Основы специальной техники. Учебное пособие

инфракрасное изображение, которое непременно существует и в темное время суток. Именно такая задача и решается с помощью электронно-оптических преобразователей.

Оснащение вооруженных сил и правоохранительных органов большинства стран мира приборами видения в темноте началось в 60-х годах системами, применение которых требовало освещения цели мощным ИК-светом. Такие системы имели большие размеры, малуюдальностьдействияи легкообнаруживалисьпротивником.

Вначале 70-х годов появились малогабаритные ИК-приборы видения в темноте. Первой была американская система Starlight Scope, работавшая на принципе усиления луча лунного или звездного света, отраженного от цели. Эта система имела малую дальность, слабую контрастность, была непригодна при облачности и полностью выходила из строя при внезапном воздействии источника яркого света. Процесс совершенствования электронно-оптического преобразователя как основного элемента прибороввидениявтемнотепроходилвнесколько этапов. Сначала появились многокамерные преобразователи. В них электроны последовательно усиливались линзами, разделенными фосфорными экранами (экранами с длительным послесвечением), на которых преобразовывались в видимое изображение, рассматриваемое через окуляр. Эти системы получили наименование «системысусилителемпервогопоколения».

Вприборах с усилителями первого поколения применяется трехкаскадный модуль усиления яркости изображения, выполненный в виде единого блока. Такие приборы усиливают свет примерно в 75-85 тыс. раз, обладают высоким разрешением и четкостью изображения. Однако при попадании в поле зрения таких приборов источников яркого света происходит «расплывание» изображения, а при сильном освещении - выключение прибора. Еще одним недостатком является наличие определенных искаженийпокраямэкрана.

Приборы первого поколения (НСП-2, ППН-1, ППН-2) могли работать только с подсветочными приспособлениями, служившими для усиления яркости. Эти громоздкие устройства, снабженные инфракрасным прожектором, имели существенный недостаток: стоило наблюдаемой стороне ввести в свою технику люминесцентные пластинки, как все преимущества ночной оптики

141

сходилинанет.

Вприборах второго поколения применяется однокаскадный усилитель яркости изображения, в котором используется микроканальная пластина (МКП), выполняющая функцию ограничителя тока и уменьшающая «расплывание» изображения. Эта же пластина осуществляет функцию умножения электронов. После микроканальной пластины, расположенной между фотокатодом и фосфорным экраном, электроны попадают в выходное окно, состоящее из множества оптических волокон, а затем в окуляр. С помощью прибора можно обнаруживать предметы небольшой величины на расстоянии до 400-500 м даже в безлунную пасмурную ночь. МКП, устанавливаемая за фотокатодом ЭОП, позволяет повысить яркость изображения на экране в сотни раз. Кроме того, ночная оптика с МКП локализует засветку.

Приборы второго поколения имеют значительно меньшие массу и размеры. Однако усиление света, создаваемое усилителем изображения, примерно на треть меньше, чем у усилителя первого поколения. Кроме того, разрешение и яркость выходного экрана несколько хуже, чем у приборов первого поколения. По мнению экспертов, приборы второго поколения наиболее пригодны для применения в процессе осуществления ночных операций в городских и полевых условиях, где меняется уровень освещенности.

Часто при осуществлении мероприятия возникает необходимость в фиксации действий объекта, за которым осуществляется наблюдение. В настоящее время на рынке предлагаетсябольшоеколичествоприборовэтойгруппы.

Вкачестве примера можно привести комплект для ночного наблюдения и видеосъемки «НН-5», оснащенный электроннооптическим преобразователем с микроканальной пластиной и светосильным зеркальнолинзовым объективом, специальным окуляром и переходным кольцом для подсоединения видеокамеры или фотоаппарата. Кроме этого, в состав комплекта входит специальный лазерный фонарь, с помощью которого можно вести наблюдение в абсолютной темноте. Данный прибор исключает дисторсию (геометрическое искажение) по краям изображения и небоится засветки.

142

Дополнительно с помощью специального кронштейна и переходных колец прибор может быть подсоединен к видеокамерам SONY, Hitachi, использующим 8-мм видеопленку, а такжекразличноговидафотокамерам.

В настоящее время для создания приборов видения в темнте используются усилители изображения третьего поколения, в которых применяется фотокатод из арсенида галлия в отличие от двуокиси кремния в усилителях изображения второго поколения. Такой фотокатод, обладая высоким коэффициентом полезного действия, имеет большую разрешающую способность, чувствителен не только к видимому свету, но и к ИК-излучению в широкомдиапазоне.

Кроме этого, обеспечиваются значительно более высокие характеристики и контрастность получаемого изображения. Техника данного класса предназначена для наблюдения при крайненизкихуровняхосвещенности(менее1 люкса).

Еще одним примером прибора ночного видения с электроннооптическим преобразователем третьего поколения является прибор «ЛИНКС20», который имеет защиту от ярких световых вспышек и позволяет осуществлять настройку для глаза человека в пределах от- 4 до+4 диоптрий.

Для правоохранительных органов представляют большой интерес телевизионная система ночного видения «СИ ЛИНКС» и лазерная телевизионная система подводного видения «ЛСВ-В» российскогопроизводства.

Телевизионная система ночного видения «СИ ЛИНКС» предназначена для обнаружения подвижных и неподвижных объектов, а также наблюдения за ними в темное время суток. Она может быть установлена как на неподвижных, так и на движущихся наземных или надводных транспортных средствах. Даннаясистемаможет использоватьсядля:

−контроля специальных объектов, территорий, портовых акваторийиморскихрейдов;

−повышениянадежности судовождениявтемноевремясуток;

−контроля взлетно-посадочных полос и прилегающих территорийаэропортов.

Эта система позволяет наблюдать и сопровождать объекты с

143

указанием дальности до них при полном отсутствии звезд и луны на небе в обстановке абсолютной темноты. При этом запись изображения фиксируется на стандартный видеомагнитофон. Система работает в пассивном, активном и активно импульсном режимах.

Работасистемы вактивно-импульсномрежимепозволяет:

−увеличить дальность наблюдения по сравнению с обычными приборами ночного видения при таких плохих погодных условиях, как туман, снежнаяметель;

−обнаружить спасательный жилет, плот или другие плавающие объекты, которые трудно обнаружить с помощью других наблюдательныхприборов;

−определитьрасстояниедонаблюдаемогообъекта;

−обнаружитьобъекты, скрытыезамаскировочнойсеткой;

−обнаружить оптические приборы, с использованием которых ведетсянаблюдениепротивоборствующейстороны.

Ночной прицел «Вепрь» с автоматической регулировкой яркости и высокоэффективной защитой от световых помех выполнен на элементной базе последнего поколения («два плюс»). Прибор обеспечивает максимальную дальность опознавания человека при освещенности 0,005 лк до 350 м, трехкратное увеличениеприцелаи имеет массу в1,6 кг.

Модернизированный образец прицела «Вепрь-М» благодаря оригинальным решениям оптической схемы имеет высокие тактические характеристики и значительно меньшие габариты и вес.

В процессе совершенствования технологии ИК-систем появилась возможность создания высокоэффективных усилителей яркости изображения, которые в настоящее время широко применяются в системах видения в темноте всех типов. Данные ИК-системы обладают минимальными габаритами, улучшенными характеристикамииповышеннойточностью.

Согласно принятой классификации все приборы видения в темнотеделятсянадвавида: активныеи пассивные.

Основным элементом в тех и других приборах является электронно-оптический преобразователь. Разница заключается только втом, что впассивных приборах источником ИК-излучения

144

является естественное освещение (звезды, луна и т.п.), а активный прибор имеет собственный источник ИК-подсветки. Это увеличивает мощность падающего на фотокатод светового потока, отраженного от объекта, увеличивает четкость изображения, а значит, появляется возможность наблюдения за удаленными объектамикак ввечернеевремя, такивусловияхполной темноты.

ИК-осветители, используемые в активных приборах видения в темноте, бываютследующихвидов:

−электрические лампынакаливаниясИК-светофильтром;

−ИК-светодиоды;

−полупроводниковыеИК-лазеры.

Внастоящее время наряду с известным активным прибором С- 270, обеспечивающим наблюдение в условиях полной темноты с максимальным расстоянием до 120 м, в котором в качестве ИКосветителя использовалась электрическая лампа накаливания, появилась целая серия разработок различных отечественных и зарубежных фирм. Как правило, тактико-технические характеристики приборов ведущих производителей близки, все они имеют лазерный осветитель, а отличаются друг от друга комплектацией иусловиями применения.

Вкачестве примера рассмотрим прибор ночного видения «NV312 S», предназначенный для ведения наблюдения в условиях низкой освещенности в ночное время суток. Он оснащен лазерной подсветкой, что позволяет производить наблюдения в условиях полной темноты. Достоинством прибора является отсутствие влияния на качество изображения дисторсии и наличие нелинейной усилительной характеристики. Имеется возможность регулировки размера пятна лазерной подсветки. Прибор комплектуется фотоаппаратом и может быть использован для проведенияфотодокументирования.

При всей своей привлекательности (работа в условиях полной темноты и низкой освещенности) активные приборы имеют существенный недостаток – возможность его обнаружения наблюдаемой стороной.

Пассивный прибор видения в темноте лишен такого недостатка. Не имея собственного источника света, он усиливает с помощью электроники свет Луны, звездный свет или свечение ночного неба

145

до такого уровня, при котором наблюдаемая через телескоп картинкаполучается достаточночеткойи яркой.

Представляет значительный интерес серия приборов ночного видения «Ворон». Они предназначены не только для наблюдения, но и фото-, видеорегистрации изображений объектов в вечернее и ночное время в полевых условиях, на городских улицах и в затемненных помещениях. Модификация приборов различается по комплектации, в которую могут входить телепереходник для ТВкамеры типа «Электроника», фотопереходник для фотокамеры типа «Зенит», миниатюрная телевизионная установка МТУ-1 с блоком синхронизации и ТВ-адаптер для записи на видеомагнитофон. Блок синхронизации предназначен для согласования работы МТУ-1 с видеомагнитофоном при осуществлениизаписивизуальнойинформации.

При комплектовании прибора инфракрасным лазерным осветителем «Выпь» обеспечивается подсветка объективов приборов ночного видения «Ворон-1», «Ворон-2», «Ворон-3». В результате они становятся активными, что обеспечивает наблюдениезаобъектомвусловияхполной темноты.

В ИК-осветителе «Выпь» предусмотрены два режима работы: продолжительный (при запуске от встроенного переключателя) и импульсный(призапускеот синхроконтактафотоаппарата).

Еще одной интересной разработкой является прицел «ПОНД- 4», который совмещает функции оптико-механического прибора и прибора ночного видения и имеет два канала прицеливания - дневной и ночной. В основу работы положена разветвленная оптическая схема, конфигурацию которой можно изменять в зависимости от уровня окружающей освещенности. В режиме «ночь» включается схема ЭОП, обеспечивающая видение в темноте. Дальность действия прицела до 500 м, увеличение - 5 крат, масса не более 1,5 кг. Модификация прибора «ПОНД-7» при тех же тактико-технических характеристиках позволяет осуществлятьнаблюдениенарасстояниеболее1000 м.

Многие наблюдательные приборы имеют возможность вести не только наблюдение, но и одновременно с этим измерять расстояниедообъектов.

Эффективная дальность наблюдения, обеспечиваемая приборами видения в темноте, зависит от ряда факторов.

146

Поскольку прибор функционирует по принципу прожектора, на ИК-лучи влияюттежефакторы, что иналучи видимого света. Так, растительность, находящаяся между наблюдателем и объектом наблюдения, затрудняетвидениеобъектазаней.

Существенное влияние имеет также уровень естественной освещенности. Чем выше освещенность окружающей среды, тем меньше эффективность из-за так называемой паразитной засветки. Большое влияние на качество видимости оказывают метеорологическиефакторы: туман, осадкиввидеснегаидождя.

ИК-технология приборов ночного видения в настоящее время развивается вдвух направлениях.

Первое направление – разработка так называемых тепловизоров, основанных на пассивном тепловидении. Тепловизионные методы и разработанные на их основе приборы находят все более широкое применение как для решения проблем «ночного видения», так и для решения поисковых задач и дистанционной диагностики зданий, сооружений, конструкций.

В основе их работы - перевод теплового излучения людей и техники в видимое изображение. В этом случае осуществляется прием собственного электромагнитного теплового излучения объектов живой и неживой природы и его дальнейшее преобразование в видимое изображение. Поэтому необходимость использования ИК-освещения объектов отпадает. Собственное инфракрасное тепловое излучение собирается линзой и через сложную систему сканирующих зеркал, детекторов и прочих полупроводниковых материалов, усилителей и логических схем преобразуется в видеосигнал, который поступает на своеобразный миникинескоп идальшевокуляр.

Ранее основным сдерживающим фактором широкого использования тепловизоров являлось то, что температура тепловых преобразователей самих приборов должна быть около – 200° С. Это требовало применения специальных устройств охлаждения, имеющих большие размеры, что вызывало неудобства в работе и значительное удорожание аппаратуры. В настоящее время благодаря появлению новых охладителей эта проблемавзначительноймеререшена.

Тепловизор обеспечивает обнаружение на большом удалении самых разнообразных целей, в частности, людей, транспортных

147

средств и летательных аппаратов в условиях плохой видимости или в полной темноте. Он позволяет четко наблюдать самые затемненные объекты, и совершенно не подвержен воздействию ярких источников света, даже если они направлены прямо в объектив. Основным тактическим достоинством этого типа приборов является возможность ведения наблюдения за объектами в условиях слабой прозрачности атмосферы (высокая запыленность, туман, испарения и т.д.) и при этом он обладает дальностью, превосходящейвозможностиобычноготелевидения.

Тепловизор может оснащаться телескопическими объективами, что позволяет осуществить максимальное общее увеличение от 12 до75 крат.

Врезультате усовершенствования технологии обработки изображений обеспечивается получение выходного видеосигнала, совместимого с принятым стандартом для замкнутых телевизионных систем. Блок обработки изображений обеспечивает кадровое усреднение, в результате чего значительно сокращаются помехи. Кроме того, этот блок позволяет останавливать кадр, что дает оператору возможность более подробно рассматривать периодическипоявляющийся объект.

Управление камерой осуществляется вручную или автоматически. В автоматическом режиме блок обработки изображения самостоятельно подстраивает регулировку, обеспечивая оптимальное качество изображения даже в условиях задымленности. Тепловизионная система, будучи полностью пассивной, неможетбытьдемаскированаприработе.

Внастоящее время рядом фирм предлагаются тепловизоры с новыми возможностями, позволяющими расширить диапазон наблюдения за объектами. Одной из характерных особенностей таких прибора является их многоцелевое использование. Например, тепловизионная система IRTIS-200 применяется для визуализации тепловых полей и перепадов температур до 0,05°С, что позволяет исследовать неоднородности, возникающие при установке закладных устройств (например, проводных и радиомикрофонов) в стенах, измерять параметры тепловых следов

иопределять время их появления, исследовать тепловые потери в строительствеиэнергетике.

Благодаря наличию в составе системы компьютера с развитым

148

программным обеспечением обработка информации осуществляется непосредственно в процессе сканирования термограмм.

Тепловая картинка отображается на экране компьютера для прямого видения или может воспроизводиться на отдельном мониторе при дистанционном использовании, что позволяет применять прибор для наблюдения на местности, с транспортных средств или в системах оружия с целью расширения их возможностей вночное время.

Тепловизионная система позволяет осуществлять многократное увеличение за счет цифрового масштабирования. Изменение кратности увеличения может производиться программно, что дает возможность быстро обнаруживать цель, используя широкое поле зрения, а затем детально рассмотреть при увеличении с помощью узкогополязрения.

Как правило, энергоемкость таких тепловизоров, включая охладитель, невелика и не превышает 10 Вт. Прибор может работать от источника питания постоянного тока любого типа, причем имеющиеся встроенные блоки стабилизации напряжения обеспечивают работу тепловизора от изменяющихся по напряжениюи нестабильныхисточниковпитания.

Используя для формирования изображения тепловое излучение в районе нахождения цели, тепловизоры обладают большими преимуществами перед усилителями изображения обычных приборов ночного видения в плане дальности действия, разрешения, а также возможности видения через растительность, маскировочныесредстваи дым.

Сейчас ведутся работы по миниатюризации тепловизоров до размеров, позволяющих удерживать эти приборы в руке. В настоящее время для охлаждения системы используются сменные баллоны со сжатым воздухом. В случае, если будет найден новый эффективный способ охлаждения, такие приборы смогут обрести размерыобычного снайперскогоприцела.

В последнее время на рынке появились тепловизоры с неохлаждаемым преобразователем. В качестве примера можно привести неохлаждаемый тепловизор со встроенной системой цифровой обработки изображения ТН-3, который обеспечивает визуализацию распределения теплового поля поверхностных слоев

149

объектоввзоненаблюденияприбора.

Данный прибор имеет многоцелевое назначение. Он используется для диагностики энергонасыщенных объектов; выявления скрытых утечек тепла в промышленных и жилых зданиях, на теплотрассах; скоплений жидкости и пустот под бетонными покрытиями; подземных очагов возгорания торфяников и т. п. С его помощью можно наблюдать удаленные теплоизлучающие (в том числе движущиеся) объекты на фоне естественных помех; осуществлять поиск с воздуха людей в открытом море и горах, а также в дыму и завалах. ТН-3 совместим с компьютером, имеется возможность обработки и архивирования изображений. В состав прибора входит телевизионная камера, штатив, монитор, видоискатель, сетевой блок питания.

Большой интерес представляет тепловизор на базе пировидиконов (пироконов), позволяющих отказаться от прецизионных и дорогостоящих оптико-мехнических сканирующих устройств кадровой и строчной разверток изображения, а также технических средств охлаждения и ИКприемника.

Тепловизионная камера «ТЭМП-12» на электростатическом пировидиконе разработки НИИ «Гамма», СКБ ФИРЭ и НИИ «Протон» может быть использована как для вождения транспортных средств в условиях плохой видимости, так и для скрытного наблюдения на охраняемых объектах.

Вторым направлением разработки ИК-технологии приборов видения в темноте является лазерная система наведения, создание которой обусловлено достижениями в миниатюризации маломощныхлазеров.

Лазерная система ближнего ИК-диапазона устанавливается на личном оружии соосно стволу. Она проецирует хорошо сфокусированный яркий красный луч по оси прицеливания и высвечивает красную точку на любой поверхности, что позволяет вести прицельный огонь с любого положения без специальной подготовки оружия.

Однако надо учитывать, что объект может увидеть лазерное пятно, которое направлено на него, и предпринять соответствующий маневр для выхода из зоны наблюдения. Чтобы

150