9 марта 2018 г. | Автор: Евгений Фёдоров
Тепло, еще теплее: История приборов ночного видения

И снова инженерам пришлось решать задачу, поставленную перед ними военными. 

К 50‑м годам ХХ века методы маскировки позволили солдатам и технике эффективно скрываться в темноте даже от самых совершенных на тот момент приборов ночного видения. Кроме того, требовалось создать компактный прибор, позволявший воевать в условиях полной темноты, к примеру, в подземных бункерах. 

Очевидно, что искали новый принцип ночного зрения, и он был заимствован у… пресмыкающихся, точнее, у змеи. Именно это животное способно различать разницу температуры объектов и таким образом охотиться в ночной тьме на небольших грызунов. Первые датчики, способные изменять своё сопротивление при минимальном нагреве, были получены в далёком 1878 году инженером Самуэлем Пирпонтом Лэнгли и получили название — болометры. Эти наработки стали тем фундаментом, на котором вырос истинный сын эпохи хайтека — тепловизор. 

В сравнении с изображением от ПНВ, тепловизор (справа) может отчетливо показать человека, прячущегося в полной темноте среди деревьев
Из чего сделан тепловизор

«Приготовить» тепловизор нелегко. Сложности начинаются уже на этапе изготовления стекла для линз объективов, которые необходимо сделать прозрачными для теплового ИК-излучения. Для этого в них добавляют дорогостоящий германий или отливают из халькогенидного стекла. А ключевым и самым дорогим элементом конструкции тепловизора выступает полупроводниковое фотоприёмное устройство, отвечающее за преобразования тепловой картинки в видимое глазу изображение. Это высокочувствительная матрица, требующая для работы охлаждение до криогенных температур (от –210ºС до –170ºС), а это влечёт за собой использование в конструкции жидкого азота.

Химия вообще вносит фундаментальный вклад в «тепловое зрение» — фотоприёмное устройство изготавливают из антимонида индия (InSb) или на основе кристалла кадмия, ртути и теллура (Cd, Hg, Te). Такой вот сложный аппарат современный тепловизор!

Компактные тепловизоры имеют в своей основе неохлаждаемую матрицу размером 25×25 мкм, которую называют микроболометр и делают из аморфного кремния и окиси ванадия. Среди плюсов — отсутствие сложной системы охлаждения жидким азотом, сравнительно низкая стоимость и большая надёжность, а платить за это приходится меньшей чувствительностью к температуре объекта наблюдения.

Где используют тепловизор

Тепловизор используют как правило в двух случаях: нужно выделить объект наблюдения (люди на фоне дерева) или сравнить температуры объектов (определить человека с высокой температурой)

Тепловизор — это один из немногих продуктов военных технологий, нашедший широкое признание в мирной жизни. Такой прибор поможет найти чёрную кошку в абсолютно тёмной комнате или определить место утечки тепла из здания в холодный зимний день. Или даже уберечь целую страну от эпидемии! Для этого в аэропортах устанавливаются тепловизионные камеры, которые в режиме реального времени отслеживают по термограмме человеческого лица его температуру. С чувствительностью до 0,08ºС тепловизоры FLIR успешно выявляли носителей атипичной пневмонии, свиного и птичьего гриппа во время мировых эпидемий.

Автопроизводители также не оставили без внимания уникальные свойства зрения в инфракрасном диапазоне. Дело в том, что ночью водитель не видит за границей света фар, а если к этому добавляется снег, туман или дождь, то ситуация на дороге становится совсем опасной. Поэтому на дорогих машинах нередки тепловизионные камеры, встроенные в решётку радиатора, позволяющие видеть сквозь ночь и другие помехи на недостижимые 300–350 метров!

Основная проблема приборов ночного видения — их высокая стоимость. Но мы знаем, что прогресс даже самые дорогие вещи делает обычными атрибутами жизни. И может быть тепловизионная камера скоро станет привычной опцией твоего сотового телефона.