Ključni problem pojedinih toplinskih snimača u sklopu instrumentacijsko -vizualnog kompleksa su strogi zahtjevi za težinu i dimenzije. Nemoguće je postaviti sustav za hlađenje matrice tekućim dušikom, pa se moraju tražiti nova inženjerska rješenja. I zašto se potruditi ograditi najkompliciraniji i najskuplji termofon, ako već postoje izvrsni infracrveni uređaji za noćno osmatranje za pojedinačno malokalibarsko oružje? Poanta je u kamufliranju neprijatelja, dimu, atmosferskim oborinama i smetnjama u svjetlu, sve to dramatično smanjuje učinkovitost uređaja za noćno osmatranje, čak i s elektrooptičkim pretvaračima treće generacije. Proizvod Novosibirskog središnjeg projektantskog biroa "Tochpribor" pod indeksom 1PN116 upravo je dizajniran za rad u takvim uvjetima i predstavnik je stare škole uređaja za detekciju infracrvenog zračenja objekata na bojnom polju.
Termovizijski prizor 1PN116 svojim oštrim vidom vidi sve veličine osobe i toplije od prirodne pozadine 1200 metara ispred nas. Uređaj ima značajnu masu (3, 3 kg), pa se stoga postavlja uglavnom na SVD, strojnice "Pecheneg" i "Kord". Nehlađeni mikrobolometar s matricom od 320x240 piksela koristi se kao "retina". Pogledajmo pobliže trikove nehlađene toplinske slike.
[centar]
Ova je tehnika već treća generacija koja ima temeljne razlike od prethodnih u nedostatku složenog i ne uvijek pouzdanog optičko-mehaničkog sustava skeniranja. U ovoj generaciji termovizijski uređaji temelje se na čvrstim prijemnicima s nizom žarišnih ploča (FPA), montiranim neposredno iza ravnine objektiva. "Kemija" toplinskog vida u takvim spravama, u velikoj većini slučajeva, temelji se na otpornim slojevima vanadijevih oksida VOx ili amorfnog silicija α-Si. No, postoje i iznimke, u kojima se fotodetektori ili "srca" toplinskih snimača temelje na PbSe, nizovima piroelektričnih fotodetektora ili matricama na bazi spojeva CdHgTe, opremljenim termoelektričnim hlađenjem. Zanimljivo je da se takvo hlađenje najčešće ne koristi prema namjeni, već samo pruža toplinsku stabilnost u promjenjivim uvjetima okoline. Mikrobolometri iz serije VOx ili α-Si registriraju promjene električnog otpora pod utjecajem temperature, što spada u osnovni princip rada toplinske kamere. Svaki takav poluprovodnički senzor sadrži čip za predprocesiranje signala koji pretvara otpor u izlazni napon i kompenzira pozadinsko zračenje. Važan uvjet mikrobolometra je rad u vakuumskoj i "toplinski prozirnoj" germanijevoj optici, što ozbiljno komplicira rad i dizajnera i proizvođača. I sam senzor mora imati pouzdanu podlogu s uključenim germanijevim ili galijevim arsenidom. Da bismo razumjeli sve zamršenosti rada mikrobolometra, valja napomenuti da fluktuacije temperature kristala za 0,1 K vode do male promjene otpora za 0,03%, što se mora pratiti. Uz sve ostale uvjete, amorfni silicij ima neke prednosti u odnosu na vanadijeve okside - ujednačenost kristalne rešetke i visoka osjetljivost. To čini sliku za korisnika kontrastnijom i manje sklonom šumu, u usporedbi sa sličnom tehnikom na VOxu. Svaki piksel mikrobolometra jedinstven je na svoj način - ima svoje, malo drugačije od svojih kolega, pojačanje i pomak, koji utječu na konačnu sliku. Povećanjem broja piksela, smanjenjem razmaka između njih (do 9-12 mikrona) i njihovom minijaturizacijom, dizajneri pokušavaju, između ostalog, smanjiti razinu šuma na slici. "Loši" ili neispravni pikseli ozbiljan su problem u proizvodnji mikrobolometra, što tjera inženjere da razviju softverske mehanizme za uklanjanje bijelih ili crnih točkica na ekranu i titrajućih čestica. To se obično organizira pomoću interpolacije, odnosno odlazni signal iz "slomljenog" piksela zamjenjuje se izvedenicom iz vrijednosti susjeda. Najvažniji parametar matrice je vrijednost NETD (Noise Equivalent Temperature Difference) ili temperatura pri kojoj mikrobolometar razlikuje signal od šuma. Naravno, senzor mora biti brz, pa je sljedeći parametar vremenska konstanta ili brzina kojom snimač reagira na promjene temperature. Faktor ispunjenosti ili faktor punjenja je matrična karakteristika koja odražava razinu napunjenosti mikrobolometra osjetljivim elementima, što je veća, to operater bolje vidi sliku. Visokotehnološke matrice mogu se pohvaliti s 90% pokrivenosti matrice s brojem piksela koji doseže 1 milijun. Korisnik može promatrati bojište u dvije verzije - jednobojna i paleta boja. Vojni i sigurnosni proizvodi obično stvaraju jednobojnu sliku jer su jasnoće neprijateljskih figura i njegove opreme mnogo veće od verzije u boji.
Događaji američkih znanstvenika u vezi s upotrebom grafena kao infracrvenog senzora izgledaju obećavajuće. Taj 2D materijal pokušavaju uvesti posvuda, a sada su na red došle tehnologije termovizijskog snimanja. S obzirom da se 70-80% cijene nehlađenog termovizijskog uređaja sastoji od mikrobolometra i germanijeve optike, ideja o stvaranju termoelektričnih senzora od grafena vrlo je primamljiva. Prema Amerikancima, dovoljan je jedan sloj relativno jeftinog grafena na podlozi silicijevog nitrida, a prototip već stječe sposobnost razlikovanja osobe na sobnoj temperaturi.
I u inozemstvu i u Rusiji velika se pozornost posvećuje razvoju vezanim uz atermalizaciju optičkih sustava toplinskih kamera, odnosno otpornost na ekstremne temperature okoline. Leće se koriste od halkogenidnih materijala - GeAsSe i GaSbSe, u kojima indeksi loma zraka malo ovise o temperaturi. LPT i Murata Manufacturing razvili su metodu proizvodnje takvih leća vrućim prešanjem, nakon čega slijedi dijamantno okretanje asferičnih i hibridnih leća. U Rusiji je jedan od rijetkih proizvođača atermalnih leća JSC NPO GIPO - Državni institut primijenjene optike, koji je dio holdinga Shvabe. Materijal leće je staklo bez kisika, cinkovi i germanij selenidi, a kućište je izrađeno od aluminijske legure visoke čvrstoće, što u konačnici jamči nema izobličenja u rasponu od -400C do + 500C.
U Rusiji je, uz spomenuti 1PN116 iz FSUE TsKB Tochpribor (ili "Shvabe-uređaji"), znatno lakši termovizijski nišan "Shahin" (JSC TsNII "Ciklon"), nazvan po "budnosti" u čast grabežljive vrste sokola, koju karakterizira francuska matrica Ulisse sa 160x120 piksela (ili 640x480) i rasponom prepoznavanja visoke figure od 400-500 metara. U najnovijim generacijama uvezeni mikrobolometar zamijenjen je domaćim modelom.
Dalje na popisu: termovizijski nišan PT3 iz Novosibirska "Shvabe - obrana i obrana" s matričnom rezolucijom od 640x480 elemenata, težine 0, 69 kg i, što je postao "zlatni standard", raspon detekcije broja rasta 1200 m. Visina piksela ovog nišana izvanredan je pokazatelj i iznosi 25 mikrona, što čini skromnu konačnu rezoluciju slike. Inače, holding je organizirao proizvodnju lovačkog nišana prema vojnom dizajnu pod oznakom PTZ-02. Drugi predstavnik domaće dizajnerske škole je termovizijski nišan Alfa TIGER iz divizije Shvabe-Photopribor, za koji se čini da je monopolist, s mikrobolometrijskim prijamnikom u rasponu od 7-14 mikrona rezolucije 384x288 piksela. U "TIGRI" operater radi s monokromatskim OLED mikrodisplejom od 800x600 piksela, od kojih je 768x576 rezervirano za prikaz toplinske slike. Važna razlika od ranih modela ruskih termovizijskih nišana je povećano vrijeme rada za 30 minuta - sada se možete boriti u infracrvenom području 4,5 sata. Njegova modifikacija "Alpha-PT-5" ima rijetki PbSe fotodetektor s električnom toplinskom stabilizacijom. Univerzalni nišan PT-1 iz NPO NPZ-a sposoban je kombinirati se s mnogim vrstama malokalibarskog naoružanja zbog posebnog nosača i memorije u kojoj su balistika i končanica programirani za široku paletu oružja. Stiskanjem oka za oči pomoću mišića oka uključuje se mikrodizajn, a odvajanjem se isključuje - ovo je vrsta sustava za uštedu energije implementiranog u PT -1. Američki mikrobolometri ugrađeni su na termovizijski uređaj za ciljanje i promatranje "Granit-E" iz ISPC-a "Spectrum". Tehniku s "širokopolarnim" vidom predstavlja tvrtka dugog naziva NF IPP SB RAS "KTP PM" pod indeksom TB-4-50 i ima vidno polje od 18 stupnjeva za 13,6 stupnjeva.
Inače, tvrtka nudi niz od tri standardne veličine termovizijskih nišana TB-4, TB-4-50 i TB-4-100, opremljenih suvremenim mikroprocesorom za obradu slika temeljenim na HPRSC arhitekturi (High Performance Reconfigurable Super računanje). Poseban smjer su novi termovizijski nišani Mowgli-2M pod indeksom 1PN97M, instalirani na stropnim podružnicama Strela-2M, Strela-3, Igla-1, Igla, Igla-S i najnoviji Verba . Razvijaju i sastavljaju nišane u LOMO-u u Sankt Peterburgu i razlikuju se, naravno, po velikom dometu detekcije od 6000 m. Alternativa Mowgliju mogu biti nišani TV / S-02 tvrtke BELOMO iz bliskog inozemstva, namijenjeni za teško malokalibarsko naoružanje - puške velikog kalibra, bacači granata i, zapravo, MANPADS. S masom ne većom od 2 kg, bjeloruski nišan pokazuje impresivan domet ljudske detekcije od 2000 metara i prepoznavanja od 1300 metara.
U ovom dijelu "Kronike toplinske slike" govorili smo o nekim domaćim termovizijskim pojedinačnim znamenitostima i njihovim kolegama iz bližeg inozemstva. Pred nama su strani analozi, tenkovski termovizori, kao i pojedinačni uređaji za promatranje i izviđanje.
