Современные тепловизионные приборы и тепловизоры

С точки зрения пользователя, тепловизоры - это одна из разновидностей приборов ночного видения (ПНВ), а с точки зрения применяемых в них технологий - это принципиально иной способ решения задач. Если формулировать предельно коротко и примитивно, тепловизоры позволяют видеть не отраженное, как это делают «традиционные» приборы ночного видения, а собственное инфракрасное излучение объектов.

Установленный тепловизор Пульсар на пневматике
Тепловизор устанавливается на оружие как оптический прицел

Тепловизионное излучение

Современные тепловизионные приборы позволяют обнаружить человека, животное или работающую технику в густых зарослях, под прикрытием маскировки или даже в полной темноте внутри охраняемого объекта. Более того, они способны увидеть даже свежие следы людей и автомобилей или нарушенный слой почвы.

Любой объект, как живой, так и неживой, излучает электромагнитные волны в очень широком диапазоне частот, среди них есть волны в инфракрасном спектре, которые обычно называют «тепловым излучением». Очевидно, что интенсивность такого теплового излучения напрямую зависит от температуры объекта и практически не зависит от условий освещенности в видимом диапазоне.

Таким образом, при помощи тепловизора о любом наблюдаемом объекте может быть собрана и визуализирована дополнительная информация, недоступная человеческому глазу и другим приборам. Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что тепловизор - это устройство, позволяющее визуализировать картину теплового излучения наблюдаемого объекта. Это открывает ряд уникальных возможностей для разных сфер деятельности: точных измерений, контроля технологических процессов и, конечно же обеспечение безопасности.

Идентификация кабанов на охоте с помощью тепловизионного прибора
Тепловизор позволяет безошибочно идентифицировать объекты

Устройство тепловизионного прибора

Вопреки ожиданиям, тепловизор устроен просто: специальный объектив, тепловизионная матрица и электронный блок обработки сигнала. Принцип его действия основан на способности некоторых материалов фиксировать излучение в инфракрасном диапазоне.

Посредством оптического прибора, в состав которого входят линзы, изготовленные с применением редких металлов, прозрачных для инфракрасного излучения (таких как германий), тепловое излучение объектов проецируется на матрицу датчика, чувствительного к инфракрасному излучению.

Далее сложные микросхемы считывают информацию с датчиков и генерируют видеосигнал: разной температуре наблюдаемого объекта соответствует определенный цвет изображения. Шкала соответствия цвета точки на изображении к абсолютной температуре наблюдаемого объекта может быть выведена поверх кадра.

Также, возможно указание температур наиболее горячей и холодной точки на изображении. В зависимости от модели, тепловизоры различаются по величине шага измеряемой температуры. Современные технологии позволяют различать температуру объектов с точностью до 0,05-0,1 К.

Устройство тепловизора
Устройство тепловизора с памятью для записи видео теплового излучения

Главные компоненты тепловизионных приборов

Самым дорогим элементом является специальный объектив. Дело в том, что его нельзя сделать из обычного стекла, т.к. оно не пропускает инфракрасное излучение в той части спектра, где работает тепловизор. Как уже говорилось, для изготовления объективов применяется редкий и дорогой материал - германий.

Соответственно цена объектива составляет около половины цены всего прибора. Именно это не позволяет надеяться на его удешевление в ближайшее время. Замена этому материалу активно ищется, но пока перспективы туманны.

Вторым по порядку (но не по значению) в тепловизоре является тепловизионная матрица, которая дает возможность увидеть невидимое тепловое излучение. Не вдаваясь в подробности, скажем, что каждый элемент матрицы (пиксель) состоит из отдельного терморезистора. При его нагревании сопротивление внутри терморезистора меняется, что фиксируется «мозгом» матрицы и переводится в видимое изображение.

Основные технические характеристики тепловизора: тип матрицы, ее чувствительность, фокусное расстояние, углы обзора и температурный диапазон работы. Тепловизионные матрицы не могут похвастаться большим разрешением, лучшие из них сейчас имеют разрешение 640х480 пикселей, что в 1,5-2 раза хуже, чем ПНВ второго-третьего поколений и в десятки раз хуже любого простенького фотоаппарата. Для сравнения: 640х480 - это 0,3 мегапикселей, что давно пройденный этап даже для фотоаппаратов, встроенных в мобильный телефон.

«Картинка» тепловизора

Многие тепловизионные приборы также оснащены устройствами памяти для записи полученного видеоизображения картины теплового излучения, производительными микропроцессорами, позволяющими осуществлять в режиме реального времени минимальную аналитику полученного в результате сканирования изображения инфракрасного излучения.

Довольно часто используется конфигурация совместного использования тепловизора и видеокамеры, что позволяет получать изображение объекта в «расширенном» диапазоне объединенных спектров - инфракрасного и видимого, а при неблагоприятных условиях (например, нет освещения объекта) наблюдать объект хотя бы в одном из диапазонов. Инфракрасный или видимый диапазон могут как накладываться друг на друга, так и транслироваться отдельно.

Изображение объекта в расширенном диапазоне
Изображение объекта в «расширенном» диапазоне объединенных спектров

Большинство современных тепловизионных приборов позволяют получать картинку, удобную для пользователя в данный момент. Картинка может быть черно-белой или цветной. Объекты, отличающиеся по температуре, в зависимости от настроек могут выглядеть по-разному, и, как следствие, пользователь имеет возможность выбрать наиболее оптимальную картинку в зависимости от требований. Такая особенность делает тепловизионный прибор максимально универсальным.

Современные тепловизоры делятся на 2 класса

  • Первый - с охлаждаемой матрицей, с криогенными охладителями, что дает возможность создавать высокочувствительные приборы с большим разрешением. Их минусы - большой вес (более 30 кг), огромная цена (сотни тысяч долларов) и небольшой ресурс охлаждающей системы (несколько тысяч часов). Обычно они используются стационарно или устанавливаются на технике.
  • Второй класс - с неохлаждаемой матрицей. Они на порядок дешевле, могут изготавливаться в виде компактных приборов небольшого веса и поэтому сегодня занимают более 90% рынка тепловизоров. К тому же они имеют гораздо больший ресурс и начинают работать сразу после включения.

Тепловизоры 1-го и 2-го классов
Тепловизоры 1-го и 2-го классов

Эволюция тепловизионных приборов

Изначально тепловизоры разрабатывались для военных. И были они этакими монстрами, большими, тяжелыми и очень дорогими. Простой охотник не мог о таком даже мечтать. Но с развитием техники они становились все меньше и доступнее. Сегодня его можно поставить на обычную охотничью винтовку. Появились также приборы, которые устанавливаются перед объективом оптического прицела. Они сравнительно недороги и достаточно надежны.

Сегодня тепловизоры широко применяются в медицине, при контроле над состоянием коммуникаций, зданий, газопроводов, однако главными «пользователями» остаются армия и спецслужбы, и прежде всего, конечно, в США, где эти приборы получили наибольшее распространение. Это накладывает определенные ограничения не столько на использование, сколько на импорт/экспорт. В охотничьих правилах о тепловизорах ничего не сказано, т.к. отрасль просто не поспевает за техническим прогрессом.

Но, как видно из свойств этих приборов, их применение на охоте может быть весьма разнообразным. Ими можно пользоваться не только ночью, но и в условиях с ограниченной видимостью, например в туман. И совершенно очевидно, что тепловизор будет весьма полезен при поиске подранков и добытых трофеев. У охотников безусловный интерес вызывают приборы второго класса. Они компактны и работают долго.

Тепловое излучение паровоза
Так выглядит паровоз в тепловифзионный экран

Недостатки тепловизионных приборов

В заключение хотелось бы оптимистично заявить, что тепловизор - прибор, замечательный во всех отношениях, и на этом поставить точку, но... Как известно из русской пословицы, ложка дегтя портит бочку меда, то есть какая-нибудь мелочь или пара мелочей могут испортить всю картину. Дело в том, что тепловизор весьма сложный прибор, зависимый от внешних условий.

Перед применением, особенно в разных погодных и климатических условиях, он требует тщательной и точной настройки, иначе качество изображения будет неважным. При этом его цена остается недоступной. Сегодня вряд ли найдется пригодный для охотничьих целей тепловизор ценой менее 2-3 тысяч долларов, а на хорошие приборы цены вообще не опускаются ниже 4-5 тысяч «зеленых».

И еще один минус. Производитель предлагает нам для наблюдения монокуляры, бинокуляры, камеры и прицелы, но последние в очень ограниченном количестве. Матрицы для тепловизорных прицелов сегодня производятся в США, Франции и Бельгии. К слову сказать, их вывоз из США официально закрыт, и все появляющиеся на нашем рынке приборы - это, по сути, контрабанда.

Отметим также, что ответственность за нарушение этого закона высока - до 10 лет тюрьмы. Так что большая наценка на прицелы понятна. Сегодня на нашем рынке можно найти несколько моделей тепловизорных прицелов, таких как ThermoSight 50 CCIR, MW 5000 или CS 6000. Цена от 35 до 50 тысяч долларов США.

Применение тепловизора на охоте на медведя
Для охоты тепловизоры стали применяться относительно недавно

И напоследок нельзя не упомянуть приборы для поиска подранков и трофеев. Их тоже называют тепловизорами, хотя на самом деле это теплодетекторы, которые ничего не показывают (даже экрана не имеют) и способны только подавать сигналы об улавливаемой разнице температур. Они представляют собой небольшой предмет, похожий на фонарик, снабженный несколькими диодами.

Прибор способен улавливать повышенную температуру объекта. Когда его направляют на теплый объект, загорается один или несколько диодов-индикаторов. По замыслу создателей, охотник может определить направление и примерное расстояние до объекта поиска.

Назад