Тепловизионные прицелы и насадки
Тепловизионный прицел – это сложное оптоэлектронное устройство, предназначенное для установки на оружие и применяемое для решения широкого круга стрелковых задач в широком диапазоне дистанций стрельбы...
Способен находить и отображать цели на дистанциях до 2500 м и позволяет идентифицировать их на дистанциях от 350 м до 1500 километров. Тепловизионные прицелы работают по принципу преображения теплового излучения объектов (как естественных (люди, животные), так и искусственных (имеющих разницу температур как у любой неоднородной среды), в видимое человеческим глазом изображение, выводимое на окулярную ПЗС-матрицу прицела. Собственно это и есть главное преимущество этих приборов по сравнению с дневными и ночными прицелами – способность видеть цель, вести наблюдение, прицеливание и стрельбу практически при любой освещенности (как днем, так и ночью) и при любых погодных условиях (снег, дождь, туман, дымка).
Тепловизионный прицел при использовании в полной темноте не нуждается (как прицел ночного виденья или цифровой прицел) в дополнительном источнике света (ИК-подсветке). Он способен работать при дневном освещении (не боится засветок) и распознает излучающие тепло объекты сквозь заросли кустов, траву, дымовые завесы, туман, дымку, морось, маскировочные сети и другие препятствия.
Тепловизионные прицелы могут применяться для следующих целей:
- дневная, сумеречная и ночная (круглосуточная) охота
- охрана ответственных объектов и территорий
- круглосуточное наблюдение
- выполнение операций силовыми структурами
- уничтожение живой силы противника при ведении круглосуточных и всепогодных боевых действий
Конструкция и основные характеристики тепловизионных прицелов
Все современные компактные тепловизионные прицелы, как правило, оснащены неохлаждаемым балометром (еще этот узел называют матрицей, детектором) на основе аморфного кремния или оксида ванадия. Неохлаждаемые микроболометры достаточно надежны, потребляют меньше энергии и гораздо дешевле, чем охлаждаемые. К другим конструктивным элементам тепловизионных прицелов относят объектив, дисплей (он же "окулярная матрица") и электронный блок для преобразования сигналов. Через обычное стекло инфракрасное излучение не проходит (по этой же причине не возможно вести наблюдение через оконное или автомобильное стекло), поэтому в тепловизионных прицелах устанавливается не обычная стеклянная оптика, как например в оптических прицелах, а германиевые объективы. Как правило, все прицелы рассчитаны на использование на оружии крупных калибров, соответственно, к прочности их корпуса (и в целом – к степени защиты от внешних факторов) предъявляются повышенные требования.
Основными (ключевыми при выборе) параметрами тепловизионных прицелов являются:
- Разрешение балометрической матрицы (384х288, 400х300, 640х480 и более)
- Размер элемента болометрической матрицы, мкм
- Частота обновления микроболометрической матрицы, Гц
- Кратность оптического увеличения, х
- Спектральный диапазон чувствительности, мкм (как правило 8...14)
- Тип калибровки балометрической матрицы
- Диафрагменное число объектива
- Фокусное расстояние объектива, мм
- Дальность обнаружения\идентификация цели
- Диапазон рабочих температур, °C
Качество изображения
Теперь разберём все параметры по пунктам и определим ключевые понятия влияющие на качество изображения.
Разрешение балометрической матрицы (количество пикселей по горизонту и вертикали) - один из важнейших параметров определяющих качество наблюдаемого стрелком изображения цели и ландшафта вокруг неё. Арифметика здесь достаточно простая - чем больше разрешение, тем более детализированное изображение мы видим на выходе. По сути, если говорить простым и понятным для пользователя языком - разрешение, это количество "кирпичиков" из которых складывается наблюдаемая в прицел "картинка". И чем их больше, тем больше детализация. Вторым важным моментом здесь будет являться собственно размер пикселя балометрической матрицы в микронах. В используемых на сегодняшний день матрицах, этот размер составляет, как правило, 25 или 17 микрон. Собственно чем меньше размер пикселя ("кирпичика" матрицы), тем более детальное изображение мы можем получить при наблюдении в прибор. Частота обновления кадров (варьируется от 9 до 60 Гц) отвечает за комфортность наблюдения за движущимися объектами. В чем здесь разница? Развертка в 9 Герц означает, что изображение транслируемое на окулярную матрицу обновляется 9 раз в секунду. Соответственно разверка в 50 Герц означает что в 1 секунду изображение обновиться уже 50 раз.Что означает эта разница на практике?
Если мы наблюдаем в прицел быстрое перемещение цели при развертке в 9 Гц, то визуально мы наблюдаем эффект зависания или "торможения" картинки. Цель и фон на котором мы её наблюдаем, начинает "смазываться", за целью начинает тянутся "шлейф". Особенно это заметно при отображении "горячего" "черным" - режим Black\Hot. По-этому, чем больше частота обновления кадров, тем комфортнее нам вести прицеливание "в динамике" и наблюдать быстро перемещающуюся цель без искажений, "шлейфа". В конечном итоге "быстрая разверка" в 50-60 Гц позволяет избежать промахов по движущейся цели, ведь в момент выстрела мы будеть видеть цель (по отношению к перекрестию прицельной марки) именно там где она находится физически, что называется "по факту", а не там где ее нам "покажет" прицел с низкочастотной разверткой в 9 Гц, не успевая обновлять вам информацию (изображение цели) в окулярной матрице....
Хочется привести здесь пример с высокоскоростной съемкой выстрела и полёта пули (в "народе" по ошибке её почему-то постоянно называют "замедленной"). При стандартной съемке в 24-30 кадров в секунду, пулю даже не увидеть! Но если мы увеличим скорость съемки до 73000 кадров в секунду - виден каждый нюанс выстрела - выбророс пороховых газов, выход пули из ствола и т.д.
Видеоролик c YouTubeВывод - когда наблюдение (стрельба) происходит в динамике и стрелок сопровождает и удерживает цель в поле обзора прицела, прицелы с частотой смены кадров 50-60 Гц позволяют получать практически непрерывающуюся и максимально качественную картинку. На сегодняшний день приемлемым значением частоты обновления кадра считается уровень уже не ниже чем 20-25 Гц.
Кратность оптического увеличения тепловизионного прицела.
Поскольку максимально качественное и детализированное изображение мы можем получить именно на оптической кратности - данный параметр будет являться одним из основополагающих при выборе и покупки тепловизионного прицела. Именно оптическая кратность в большей степени будет влиять на дальность обнаружения и дальность распознавания цели. В первом случае речь идет об обнаружении теплых объектов, а во втором – о возможности прибора их идентифицировать (животное, человек, транспортное средство, источник огня и т.д.). Если кратность достаточно высокая (4х-6х), то у охотника будет возможность не только обнаружить объект охоты на большой дистанции, но и идентифицировать его с высокой точностью. Это важно не только при охоте на небольших по размеру животных (косуля, волк, лиса), но и при охоте на крупных животных (лось, олень, кабан) - и в том и в другом случае мы можем не только с большей точностью идентифицировать объект охоты, но и определить его трофейные качества (разглядеть рога), пол (самка\самец).
Этот параметр так же влияет и на ширину поля зрения прицела (помимо разрешения матрицы) - чем больше кратность, тем меньше поле зрения. Важно ли это? - вопрос лично для меня, как для охотника, спорный. Практически никто не использует эти прицелы для динамичной стрельбы по быстро двигающейся цели - основа использования, это всё-таки ночные охоты с подхода и охота с вышки. Соответственно захват быстро перемещающейся цели в поле обзора прицела здесь не будет являться важным моментом в процессе стрельбы. А в те моменты, когда зверь что называется "пошёл", нам с лихвой хватит и стандартных величин ширины поля зрения, что бы "удержать" его в поле обзора прицела, вести прицеливание, брать упреждение и производить выстрел. Как правило, во всех современных тепловизионных прицелах заложена функция подключения и "цифрового увеличения".
Стандартные значения цифрового увеличения у многих производителей одинаковые - 2х, 4х (на прицелах с матрицей 384х288) и 2х, 4х, 8х (на прицелах с матрицей 640х480). Включение цифрового увеличения, при оптической 4х, позволяет получить максимальную суммарную кратность 16х на матрицах 384х288 и 32х на матрицах 640х480. При этом не следует забывать, что качество изображения при подключении цифрового изображения будет неизбежно снижаться (в меньшей степени этот эффект будет проявляться на матрицах с высоким разрешением 640х480 и выше).
Спектральный диапазон чувствительности, мкм
Практически все ручные тепловизоры и тепловизионные прицелы имеют рабочий спектральный диапазон от 8 мкм до 14 мкм (длинноволновый диапазон). Особенность этого диапазона в том, что матрицы таких тепловизоров не требуют охлаждения, что в значительной степени позволяет снизить вес и габариты прибора.Коротковолновые тепловизоры (3...5 мкм - соответствует окну прозрачности атмосферы) представляют собой уже охлаждаемые тепловизионные камеры, причем охлаждение может быть либо азотным, либо термоэлектрическим; также может быть использован микрохолодильник Стирлинга.
В любом случае, длинноволновые тепловизоры имеют значительно большие вес и габариты и применяются в качестве стационарных устройств. Большинство профессиональных компактных тепловизоров являются длинноволновыми.
Тип калибровки балометрической матрицы
Так как тепловизионная матрица является полупроводниковым элементом, электрические характеристики полупроводниковых элементов зависят от их собственной температуры. По мере изменения температуры матрицы или всего прибора в целом в результате работы, электрические характеристики сенсоров матрицы меняются. Меняются они при этом не равномерно и не одновременно по всему полю матрицы. В момент калибровки показания всех сенсоров приводятся к единому значению и информация записывается на контроллер. Это в свою очередь позволяет получать более "достоверное" изображение теплового контраста и наблюдаемых объектов (целей).
На данный момент распространение получили три способа калибровки балометрической матрицы:
Первый. Калибровка шторкой (шутером) или, как её иногда называют, "механическая калибровка затвором". Калибровка шторкой представляет собой механический затвор перед балометрической матрицей, похожий затвор фотокамеры. В момент срабатывания затвора слышен характерный звук и перед сенсорами матрицы на короткое время закрывается поле зрения. В этот момент электроника калибруется по закрытой шторке затвора. Плюс данного метода калибровки - достаточно высокая степень выравнивания показаний каждого сенсора в матрице за счет полного перекрытия возможности поступления внешнего ИК-сигнала на матрицу. Хотя многие специалисты и не согласны с этим, мотивируя свою точку зрения тем, что сама шторка в процессе работы прибора может неравномерно нагреваться, а помимо этого ещё и являться переотражающим элементом на пути ИК-волн до балометрической матрицы. Это в какой-то степени так же может существенно искажаеть сигналы записанные в память контроллера матрицы и они не будут соответствовать реальным условиям наблюдения. Минус данного метода, как показала практика один - слышен тихий звук срабатывания шторки... Лично я не считаю его критическим. В моей практике не было случаев схода зверя с поля в момент калибровки. Но есть те, кто настаивает на обратном...
Второй. Калибровка защитной крышкой. Для калибровки крышкой пользователь самостоятельно должен закрыть объектив крышкой и после этого нажать кнопку калибровки. Предполагается, что крышка которую используют для калибровки должна быть прогрета со всех сторон одинаково.
Третий. Электронная (программная) калибровка. Электронный метод калибровки не предполагает никаких механических или иных вмешательств пользователя в работу прибора. Прибор сам определяет неравномерность "нагрева" его сенсоров, объектива и других элементов системы и на основании этих данных автоматически корректирует их выходные сигналы по определённому алгоритму.
Резюмируем:
- калибровка шторкой издает звук, на время закрывает изображение и калибрует только матрицу без учета помех которые вносит объектив
- калибровка крышкой бывает неудобна, так как требует ручных манипуляций с прибором однако при этом методе достигается максимальное качество калибровки, так как участвует вся система матрица-объектив
- электронная калибровка не издает никаких звуков, не "гасит" картинку, не имеет механических деталей.
Однако не всегда "угадывает" истинное состояние прогрева системы объектив-матрица, что отражается на качестве картинки. Следует отметить, что многие модели тепловизионных прицелов поддерживают несколько типов калибровки и пользователи могут выбирать тип калибровки самостоятельно, исходя из условий использования прицела.
Материал линзы объектива тепловизионного прицела
Как правило во всех объективах тепловизорных прицелов используют линзы из германия покрытого снаружи напылением тонкого слоя титанового сплава (для износостойкости).
Объективы из германия способен пропускать только волны ИК-диапазона. Сразу хочется отметить, что обыкновенное стекло (оконное или автомобильное) не проницаемо для ИК-излучения и наблюдение через него тепловизором не возможно! Этим собственно и отличается ночное видение от тепловидения. Прицелы ночного видения на электронно оптических преобразователях (ЭОП) усиливает отраженный от объектов свет видимого диапазона (и способны работать (видеть) через стекло, а тепловизор строит изображение на разнице теплового ИК-излучения от объектов. Любые объекты, если их температура выше -273 °C, излучают тепловую энергию. Поэтому, даже снег отображается в прицеле не однородно.
Относительное отверстие объектива
ИК объективы, в силу слабого светового потока исходящего от излучающих объектов, должны обладать большим светопропусканием или иначе большим относительным отверстием (отношение диаметра входного зрачка объектива к его заднему фокусному расстоянию). Таким образом, чувствительность тепловизора в значительной степени зависит от объектива!
Фокусное расстояние объектива, мм
Данный параметр влияет прежде всего на детализацию изображения и ширину поля зрения прицела. По сути этот параметр впрямую влияет на оптическую кратность прицела (прибора наблюдения). По-этому, кода в характеристиках пишут линза 19 мм, 35 мм, 50 мм, 65 мм, 100 мм, 150 мм и т.д., имеется ввиду фокусное расстояние объектива, а не диаметр входной линзы объектива.
Дальность обнаружения\идентификация цели
Дальность обнаружения - это дистанция на которой контрастная цель становится видимой пользователю тепловизора.
Дальность распознавания - это дистанция на которой мы способны идентифицировать цель (видеть, что это например волк, лиса, кабан, лось).
Диапазон рабочих температур, °C
Под диапазоном рабочих температур подразумевается возможность пользователя эксплуатировать прицел (наблюдательный прибор) в указанном диапазоне. Здесь, как правило, "проблемным" является диапазон "минусовых" температур. Во-первых, на отрицательных температур начинают "замерзать" батареи питания используемые в приборах (у них есть свои рабочие температуры). В таких ситуациях, как правило, начинают использовать внешние источники питания, которые находятся под одеждой и соединены с прибором кабельным подключением. Во-вторых, некоторые приборы имеют LED-матрицы окулярных блоков, которые "замерзают" уже при минус -5°C.
В связи с этим многие производители давно перешли на OLED-матрицы окулярных блоков, т.к. они способны работать до -30°C....-40°C.
Чувствительность тепловизора, мК
Чувствительность тепловизора - это минимально различимая сенсором разница температуры объекта наблюдения.
Измеряется эта величина в миликельвинах (мК).
Чувствительность тепловизора складывается из чувствительности матрицы тепловизора и потерь на передаче энергии через объектив тепловизора.
Типовая чувствительность современной матрицы неохлаждаемого тепловизора составляет около 50 мК, что равняется 0.05 °C (у лучших моделей прицелов этот показатель может достигать 14-15 мК).
Иными словами, тепловизорный прицел способен визуально отображать тепловой контраст с разницей температур в 0.1...0.01 °C.
По этой причине ни в коем случае нельзя направлять включённый тепловизор на источники высоких температур (солнце, огонь, сильно нагретые пердметы, дугу сварочного аппарата)!
Какие внешние погодные условия влияют на качество изображения тепловизора
- Прежде всего это влажность в любых её проявлениях.
- Дождь, дымка, морось, испарения, снег, туман.
- При большой влажности объекты наблюдения покрываются пленкой воды, которая препятствует собственному излучению предметами ИК-волн. Кроме этого и сама водяная дисперсия в воздушной среде так же является помехой для прохождения ИК-волн. Т.о. если на цифровом барометре вы видите значение влажности более 85-90% - готовьтесь видеть в тепловизор совсем не ту картинку, которая была в сухую погоду - её качество будет значительно ниже.
Выбор тепловизорного прицела
При выборе прицела следует руководствоваться основной целью его приобретения и в зависимости от этого исходить из наиболее принципиальных параметров и условий стрельбы:
- дальность стрельбы
- размеры и тепловая контрастность целей
- тип и модель оружия (наличие сменных стволов и желание использовать на них прицел)
- температурные условия использования
и другие факторы и условия. Об этом мы подробно напишем в другой статье на нашем сайте WHT.ru
Широкий модельный ряд прицелов тепловизоров с разными характеристиками и ценовыми сегментами предлагает покупателям интернет-магазин Мировые Охотничьи Технологии. Всегда в наличии тепловизоры европейских и отечественных производителей. Для бесперебойной работы тепловизоров в продаже имеются внешние аккумуляторы, и прочие дополнения. Мы оказываем консультации любого характера и в отличии от других компаний - не только знаем все теоретические аспекты, но и даем рекомендации на основании собственного практического применения представленных в нашем каталоге приборов.
Онлайн консультацию у наших специалистов по телефонам:
Главный консультант и координатор проекта - Алексеев Юрий, моб. тел. +7(921)797-15-95 (МегаФон)
Тел. 8-800-333-44-66 - бесплатный звонок на всей территории России:
Доб. номер - 206, Алексеев Юрий (помощь в выборе прицела по условиям применения, консультации, собственный опыт охоты с ТП)
Доб. номер - 304, Рубин Дмитрий (программирование прицельных марок TS, настройка, пристрелка, тех. и консультационное сопровождение)