Тепловизионные прицелы: устройство, принцип действия, параметры

Что это такое

Тепловизионный прицел — это оптико-электронное устройство для наблюдения и прицеливания, формирующее изображение на основе разницы температур объектов и окружающего фона. В отличие от обычных оптических прицелов (увеличивающих видимый свет) и приборов ночного видения (усиливающих остаточную освещённость), тепловизионный прицел работает в инфракрасном диапазоне и не требует наличия какого-либо внешнего освещения.

Принцип действия

Все объекты с температурой выше абсолютного нуля излучают тепловую энергию в инфракрасном спектре. Тепловизионный прицел улавливает это излучение с помощью матрицы — микроболометра. Каждый элемент матрицы (пиксель) нагревается пропорционально количеству падающего на него инфракрасного излучения. Изменение сопротивления каждого пикселя фиксируется электроникой и преобразуется в электрический сигнал. Процессор обрабатывает сигналы со всех пикселей и строит на дисплее изображение, где более горячие участки отображаются светлее (или в определённом цвете), а холодные — темнее.

В отличие от приборов ночного видения, тепловизионный прицел не требует инфракрасной подсветки и работает в полной темноте, в тумане, в дыму, через пыль и листву.

Основные узлы

Объектив. Линза из германия или другого материала, прозрачного для инфракрасного излучения. Обычное стекло полностью блокирует тепловое излучение. Объектив собирает инфракрасные лучи и фокусирует их на матрице. Фокусное расстояние определяет кратность увеличения и поле зрения: чем больше фокусное расстояние, тем выше увеличение, но уже поле зрения.

Матрица (микроболометр). Приёмник излучения с определённым разрешением (пикселей по горизонтали и вертикали) и шагом пикселя (расстоянием между соседними элементами). Типичные разрешения: 320×240, 384×288, 640×480, 1024×768 пикселей. Чем выше разрешение, тем более детализированное изображение.

Процессор. Выполняет обработку сигнала: коррекцию неравномерности чувствительности пикселей, подавление шумов, улучшение контраста, преобразование сигнала в видеоизображение.

Дисплей. Небольшой экран (OLED или жидкокристаллический), расположенный внутри окуляра, на который выводится обработанное изображение. Разрешение дисплея обычно соответствует или немного превышает разрешение матрицы.

Окуляр. Оптическая система для наблюдения дисплея глазом стрелка. Может иметь диоптрийную подстройку для людей с разным зрением.

Система питания. Элементы питания (литиевые батареи, аккумуляторы), обеспечивающие работу электроники. Время автономной работы — от 4 до 12 часов в зависимости от модели и режима использования.

Управление. Кнопки, джойстики, кольца управления на корпусе для включения, настройки яркости и контраста, переключения режимов отображения (чёрно-белый, бело-чёрный, цветные палитры), включения режимов прицеливания (сетка, дальномер, запись видео).

Технические параметры

Чувствительность (NETD — шумовая эквивалентная разность температур). Минимальная разница температур, которую способен различить прибор. Измеряется в милликельвинах. Значение 30–50 милликельвинов означает, что прицел видит разницу температур в 0,03–0,05 градуса Цельсия. Меньшее значение — выше чувствительность и контрастность изображения.

Частота обновления кадров. Количество кадров в секунду, отображаемых на дисплее. Стандарт — 30 или 50 герц. При 30 герцах изображение воспринимается как непрерывное, но при быстром повороте прицела может быть заметна прерывистость. При 50 герцах движение отображается плавно.

Шаг пикселя. Расстояние между центрами соседних пикселей матрицы. Измеряется в микронах (мкм). Типичные значения: 17, 12, 10 микрон. Меньший шаг позволяет при том же разрешении уменьшить размер матрицы и объектива либо при том же размере объектива увеличить разрешение и дальность обнаружения.

Диапазон рабочих температур. Температура окружающей среды, при которой прицел сохраняет работоспособность. Для охотничьих и тактических моделей — от -30 до +50 градусов Цельсия. Для специализированных — от -40 до +60.

Дальность действия

Дальность, на которой тепловизионный прицел позволяет обнаружить, распознать и идентифицировать цель, зависит от размера цели, её температуры, температуры фона, погодных условий и параметров прибора.

Дальность обнаружения. Расстояние, на котором оператор видит, что в поле зрения присутствует объект, отличающийся от фона. Для человека среднего роста при стандартных погодных условиях и прицеле с объективом 50 миллиметров — 800–1200 метров.

Дальность распознавания. Расстояние, на котором можно определить, что объект — человек, а не животное или куст. Для тех же условий — 400–600 метров.

Дальность идентификации. Расстояние, на котором можно различить позу, наличие оружия в руках, направление движения. — 150–250 метров.

Для автомобилей и крупных животных дальности увеличиваются в 2–3 раза.

Режимы отображения

Чёрно-белый (горячее — белое). Самый распространённый режим. Более горячие участки выглядят белыми, более холодные — чёрными. Естественное восприятие для большинства пользователей.

Бело-чёрный (горячее — чёрное). Инвертированный режим: горячее отображается чёрным, холодное — белым. Используется при ярких бликах (солнце, костёр) или по привычке.

Цветные палитры. Горячие участки отображаются красным, жёлтым, оранжевым, холодные — синим, фиолетовым. Повышает контраст для обнаружения, но снижает детализацию формы объекта. Используется при поиске по горячим следам (свежий след животного, утеплившаяся от двигателя техника).

Дополнительные функции

Запись видео и фото. Встроенный накопитель (карта памяти) позволяет записывать то, что видит стрелок через прицел. Используется для разбора стрельбы, обучения, документирования.

Wi-Fi или Bluetooth. Беспроводная передача изображения на смартфон, планшет, второй дисплей. Позволяет второму наблюдателю видеть то же, что и стрелок, или управлять настройками прицела удалённо.

Баллистический калькулятор. Встроенная программа, вычисляющая поправку на дальность, ветер, угол наклона, температуру воздуха и атмосферное давление. Поправка отображается в виде дополнительной метки на сетке или автоматически смещает прицельную марку.

Лазерный дальномер. Встроенный лазерный измеритель расстояния до цели (обычно до 800–1500 метров). Данные передаются в баллистический калькулятор.

Выносная кнопка. Кнопка, крепящаяся на рукоятку оружия, дублирующая спуск или управление. Позволяет управлять прицелом не убирая руку со штатного положения стрельбы.

Отличия от других прицелов

От оптического прицела. Оптический прицел работает только при наличии видимого света и не проникает сквозь туман, дым, густую растительность. Тепловизионный работает в любых условиях освещённости и сквозь оптические помехи, но даёт менее детализированное изображение (зернистое, без мелких деталей).

От прибора ночного видения. Прибор ночного видения усиливает остаточный свет (луна, звёзды, городское освещение) и не работает в полной темноте без инфракрасного прожектора. Тепловизионный не требует никакого освещения, но не может работать через обычное стекло (автомобильное, оконное), так как стекло не пропускает инфракрасное излучение.

От лазерного целеуказателя. Лазерный целеуказатель ставит видимую или инфракрасную точку на цели, но не создаёт изображения цели. Тепловизионный прицел создаёт полное изображение, но требует смотреть в окуляр или на экран.

Заключение

Тепловизионный прицел — это устройство для наблюдения и прицеливания, формирующее изображение на основе разницы температур объектов и фона с помощью микроболометрической матрицы (типовые разрешения от 320×240 до 1024×768 пикселей) и германиевого объектива, который фокусирует инфракрасное излучение. Основные технические параметры: чувствительность (30–50 милликельвинов — минимальная улавливаемая разница температур), частота обновления (30 или 50 кадров в секунду), шаг пикселя (10–17 микрон), дальность обнаружения человека (800–1200 метров при объективе 50 миллиметров), распознавания (400–600 метров), идентификации (150–250 метров). Режимы отображения включают чёрно-белый (горячее — белое), бело-чёрный (горячее — чёрное) и цветные палитры (горячее — красное/жёлтое). Дополнительные функции: запись видео и фото, беспроводная передача изображения, встроенный баллистический калькулятор, лазерный дальномер. Отличия от других прицелов: тепловизионный работает в полной темноте и сквозь туман, дым, листву, но не видит сквозь обычное стекло, даёт зернистое изображение без мелких деталей и требует питания от батарей (время работы 4–12 часов). В отличие от приборов ночного видения не нуждается в инфракрасной подсветке, в отличие от оптических прицелов не зависит от внешнего освещения.