Современным военным все равно, в какое время суток выполнять свои задачи, ведь они одинаково хорошо видят даже в полной тьме. Подобную возможность им дала наука, которая изобрела тепловизор – устройство для видения в инфракрасном спектре. Он стал искусственными глазами для ночных операций, поскольку не требует внешнего источника света и дает довольно высокую четкость картинки.
Физические основы
Для того чтобы понять, как работает тепловизор, необходимо вспомнить основы физики, которая говорит, что свет – это волна электромагнитного спектра. В зависимости от энергии в ней, она может иметь различную частоту, что соответствует разной цветовой температуре. Например, голубой является наиболее энергетическим потоком, а красный содержит меньше энергии.
Цвета видимого спектра. Дело находится инфракрасный диапазон
Если продолжать уменьшать энергию волны (ее длина становится все больше), тогда видимый цвет света будет превращаться с оранжевого на легкий красный, потом на очень красный. После этого энергии фотонов будет недостаточно, чтобы активировать зрительные клетки на сетчатке, однако это не означает, что свет куда-то умчалось. Оно перешло в инфракрасный спектр, который человек не видит, однако его видят, например, змеи.
Инфракрасный спектр в свою очередь делится на три сегмента:
- ближний инфракрасный – это ближайший до видимого спектр с длиной волны от 700 до 1300 нанометров;
- средний инфракрасный – имеет длину волны от 1300 нанометров до 3000 нанометров. В этом спектре обычно работают пульты дистанционного управления;
- термальный инфракрасный – самая большая часть инфракрасного спектра с длиной волны от 3000 нм до 30000 нм. Его главной особенностью является то, что такие волны испускают все тела вследствие движения атомов внутри.
Одинаковое изображение в видимом свете (слева) и в инфракрасном (справа)
Как работает тепловизор
Основой тепловизора является специальная матрица, которая способна улавливать волны термального инфракрасного спектра. Для фокусировки и получения четкой картинки используется специальная линза. Поскольку стекло поглощает волны такого спектра, то ее изготавливают из металла германия или селенида цинка.
Полученные с фотоматрицы сигналы затем преобразуются в электрические импульсы, которые процессор тепловизора по заданному алгоритму раскрашивает в видимые цвета на дисплее. При этом синий цвет обычно означает холодные участки, а красный – горячие.
Поскольку матрица при своей работе также нагревается и излучает инфракрасный свет, она создает излишний шум. Из-за этого в продаже есть два типа тепловизоров:
- без охлаждения – детектор в таких гаджетов работает при комнатной температуре, что позволяет сделать их компактными, тихими, с мгновенной активацией. Автомобиль с таким устройством можно увидеть на расстоянии до 800 метров с линзой с фокусным расстоянием в 500 мм;
- с криогенным охлаждением – дорогие системы, которые охлаждают матрицу до нуля градусов Цельсия. Благодаря этому можно получить очень высокую точность: такие тепловизоры различают объекты с разницей температур в 0,1 градуса Цельсия и обеспечивают дальность зрения в 300 метров. Практически это означает, что можно в полной тьме распознать, кто на таком расстоянии целится из винтовки. А если использовать объектив с линзой в 140 мм, тогда можно видеть на расстоянии до 6 км, а уверенно распознавать предметы, удаленные на 800 метров.