Das Hauptproblem einzelner Wärmebildkameras als Teil des Instrumentierungs- und Zielkomplexes sind die hohen Anforderungen an Gewicht und Abmessungen. Es ist unmöglich, ein System zur Kühlung der Matrix mit flüssigem Stickstoff zu platzieren, so dass nach neuen technischen Lösungen gesucht werden muss. Und warum die komplizierteste und teuerste Wärmebildkamera einzäunen, wenn es doch schon hervorragende Infrarot-Nachtsichtgeräte für einzelne Handfeuerwaffen gibt? Es geht darum, den Feind, Rauch, atmosphärische Niederschläge und Lichtstörungen zu tarnen, all dies reduziert die Effizienz von Nachtsichtgeräten dramatisch, selbst mit elektrooptischen Wandlern der dritten Generation. Das Produkt des Novosibirsk Central Design Bureau "Tochpribor" unter dem Index 1PN116 wurde nur für solche Bedingungen entwickelt und ist ein Vertreter der alten Schule für Geräte zur Erkennung von Infrarotstrahlung von Objekten auf dem Schlachtfeld.
Das Wärmebildvisier 1PN116 mit seiner scharfen Sicht sieht alles, was so groß wie eine Person ist und was heißer ist als der natürliche Hintergrund in 1200 Metern Entfernung. Das Gerät hat eine erhebliche Masse (3, 3 kg) und wird daher hauptsächlich auf den SVD-Maschinengewehren "Pecheneg" und "Kord" platziert. Als "Retina" wird ein ungekühltes Mikrobolometer mit einer Matrix von 320x240 Pixeln verwendet. Schauen wir uns die Tricks der ungekühlten Wärmebildkamera genauer an.
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Diese Technik ist bereits die dritte Generation, die sich durch das Fehlen eines komplexen und nicht immer zuverlässigen optisch-mechanischen Abtastsystems grundlegend von den vorherigen unterscheidet. In dieser Generation basieren Wärmebildkameras auf Focal Plate Area (FPA)-Solid-State-Array-Empfängern, die direkt hinter der Linsenebene montiert sind. Die "Chemie" des thermischen Sehens in solchen Geräten basiert in den allermeisten Fällen auf Widerstandsschichten aus Vanadiumoxiden VOx oder amorphem Silizium-α-Si. Es gibt aber auch Ausnahmen, bei denen Photodetektoren oder "Herzen" von Wärmebildkameras auf PbSe-Basis, pyroelektrische Photodetektor-Arrays oder Matrices auf Basis von CdHgTe-Verbindungen mit thermoelektrischer Kühlung ausgestattet sind. Interessant ist, dass eine solche Kühlung meistens nicht für den vorgesehenen Zweck verwendet wird, sondern nur unter variablen Umgebungsbedingungen thermische Stabilität bietet. Mikrobolometer der VOx- oder α-Si-Serie registrieren Änderungen des elektrischen Widerstandes unter Temperatureinfluss, was zum Grundprinzip der Funktionsweise einer Wärmebildkamera gehört. Jeder derartige Festkörpersensor enthält einen Signalvorverarbeitungschip, der den Widerstand in eine Ausgangsspannung umwandelt und die Hintergrundstrahlung kompensiert. Eine wichtige Anforderung an ein Mikrobolometer ist die Arbeit im Vakuum und eine "wärmedurchlässige" Germaniumoptik, was die Arbeit sowohl von Konstrukteuren als auch von Herstellern erheblich erschwert. Und der Sensor selbst muss ein zuverlässiges Substrat mit Einschlüssen von Germanium oder Galliumarsenid haben. Um alle Feinheiten der Arbeit des Mikrobolometers zu verstehen, sollte beachtet werden, dass Schwankungen der Temperatur des Kristalls um 0,1 K zu einer winzigen Widerstandsänderung von 0, 03% führen, die verfolgt werden muss. Bei ansonsten gleichen Bedingungen hat amorphes Silizium gegenüber Vanadiumoxiden einige Vorteile - die Gleichmäßigkeit des Kristallgitters und die hohe Empfindlichkeit. Dadurch wird das Bild für den Benutzer kontrastreicher und weniger anfällig für Rauschen im Vergleich zu einer ähnlichen Technik bei VOx. Jedes Pixel des Mikrobolometers ist auf seine Weise einzigartig - es hat seine eigene, leicht von seinen Gegenstücken abweichende Verstärkung und Versatz, die das endgültige Bild beeinflussen. Durch die Erhöhung der Pixelanzahl, die Verringerung des Abstands zwischen ihnen (bis zu 9-12 Mikrometer) und deren Miniaturisierung versuchen Designer unter anderem, den Rauschpegel im Bild zu reduzieren. „Schlechte“oder defekte Pixel sind ein ernstes Problem bei der Herstellung von Mikrobolometern und zwingt Ingenieure, Softwaremechanismen zu entwickeln, um weiße oder schwarze Punkte auf dem Bildschirm und flimmernde Partikel zu eliminieren. Dies wird normalerweise durch Interpolation organisiert, dh das ausgehende Signal des "gebrochenen" Pixels wird durch eine Ableitung vom Wert der Nachbarn ersetzt. Der wichtigste Parameter der Matrix ist der NETD-Wert (Noise Equivalent Temperature Difference) oder die Temperatur, bei der das Mikrobolometer das Signal vom Rauschen unterscheidet. Natürlich muss der Sensor schnell sein, daher ist der nächste Parameter die Zeitkonstante oder die Geschwindigkeit, mit der der Imager auf Temperaturänderungen reagiert. Der Füllfaktor oder Füllfaktor ist eine Matrixkennlinie, die den Füllgrad des Mikrobolometers mit empfindlichen Elementen widerspiegelt. Je größer er ist, desto besser wird das Bild vom Bediener gesehen. Hi-Tech-Matrizen können sich mit einer Abdeckung von 90% der Matrix mit einer Pixelzahl von bis zu 1 Million rühmen. Der Benutzer kann das Schlachtfeld in zwei Versionen beobachten - Monochrom und Farbpalette. Militär- und Sicherheitsprodukte erzeugen normalerweise ein monochromes Bild, da die Klarheit der Figuren des Feindes und seiner Ausrüstung viel höher ist als bei der Farbversion.
Die Entwicklungen amerikanischer Wissenschaftler zum Einsatz von Graphen als Infrarotsensor sehen vielversprechend aus. Sie versuchen, dieses 2D-Material überall einzuführen, und jetzt sind die Wärmebildtechnologien an der Reihe. Wenn man bedenkt, dass 70-80% der Kosten einer ungekühlten Wärmebildkamera aus einem Mikrobolometer und einer Germaniumoptik bestehen, ist die Idee, thermoelektrische Graphensensoren zu entwickeln, sehr verlockend. Laut den Amerikanern reicht eine Schicht relativ preiswerten Graphens auf einem Siliziumnitrid-Substrat, und der Prototyp erwirbt bereits die Fähigkeit, eine Person bei Raumtemperatur zu unterscheiden.
Sowohl im Ausland als auch in Russland wird den Entwicklungen im Zusammenhang mit der Athermalisierung der optischen Systeme von Wärmebildkameras, dh der Beständigkeit gegen extreme Umgebungstemperaturen, große Aufmerksamkeit geschenkt. Es werden Linsen aus Chalkogenid-Materialien - GeAsSe und GaSbSe - verwendet, bei denen die Brechungsindizes der Strahlen wenig von der Temperatur abhängen. LPT und Murata Manufacturing haben ein Verfahren zur Herstellung solcher Linsen durch Heißpressen und anschließendes Diamantdrehen von asphärischen und Hybridlinsen entwickelt. In Russland ist einer der wenigen Hersteller athermischer Linsen JSC NPO GIPO - State Institute of Applied Optics, das zur Shvabe Holding gehört. Das Linsenmaterial besteht aus sauerstofffreiem Glas, Zink- und Germaniumseleniden, und das Gehäuse besteht aus einer hochfesten Aluminiumlegierung, die letztendlich keine Verzerrung im Bereich von -400C bis +500C garantiert.
In Russland, neben dem erwähnten 1PN116 von FSUE TsKB Tochpribor (oder "Shvabe-Geräte"), ein viel leichteres Wärmebildvisier "Shahin" (JSC TsNII "Cyclone"), benannt nach "Wachsamkeit" zu Ehren der räuberischen Spezies of falcon, gekennzeichnet durch die französische Ulisse-Matrix mit 160x120 Pixeln (bzw. 640x480) und einer Erkennungsreichweite einer großen Figur von 400-500 Metern. In den neuesten Generationen wurde das importierte Mikrobolometer durch ein heimisches Modell ersetzt.
Weiter auf der Liste: PT3-Wärmebildvisier aus Novosibirsk "Shvabe - Defense and Defense" mit einer Matrixauflösung von 640x480 Elementen, einem Gewicht von 0,69 kg und einem zum "Goldstandard" gewordenen Erfassungsbereich von einer Wachstumszahl von 1200 m Der Pixelabstand dieses Visiers ist kein hervorragender Indikator und beträgt 25 Mikrometer, was eine bescheidene endgültige Bildauflösung bildet. Übrigens organisierte die Holding die Herstellung eines Jagdvisiers nach militärischem Design unter dem Code PTZ-02. Ein weiterer Vertreter der heimischen Designschule ist das Wärmebildvisier Alfa TIGER aus dem scheinbar Monopolisten Shvabe-Photopribor mit einem mikrobolometrischen Empfänger im Bereich von 7-14 Mikrometer mit einer Auflösung von 384x288 Pixeln. In „TIGRA“arbeitet der Bediener mit einem monochromatischen OLED-Mikrodisplay von 800x600 Pixeln, wovon 768x576 für die Anzeige eines Wärmebildes reserviert sind. Ein wichtiger Unterschied zu den frühen Modellen russischer Wärmebildvisiere ist die um 30 Minuten verlängerte Betriebszeit – jetzt können Sie 4,5 Stunden im Infrarotbereich kämpfen. Seine Modifikation "Alpha-PT-5" verfügt über einen seltenen PbSe-Photodetektor mit elektrischer thermischer Stabilisierung. Das Universalvisier PT-1 von NPO NPZ ist durch eine spezielle Halterung und einen Speicher, in dem Ballistik und Absehen für eine Vielzahl von Waffen programmiert sind, mit vielen Arten von Kleinwaffen kombinierbar. Das Zusammendrücken der Augenmuschel mit den Augenmuskeln schaltet das Mikrodisplay ein, und das Lösen schaltet es aus - dies ist die Art von Energiesparsystem, die im PT-1 implementiert ist. Auf dem Wärmebildgerät zum Zielen und Beobachten "Granite-E" von ISPC "Spectrum" sind amerikanische Mikrobolometer installiert. Die Technik mit "weitpolarer" Sicht wird von der Firma mit dem Langnamen NF IPP SB RAS "KTP PM" unter dem Index TB-4-50 vorgestellt und hat ein Sehfeld von 18 Grad mal 13,6 Grad.
Das Unternehmen bietet übrigens eine Reihe von Wärmebildvisieren in drei Standardgrößen TB-4, TB-4-50 und TB-4-100 an, ausgestattet mit einem modernen Mikroprozessor zur Bildverarbeitung auf Basis der HPRSC-Architektur (High Performance Reconfigurable Supercomputer). Eine separate Richtung sind die neuen Mowgli-2M-Wärmebildvisiere unter dem 1PN97M-Index, die auf der MANPADS-Familie Strela-2M, Strela-3, Igla-1, Igla, Igla-S und der neuesten MANPADS-Familie installiert sind. Sie entwickeln und montieren Visierungen bei der St. Petersburger LOMO und unterscheiden sich natürlich durch eine enorme Erfassungsreichweite von 6000 m Eine Alternative zu Mowgli können TV / S-02-Visierungen der Firma BELOMO aus dem nahen Ausland sein, die für schwere Kleinwaffen - großkalibrige Gewehre, Granatwerfer und tatsächlich MANPADS. Mit einer Masse von nicht mehr als 2 kg zeigt das belarussische Visier eine beeindruckende Reichweite der menschlichen Erkennung von 2000 Metern und der Erkennung von 1300 Metern.
In diesem Teil der "Thermal Imaging Chronicles" haben wir über einige heimische Wärmebild-Einzelsehenswürdigkeiten und deren Pendants aus dem nahen Ausland gesprochen. Vor uns liegen ausländische Analoga, Panzer-Wärmebildkameras sowie individuelle Beobachtungs- und Aufklärungsgeräte.
