении французской, немецкой и других европейских армий, — все это приборы ночного видения низкой освещенности.

Схема конструкции и принципа прибора ночного видения низкой освещенности

Приборы ночного видения низкой освещенности также известны как технология усиления изображения, которая фактически усиливает и амплифицирует крошечный электронный сигнал источника света, чтобы сделать его видимым. В условиях крайне низкой освещенности усилитель изображения может использоваться для освещения объекта слабым светом, таким как лунный и звездный свет, или инфракрасным детекторным светом. Свет, отраженный объектом, усиливается усилителем изображения и преобразуется в изображение, которое может четко наблюдаться человеческим глазом, тем самым обеспечивая наблюдение за целью ночью. Таким образом, трубка усилителя изображения является ключевым компонентом прибора ночного видения низкой освещенности, и ее качество напрямую определяет эффективность прибора ночного видения.

Очки ночного видения низкой освещенности, безусловно, полезны, но они не очень эффективны при использовании в облачные дни, в кромешной тьме или в условиях задымления. В таких случаях на помощь приходят более совершенные инфракрасные тепловизионные очки ночного видения.

Вездесущее инфракрасное тепловое излучение

Свет — это электромагнитная волна. Наши невооруженные глаза могут видеть только мир в диапазоне 400-600 нм электромагнитных волн. Люди лишены зрительной способности воспринимать температуру. Невидимый свет с длиной волны от 760 до 1000 нм называется инфракрасным (ИК). В нашей жизни, будь то биологические или механические объекты, даже лед, все излучает тепловую энергию, и длина волны теплового излучения находится в инфракрасном диапазоне.

Электромагнитный спектр

Подобно камерам, формирующим изображение в видимом свете, тепловизоры — это устройства, которые формируют изображение в инфракрасном свете, пассивно принимая излучение от цели без активной отправки сигналов. Из-за различной интенсивности инфракрасного света, излучаемого разными объектами, тепловизор сначала используется для получения информации о тепловом излучении цели, а затем целевой объект идентифицируется на основе разницы в инфракрасном свете, излучаемом целевым объектом и фоновым объектом.

Реальное преимущество тепловидения заключается в наблюдении и распознавании целей. Пока коэффициент излучения поверхности цели отличается от фона или пока цель имеет собственную температуру, тепловидение может легко отличить цель по разнице температур. Например, в лесу, хотя тепловидение может видеть только сливающиеся верхушки деревьев, оно может легко увидеть всех животных в радиусе более 100 метров. Даже если они скрыты травой или чем-то еще, при наличии малейшей тени пользователь может их обнаружить, что трудно сделать с помощью инфракрасного излучения и низкой освещенности.

Супер CP-композитное решение ночного видения

Конечно, тепловизоры не всемогущи. Поскольку они полагаются на визуализацию разницы температур, контрастность изображения низкая, и цель нельзя четко увидеть через такие препятствия, как стекло.

Тепловидение также имеет свои недостатки по сравнению с инфракрасным микро-светом. Тепловидение полагается на температуру поверхности цели для ее различения, а температура поверхности зависит от материала поверхности объекта, и коэффициент излучения сильно варьируется. Если в кадре сосредоточено большое количество объектов с очень малой разницей температур поверхности, тепловидению трудно их различить, что приведет к беспорядочному изображению. Например, с помощью тепловидения обычно трудно различить детали наземной травы и крон деревьев. Если полагаться только на тепловидение при ночных действиях, легко потерпеть неудачу на пересеченной местности.

Эффект контурной визуализации слияния в усовершенствованных очках ночного видения

Так появилось композитное устройство ночного видения, объединяющее очки ночного видения с низкой освещенностью и инфракрасное тепловидение. На примере бинокулярного прибора ночного видения четвертого поколения AN/PVS-21 (США), его двойные линзы обеспечивают два оптических канала, которые могут накладывать инфракрасное изображение и изображение с низкой освещенностью цели после обработки. Даже в полностью темной среде он может видеть инфракрасное изображение источника тепла, излучаемого противником, сквозь маскировку.

2. Движение к будущему всепогодного автономного вождения

Как технологическая высота следующего этапа, тепловизоры также сыграют важную движущую роль в развитии будущего автономного вождения. Многие компании пытаются получить настоящую технологию автономного вождения и переосмыслить автомобили, исследуя различные решения.

Автомобильные инфракрасные камеры ночного видения могут помочь водителям воспринимать дорожную обстановку

В настоящее время основными технологиями автономного вождения являются лидарные и визуальные сенсорные решения восприятия. Основная идея заключается в использовании различных датчиков для взаимного "заполнения пробелов" с целью достижения лучших общих результатов. Однако ночью или в экстремальных погодных условиях оба датчика имеют определенные физические ограничения, что косвенно приводит к невозможности использования технологии автономного вождения в соответствующих сценариях.

В широком смысле полностью автономное вождение требует всепогодных возможностей вождения — это означает, что транспортному средству необходимо обладать способностями ситуационной осведомленности, превосходящими человеческие, что неотделимо от информации, поступающей от тепловизионной модальности в различных сценариях.

Некоторые ведущие исследовательские институты автономного вождения подтвердили, что благодаря введению информации о тепловом излучении объектов, установленная на автомобиле тепловизионная система может обнаруживать объекты, которые визуальные датчики и лидар не могут распознать, и способна эффективно и стабильно идентифицировать такие объекты, как пешеходы и транспортные средства, а также лучше интегрироваться с радиолокационным режимом.

По сути, она отказывается от цветовой информации объектов, которая мало влияет на автономное вождение, и фокусируется на текстурной информации объектов. Введение тепловизионного режима может фундаментально улучшить возможности обнаружения системы ночью, в дождь и туман, а также предоставить системе большую информационную избыточность для снижения аварийности.