Vizija je najvažniji način opažanja stvarnosti. Vizualno dobivamo većinu informacija o vanjskom svijetu. Naše su oči iznenađujuće složen i savršen mehanizam, koji nam je predstavljen po prirodi. No, nažalost, njihove su mogućnosti donekle ograničene.
Osoba je sposobna uočiti samo vrlo uski optički raspon čitavog spektra elektromagnetskog zračenja (naziva se i vidljivim dijelom spektra), štoviše, oko može „sliku“ percipirati samo u uvjetima dovoljnog osvjetljenja. Na primjer, ako padne ispod razine 0,01 luksa, tada gubimo sposobnost razlikovanja boja objekata i vidimo samo velike objekte koji su u blizini.
To je dvostruko uvredljivo, jer zbog ove značajke naše vizije postajemo gotovo slijepi u mraku. Čovjek je uvijek zavidio drugim predstavnicima životinjskog carstva, za koje noćna magla nije prepreka: mačke, sove, vukovi, šišmiši.
Osobito se nije svidjelo to ograničenje ljudske vizije u vojsci. No, situacija se drastično promijenila tek sredinom prošlog stoljeća, kada su se, zahvaljujući postignućima fizike, pojavili uređaji za noćni vid koji su omogućili da se noću vidi gotovo jednako jasno kao i danju.
Uređaji za noćno gledanje trenutno nisu samo u vojnim arsenalima, već ih s užitkom koriste spasitelji, lovci, sigurnosne jedinice, specijalne službe. A ako govorimo o termalnim snimkama, popis njihove uporabe je još širi.
Danas postoji ogromna količina različitih vrsta i vrsta uređaja za noćno gledanje (NVD), napravljenih u obliku dvogleda, mono-čaša (monokulari), prizora ili običnih naočala. Međutim, prije nego što govorimo o uređaju uređaja za noćni vid, treba reći nekoliko riječi o fizičkim načelima na kojima se temelji rad takvih uređaja.
Kako djeluje
Rad aparata za noćni vid i toplotnih aparata temelji se na fizičkim pojavama unutarnjeg i vanjskog fotoelektričnog efekta.
Suština vanjskog fotoelektričnog učinka (ili fotoelektronske emisije) je da kruta tijela emitiraju elektrone pod utjecajem svjetla, koje je zarobio NVD. Osnova svakog uređaja za noćni vid je pojačivač slike, elektronsko-optički pretvarač koji hvata slabo reflektirano svjetlo, pojačava ga i pretvara u elektronski signal. To je ono što osoba vidi u objektivu uređaja za noćni vid. Treba shvatiti da nijedan uređaj za noćni vid nije u stanju "vidjeti" u apsolutnom mraku. Istina, postoje i aktivni uređaji za noćni vid koji koriste vlastiti izvor infracrvenog zračenja za osvjetljavanje objekata.
Svaki uređaj za noćno gledanje sastoji se od tri glavne komponente: optičke, elektroničke i druge optičke. Svjetlost se prima od leće, koja je zatim fokusira na pojačivaču slike, gdje se fotoni pretvaraju u elektronski signal. Maksimalni pojačani signal prenosi se na luminiscentni zaslon, gdje ponovno postaje slika poznata ljudskom oku. Gornji dizajn je općenito karakterističan za bilo koju generaciju uređaja za noćni vid, samo moderni uređaji za noćni vid (druga i treća generacija) imaju napredniji sustav pojačanja signala.
S druge strane, termalni snimci hvataju vlastito zračenje iz bilo kojeg tijela ili objekta čija je temperatura različita od apsolutne nule. Glavni dio snimaka su tzv. Bolometri - složeni fotodetektori koji snimaju infracrvene valove. Takvi senzori su osjetljivi na valne duljine koje odgovaraju temperaturnom rasponu od -50 do +500 stupnjeva Celzija.
Zapravo, termalni fotoaparati imaju prilično jednostavan dizajn. Svaki takav uređaj sastoji se od leće, matrice za toplinsku obradu i jedinice za obradu signala, kao i zaslona na kojem je prikazana gotova slika. Toplinski snimci su dva tipa: s ohlađenom i nehlađenom matricom. Prvi su najosjetljiviji, skuplji i masivniji. Njihova matrica se ohladi na temperaturu od -210 do -170 o C, obično za tu upotrebu koristi se tekući dušik. Češće se koriste na velikoj vojnoj opremi (na primjer, bilo kojem uređaju za noćni vid tenka).
Toplinski snimci s nehlađenom matricom koštaju znatno manje, manji su po veličini, ali je njihova osjetljivost znatno niža. Međutim, većina termalnih kamera koje se danas nalaze na tržištu (do 97%) spadaju u ovu kategoriju.
Jedna od glavnih značajki termovizijskih kamera, koje u velikoj mjeri određuju njihovu visoku cijenu, su njihove leće. Činjenica je da je uobičajeno staklo koje se koristi u većini optičkih uređaja potpuno neprozirno za infracrveno zračenje. Stoga se takvi rijetki materijali kao što su germanij koriste za leće termalnih kamera, čija je tržišna cijena oko 2 tisuće dolara po kg. Prosječna germanija leća za termalnu karticu košta oko 7 tisuća dolara, a cijena dobra može doseći i do 20 tisuća dolara. Danas, kako u Rusiji, tako iu inozemstvu, aktivno traže zamjenu za Njemačku, koja u teoriji može smanjiti troškove termalnog uređaja za 40-50%.
Povijest i klasifikacija NVD-a
Klasifikacija uređaja za noćni vid temelji se na osjetljivosti fotokatode, stupnju pojačanja svjetlosti i rezoluciji u središtu dobivene slike. U pravilu, postoje tri generacije NVD-a. Osim toga, uređaji za rani noćni vid s dodatnim izvorom infracrvenog zračenja često se navode kao zasebna generacija. Na web stranicama proizvođača možete pronaći informacije o uređajima za noćni vid u takozvanim međudjelovanjima kao što su 1+ ili 2+. Međutim, takva gradacija slijedi više marketinških ciljeva nego što je odraz stvarnih razlika.
Poboljšanje dizajna NVD-a i pojava novih generacija tih uređaja slijedilo je jedan za drugim. Stoga je klasifikacija uređaja za noćno gledanje prikladnija za razmatranje zajedno s poviješću njihovog razvoja.
23. kolovoza 1914., u blizini belgijskog grada Oostendea, Nijemci su uspjeli pronaći britansku eskadrilu koja se sastojala od oklopnih krstarica i razarača uz pomoć uređaja za pronalaženje topline. I nije lako otkriti - ali i ispraviti artiljerijsku vatru tim uređajima, sprječavajući neprijateljske brodove da se približe važnoj luci. Vjeruje se da je od tog trenutka započela povijest uređaja za noćni vid.
Godine 1934. došlo je do pravog napretka u ovom području: Holanđanin Holst stvorio je prvi elektronski optički pretvarač na svijetu (EOC). Dvije godine kasnije ruski Zvorykin razvio je pojačivač slike s fokusiranjem elektrostatičkog signala, koji je kasnije postao “srce” prvog komercijalnog uređaja za noćni vid američke tvrtke Radio Corporation of America.
Razdoblje brzog razvoja NVD-a bilo je Drugi svjetski rat. Lider u njihovom razvoju i primjeni bio je Hitlerova Njemačka. Prvi prototip noćnog vida nastao je 1936. godine od strane njemačke tvrtke Allgemeine Electricitats-Gesellschaft (AEG), a bio je namijenjen za ugradnju na protuoklopne topove Pak 35/36 L / 45.
Do 1944. njemački pak 40 protutenkovski topovi mogli su pucati pomoću uređaja za noćno gledanje na udaljenosti do 700 metara. Otprilike u isto vrijeme, tenkovske snage Wehrmachta primile su uređaj za noćni vid Sperbera FG 1250, pomoću kojeg se posljednja velika njemačka ofenziva odigrala na Istočnom frontu u blizini jezera Balaton.
Svi gore navedeni uređaji za noćno gledanje pripadaju takozvanoj nultoj generaciji. Takvi su uređaji bili vrlo osjetljivi, pa je za njihov normalan rad bio potreban dodatni izvor infracrvenog svjetla. Na primjer, svakih pet njemačkih tenkova opremljenih sa Sperber FG 1250, u pratnji oklopnog transportera sa snažnim infracrvenim lokatorom Uhu ("Filin"). Osim toga, PNV-ovi nulte generacije imali su pojačivač slike osjetljiv na jake bljeskove svjetla. Zbog toga su na kraju rata sovjetske trupe u ofenzivi često koristile konvencionalne reflektore. Jednostavno su zaslijepili njemački PNV.
Nijemci su pokušavali stvoriti i uređaje za noćni vid koji bi omogućili veći raspon vida (do 4 km), ali zbog znatne veličine IR osvjetljivača, napušteni su. Godine 1944, eksperimentalna serija (300 kom.) Vampir PNV je poslan na postrojbe, namijenjen za instalaciju na njemačkom Sturmgever jurišne puške. Osim samog pogleda, sastojao se od infracrvenog iluminatora i punjive baterije. Ukupna težina uređaja premašila je 30 kg, domet - 100 metara, a vrijeme rada bilo je samo 20 minuta. Unatoč tim prilično skromnim brojkama, Nijemci su aktivno koristili "Vampire" u noćnim bitkama u završnoj fazi rata.
Pokušaji da se stvori nulta generacija NVD-a bili su u Sovjetskom Savezu. Čak i prije rata kompleks Dudka razvijen je za obitelj BT tenkova, a kasnije se pojavio sličan sustav za T-34. Također se možete sjetiti domaćeg uređaja za noćno gledanje Ts-3, koji je razvijen za automatske puške PPSh-41. Slično oružje planirano je za opremanje jurišnih postrojbi. Međutim, NVD nije dobio široku uporabu u Crvenoj armiji. U to vrijeme uređaji za noćno gledanje još su bili egzotični, a Sovjetski Savez tijekom Drugog svjetskog rata definitivno nije bio na tome.
Iskustvo Drugog svjetskog rata pokazalo je da uređaji za noćno gledanje imaju izvrsne izglede. Postalo je jasno da ova tehnologija može ozbiljno promijeniti način vođenja borbenih operacija ne samo na kopnu, već iu zraku i na moru. Međutim, za to, nulta generacija NVD-a morala se riješiti velikog broja inherentnih nedostataka, od kojih je glavna bila njihova niska osjetljivost. On ne samo da je ograničio domet NVD-a, već je i prisiljen na korištenje glomaznog i vrlo energetski intenzivnog IR osvjetljivača s uređajem. U cjelini, dizajn prvih uređaja za noćni vid bio je previše kompliciran i nije se razlikovao u dovoljnoj pouzdanosti.
Ubrzo, uređaji prve generacije temeljeni na elektro-opto-elektrokemijskim cijevima s elektrostatičkim fokusiranjem zamijenili su primitivne uređaje za noćno gledanje u vojnom razdoblju. Uspjeli su pojačati ulazni signal nekoliko tisuća puta. To je, pak, omogućilo odbijanje dodatne rasvjete. IR osvjetljivači ne samo da su nepotrebno otežavali sustav, već su i razotkrili borca na bojnom polju. Vrhunac njihovog savršenstva prve generacije NVG-ova dosegnutih šezdesetih godina prošlog stoljeća, Amerikanci su ih aktivno koristili tijekom rata u Vijetnamu.
Druga generacija uređaja za noćno gledanje pojavila se zbog pojave revolucionarne tehnologije mikrokanala, koja se dogodila 70-ih godina. Suština je bila da su sada optičke ploče okovane cijevima šupljih kanala promjera 10 μm i duljine ne veće od 1 mm. Njihov broj odredio je rezoluciju svjetlovodne ploče. Foton svjetla, koji pada u svaki od tih kanala, uzrokuje izbacivanje cijele kaskade elektrona, što uvelike povećava osjetljivost uređaja. Za drugu generaciju NVG, dobit može doseći 40 tisuća puta. Njihova osjetljivost je 240-400 mA / lm, a rezolucija 32-56 linija / mm.
U Sovjetskom Savezu su na temelju te tehnologije stvorene naočale za noćno gledanje "Quaker", au SAD-u AN / PVS-5B.
Kasnije su se pojavile naprave za noćno gledanje u kojima je elektrostatička leća potpuno odsutna i dolazi do izravnog prijenosa elektrona na mikrokanalnu ploču. Takvi uređaji za noćni vid obično se nazivaju generacijom 2+. Na temelju takve sheme napravljene su domaće naočale "Eyecup" ili njihov američki analog AN / PVS-7.
Daljnji napori znanstvenika da poboljšaju uređaje za noćni vid bili su usmjereni na poboljšanje fotokatode. Inženjeri tvrtke Philips ponudili su da ga naprave iz novog poluvodičkog materijala - galijevog arsenida.
Tako se pojavila treća generacija uređaja za noćni vid. U usporedbi s tradicionalnim multi-alkalnim fotokatodama, njihova je osjetljivost povećana za 30%, što je omogućilo izvođenje opažanja čak iu bezglavoj noći bez mjeseca. Jedini problem bio je što se novi materijal može proizvesti samo u uvjetima visokog vakuuma, a taj se proces pokazao vrlo napornim. Stoga se ispostavilo da je cijena takvog fotokatode veća od reda njezinih prethodnika. u isto vrijeme, treća generacija NVG-ova može pojačati dolaznu svjetlost za 100 tisuća puta. Također možete dodati da samo dvije zemlje mogu proizvoditi galij arsenid u industrijskim razmjerima - SAD i Rusija.
Ako vidite informacije o prodaji četvrte generacije NVG-a negdje, onda imajte na umu: najvjerojatnije ste prevareni. Još ne postoji, nije čak ni jasno koji su kriteriji za određivanje ove skupine. Iako se, naravno, istraživanja za poboljšanje postojećih "noćnih svjetala" provode u desecima zemalja širom svijeta. Za termovizijske aparate, oni traže proračunsku zamjenu stakla iz Njemačke, glavni problem uređaja za noćni vid je traženje jeftinijeg analognog fotokatoda galij arsenida. Početkom 2000-ih Amerikanci su najavili stvaranje nove generacije NVG-ova, ali neki stručnjaci vjeruju da se to može nazvati generacijom 3+.
Primjene i perspektive
Uređaji koji omogućuju osobi da ih vidi noću, svake godine postaju sve popularniji i pronalaze nova područja primjene. Moderni "civilni" uređaji za noćno gledanje imaju pristupačnu cijenu, tako da ih mogu priuštiti lovci, sigurnosne strukture i druge kategorije građana kojima je potreban noćni vid.
Najzanimljivije je to što su danas na tržištu prisutne sve tri generacije uređaja za noćni vid. Mnogi uređaji za noćno gledanje za lov pripadaju prvoj generaciji ili čak nuli i imaju IR osvjetljenje, što je apsolutno neprihvatljivo za vojne NVG-ove. Na "građaninu" također se koriste i uređaji treće generacije (mogu se vidjeti čak iu podrumu). Tehnologije koje se koriste za njihovo stvaranje nisu dugo bile tajne, samo su uređaji vrlo skupi. Opseg NVD može se izraditi i pomoću elemenata različitih generacija.
Uporaba termovizijskih snimaka također je dugo prestala biti isključiva povlastica vojske. Osim lova i promatranja u mraku, slični se uređaji sve više koriste u znanstvenim istraživanjima. Uz njihovu pomoć, na primjer, prije lansiranja provjeravaju letjelicu: uređaj za snimanje savršeno pokazuje različita curenja koja mogu dovesti do katastrofe. Neophodna toplinska kamera i energija. Ovaj uređaj može lako pokazati gdje toplina najaktivnije izlazi iz zgrade, a također će joj omogućiti da otkrije mjesta maksimalnih opterećenja u elektroenergetskim mrežama. Upotrebljavaju se termalni aparati i lijekovi: prema temperaturnoj karti ljudskog tijela možete čak napraviti i neke dijagnoze. Svake godine, ovi uređaji postaju jeftiniji, pa se njihov opseg primjene stalno širi.
