Когда-то ограниченные армиями первого порядка, системы ночного видения теперь стали распространенным инструментом многих наземных сил. Как всегда, западная промышленность и военные пытаются улучшить возможности этих систем с целью сохранения превосходства над возможными оппонентами. При этом приходится сталкиваться с множеством проблем и одна из основных, конечно же, массогабаритные и энергопоглощающие характеристики.
Появление неохлаждаемых тепловизионных сенсоров позволило внедрить эту технологию в ручные системы и винтовочные прицелы, Процесс миниатюризации продолжается, разрабатываются сенсоры меньших размеров, хотя скоро размеры оптики достигнут своих физических пределов. Что касается увеличения яркости изображения, то в этой сфере были разработаны новые трубки с повышенными возможностями, позволившие взглянуть дальше в темноту; в тоже время повысилось качество и тепловизионных устройств. Многочисленные производители в настоящее время берут сильные стороны этих двух технологий и совмещают их в комбинированных системах, дающих пользователям смешанное изображение, на котором тепловой сенсор позволяет увидеть невидимые невооруженному глазу скрытые горячие пятна, тогда как усилитель яркости дает общее изображение. Встраивание информации в системы технического зрения, либо днем, либо ночью, является еще одним шагом вперед на пути к тому, что известно под термином «дополненная реальность». На данный момент это справедливо для пешего солдата, но некоторые технологии активно «мигрируют» в бронированные машины, несколько европейских компаний в настоящее время рассматривают возможность оборудования рабочего места водителя полностью виртуальным зрением (не забудем и израильский перспективный танк «Кармель»). Подобные решения могли бы значительно повысить качество вождения в ночное время, а использование дополненной реальности повысило бы уровни безопасности и владения обстановкой. Соответственно, такие технологи, как например, тепловидение, становятся нечто большим, чем просто усовершенствования ночного зрения. Посмотрим, что происходит в сфере слияния технологий на примере европейских компаний.

Компании Benin и Photonis объединили усилия по разработке комбинированной системы на основе дневной цветной КМОП-камеры и неохлаждаемого микроболометра

Комбинированный прицел FUZIR-V компании Pyser-SGI
На выставке DSEI 2015 компания Pyser-SGI представила два варианта своей системы FUZIR: FUZIR-V (visible - видимый) и FUZIR-I (intensification - усиление). Оба прибора базируются на одном термочувствительном элементе, представляющем собой микроболометр формата 384x288 из аморфного кремния, работающий в диапазоне 7-14 мкм, но вторые каналы у них разные. FUZIR-v – это отдельный прицел, он имеет также дневной канал на основе дневной телекамеры для низкой освещенности, изображение с обоих каналов выводится на монохромный дисплей размером 852x600 пикселей с диагональным полем зрения 19,2°. Оператор может выбирать свое предпочтительное визирное перекрестье при 0,5 «тысячной» за деление фиксатора горизонтальной регулировки и вертикальной поправки. Ручки настроек позволяют увеличить или уменьшить тепловой ввод и переключить полярность; тепловизионный канал также имеет цифровое увеличение х2. В крепимой системе FUZIR-i с полноценным совмещением изображений дневной канал обеспечивается телескопической оптической трубкой, которая также имеет визирное перекрестье; второй канал обеспечивает трубка усиления яркости (электронно-оптический преобразователь), например XD-4 Gen 3 или XR5. Высота и ширина у обоих устройств одинаковые, 108 и 62,5 мм соответственно; но FUZIR-i длиннее и тяжелее, 272 мм и 1527 грамм, против 209 мм и 1225 грамм у FUZIR-v. Оба прибора питаются от семи литиевых аккумуляторов АА, обеспечивающих 4 часа непрерывной работы. Водонепроницаемость обеспечивается в течение часа при погружении на глубину 20 метров. Обе системы имеют многоштырьковый разъем для передачи и записи видеопотока.

Вверху: модель корпуса в окончательном варианте, напечатанная на 3Д принтере; внизу: опытный образец крепимого прицела SWIR-диапазона, разработанный компанией AIM Infrarot-Module

На фото изображение с крепимого SWIR-прицела компании AIM. Его отличительные особенности - высокое разрешение и способность видеть сквозь стекло (объекты на заднем плане находятся в витрине)
Компания Qioptiq была среди первых европейских компаний, разработавших крепимые комбинированные прицелы. Ее собственный прибор, получивший имя Saker, в последней конфигурации был показан на выставке DSEI 2015. Saker в настоящее время находится в производстве, но комментариев по заказчикам компания не дает, хотя вся система не подпадает под Правила международной торговли оружием. Qioptiq стремится и дальше совершенствовать свои системы, на очередной выставке DSEI 2017 она представила свои новые разработки; выпуск ряда новых изделий намечен на 2018-2020 годы. Новый прицел с увеличением х1 и полем зрения 8° базируется на неохлаждаемом детекторе формата 320x240 с пикселем 17 мкм и на 18-мм усилителе яркости изображения Photonis Intens; изображение выводится на цветной OLED-дисплей 800x600. Дистанции обнаружения, распознавания, и идентификации человека составляют соответственно 1460, 540 и 260 метров в режиме усиления яркости и 1350, 460 и 210 метров в тепловизионном режиме. Впрочем, Saker интересен тем, что он позволяет работать в смешанном режиме с совмещением изображений с обоих каналов. Было разработано устройство дистанционного управления, воспроизводящее всю функциональность Saker, которое может устанавливаться на винтовку. Питание от трех батареек АА обеспечивает непрерывную работу в течение 6,5 часов в смешанном режиме и в течение 40 часов в режиме усиления яркости. Устройство Saker весит 890 грамм, включая планку Пикатинни, батарейки, крышку объектива и легкую маскировочную накидку.

Прицел Saker компании Qioptiq устанавливается на штурмовую винтовку и соединяется с дневным прицелом Trijicon

Изображение с прицела Qioptiq Saker; этот комбинированный крепимый прицел был представлен британской компанией на выставке DSEI 2015 и в настоящее время серийно выпускается
Французская компания Bertin, часть CNIM group, представила в прошлом году свое цифровое устройство для наблюдения FusionSight, которое было разработано в соответствии с соглашением с Photonis, европейским лидером в сфере электронно-оптических преобразователей и КМОП-сенсоров для низкой освещенности. Вторая технология была выбрана в связи с тем, что, по мнению двух компаний, он лучше подходит для обработки изображений перед совмещением. Выбранный сенсор Kameleon базируется на КМОП-матрице формата 1280x1024, способной генерировать цветное изображение в условиях освещенности менее 10 миллилюкс. Что касается тепловизионного канала, то он базируется на неохлаждаемом сенсоре формата 640x480 с пикселем 17 мкм, работающем в диапазоне 8-12 мкм. Алгоритм интеллектуального слияния сигналов был разработан компанией Bertin в сотрудничестве с французским Управлением оборонных закупок DGA. Он позволяет оптимизировать процентное соотношение дневного/теплового каналов в зависимости от объекта и, тем самым, минимизировать маскирующий эффект камуфляжа оппонента. Объединенное изображение выводится на цветной OLED-дисплей размером 1280x1024. Ночное широкое поле зрения составляет 32° и узкое - 8°, соответственно широкое поле зрения дневного канала - 29° и узкое - 7,25°. Для типичной мишени размером 2,3x2,3 метра, изображающей транспортное средство, дистанции обнаружения составляют 2950 метров днем и 1480 метров ночью, дистанции распознавания 990 и 490 метров и идентификации 490 и 245 метров соответственно. Что касается ростовой мишени размерами 0,5x1,75 метра, представляющей человека, то эти цифры следующие: 1600 и 800 метров, 540 и 270 метров, 270 и 135 метров.

Совмещение каналов в системе FusionSight; справа комбинированное изображение
Система FusionSight включает цифровой компас, девятиосный блок инерциальных измерений и GPS. Питание осуществляется от литий-полимерного аккумулятора, позволяющего непрерывно работать до 7 часов. При использовании адаптера аккумулятор может быть заменен батарейками CR123 или АА. Без аккумулятора прибор весит 990 грамм. Система позволяет записывать снимки и видео, она также оборудована беспроводной системой связи и выходом HD-видео 25 кадров/с. Во второй половине 2016 года были проведены войсковые испытания системы в нескольких подразделениях французской армии. По их итогам было внесено несколько исправлений в программное обеспечение, в том числе и те, что направлены на улучшение человеко-машинного интерфейса. В компании Berlin назвали среди заказчиков французский флот и канадский департамент обороны, которые уже получили свои системы. Производство приборов продолжается, а в компании заявляют, что могут поставить их странам Евросоюза и НАТО в течение месяца и остальным заказчикам в течение трех месяцев.

На фото прицел FusionSight с двумя каналами; эта система была представлена компаниями Benin и Photonis на выставке Eurosatory 2016
Одним из последних изделий в сфере комбинированных систем является прибор Van Cat, показанный компанией Aselsan на выставке IDEF в Стамбуле в мае 2017 года. Он доступен в вариантах прицела и ручной камеры наблюдения. Поля зрения у этих приборов разные, тогда как сенсоры одинаковые: неохлаждаемый болометр формата 640x480 с пикселем 17 мкм и трубка усиления яркости (электронно-оптический преобразователь) поколения Gen 2+/Gen 3. Прицел Van Cat имеет на обоих каналах диагональное поле зрения 12,9° с увеличением х2 и электронным увеличением х2 и х4; изображение выводится на цветной OLED-дисплей размером 800x600, на котором также выводится перекрестье BDC (Bullet Drop Compensator - с компенсацией понижения траектории пули). Van Cat имеет функцию автоматической оптимизации изображения, оператор также способен переключать полярность теплового изображения с режима black-hot (режим отображения тепловой картины с индикацией горячих объектов чёрным цветом и холодных объектов белым цветом) в режим white-hot и обратно.

Новый комбинированный прицел Van Cat от компании Aselsan; также доступен ручной вариант для наблюдения с увеличением х1
Имеется входной разъем видео формата PAL, а также интерфейсы RS232 и Ethernet, также имеется функция захвата изображений и видео. Прицел может использоваться с наголовным дисплеем, связь между устройствами осуществляется по беспроводному каналу. Стандартная система имеет алюминиевый корпус и весит 1,1 кг с батареями, которые обеспечивают непрерывную работу до трех часов. Впрочем, чтобы сэкономить порядка 100 грамм, компания Aselsan может предоставить прицел в композитном корпусе. Что касается ручного варианта, то его более короткая оптика дает более широкое поле зрения 30,5° с увеличением х1. Стандартный вариант системы весит 750 грамм, также эта модель меньше по размерам, 90x80x180 мм против 225x135x100 мм у прицела VanCat. Эта система стала первым комбинированным оптронным устройством, разработанным компанией Aselsan, которая, тем не менее, получила за нее награду турецкого научного сообщества. В компании Aselsan планируют завершить квалификационный процесс и начать серийное производство системы в конце 2017 года.

Вариант прицела Van Cat от Aselsan показанный на выставке IDEF 2017; прицел имеет оптическое увеличение х2, к которому может быть добавлено электронное увеличение х2 или х4
На форуме «Будущих вооруженных сил» в Праге в октябре 2016 года британская компания Thermoteknix представила прототип своего монокуляра ночного видения FuseIR с новейшим неохлаждаемым тепловым сенсором MicroCAM 3 своей же разработки формата 384x288 с пикселем 17 мкм. Имея диаметр 36 мм и вес 30 грамм, он обеспечивает поле зрения 31° и отличается патентованной компанией Thermoteknix беззавторной технологией XTi Technology. Она позволяет получать непрерываемый обзор, кроме того, отсутствие движущихся частей повышает надежность и снижает энергопотребление. Канал усиления базируется на усилителе яркости изображения Photonis диаметром 16 мм с высокими характеристиками, имеющим поле зрения 40°. Прибор работает в четырех режимах: усиление яркости, тепловизионный, полностью совмещенный и повышение контраста. Дистанции обнаружения, распознавания и идентификации в тепловизионном режиме составляют соответственно 1075, 269 и 135 метров для мишени типа танк и 470, 115 и 60 метров для ростовой мишени. Размеры прибора FuseIR составляют 72,5x141,5x78,5 мм, вес 430 грамм с двумя батарейками АА, которые гарантируют шесть часов непрерывной работы. Система, не подпадающая под Правила международной торговли оружием, выпускается в ручной или нашлемной конфигурациях. В июне 2017 года Thermoteknix объявила о том, что FuseIR полностью готов к производству и первые поставки ожидаются в конце 2017 года. Позднее прибор был представлен на недавно прошедшей в Лондоне выставке DSEI. Стоит отметить, что компания Thermoteknix одной из первых разработала крепимый ИК-модуль ClipIR, весящий всего 150 грамм, который крепится впереди очков ночного видения или прицелов.

На фото сравнительные размеры монокуляра FuseIR разработки британской компании Thermoteknix; его вес составляет 430 грамм с батареями

Компания Thermoteknix разработала монокуляр FuseIR, позволяющий использовать преимущества комбинированных систем даже в конфигурации очков ночного видения
В 2014 году французская компания Thales представила свой комбинированный монокуляр ночного видения Minie-D/IR. Прибор весом 500 грамм, включая одну батарейку АА, выводит изображение на цветной SVGA-дисплей размером 800x600 в режимах «Полностью инфракрасный», «С заданной чувствительностью» или «Выделение контуров». Изображение генерируется двумя сенсорами: усилителем яркости поколения Gen II или Gen III и неохлаждаемым тепловизионным датчиком 336x256, работающим в диапазоне 7,5-13,5 мкм. Последний идет в виде модуля, который легко можно установить на стандартный прибор Minie-D. Было принято решение использовать цветной дисплей с тем, чтобы более точно интерпретировать комбинированное изображение. При работе в режиме усиления яркости батарей хватает на 40 часов работы, но в смешанном режиме это время сокращается до 2,5 часов. Доступен блок с пятью батарейками, что позволяет увеличить эти цифры до 150 и 18 часов соответственно. В настоящее время компания Thales разрабатывает Bonie-D/IR - комбинированный вариант своего ночного бинокуляра, представленного пару лет назад. Эта система может стать стандартным прибором ночного видения французской армии в рамках программы FELIN 2.0, которая в свою очередь входит в проект глобальной трансформации вооруженных сил Scorpion.

Компания Thales разработала ИК-модуль (вверху) специально для своего монокуляра Minie-D. На фото видно место подсоединения двух систем
Компания AIM Infrarot-Module расширяет характеристики своих устройств
В то время как большинство тепловизионных систем работают в средней (средневолновой) ИК-области спектра (MWIR) и в ближней (длинноволновой) ИК-области спектра (LWIR), соответственно 3-5 и 8-14 мкм, немецкая компания AIM Infrarot-Module разрабатывает крепимый прицел, работающий в диапазоне E-SWIR (Extended - Short Wave Infrared - расширенная, дальняя (коротковолновая) ИК-область спектра). Диапазон SWIR составляет от 0,9 до 1,7 мкм, однако, AIM разработала охлаждаемый датчик на ртутно-кадмиевом теллуриде, который обладает повышенной чувствительностью от 0,9 до 2,5 мкм без снижения характеристик. Это позволяет получить разрешение изображения близкое к разрешению трубки усиления яркости и повысить достоверность идентификации. Помимо того, что технология E-SWIR позволяет получить разрешение, существенно превышающее разрешение стандартных тепловизионных систем, она также дает еще одно громадное преимущество - способность видеть, что происходит за стеклянной поверхностью. Кроме того, система с такой технологией может видеть вблизи инфракрасных указателей, 1,06-мкм лазерных целеуказателей и 1,55-мкм лазерных дальномеров. На форуме в Праге был представлен опытный образец этой системы, все ее элементы были заключены в корпус прицельного комплекса Huntir Mk.2 этой же компании. Модель же корпуса в окончательном варианте была напечатана на 3Д принтере. Компания AIM планирует представить полноценную систему на выставке Milipol 2017, которая пройдет в ноябре в Париже. Окончательный вес системы вместе с батареями составит менее одного килограмма.

Крепимый тепловизор COTI американской компании Optics 1
Новый прибор диапазона SWIR из Штатов
Компания Optics 1, американское подразделение Vectronix, являющейся частью Safran Electronics & Defense (Safran group), имеет в своем каталоге три крепимых устройства, которые могут использоваться с приборами ночного видения. Оригинальное устройство COTI (Clip-On Thermal Imager - крепимый тепловизор) предназначено для крепления к ПВН, его микродисплей располагается впереди оптики очков, а изображение фокусируется в бесконечность. В нем используется неохлаждаемый микроболометр с матрицей формата 320x240, работающий в диапазоне 8-12 мкм. Вес с батарейкой CR123A, обеспечивающей 3 часа работы, составляет 150 грамм. Последним дополнением к каталогу Optics 1 является прибор E-COSI (Enhanced Clip-On SWIR Imager - улучшенный крепимый тепловизор дальней области спектра), который конструктивно схож с моделью COTI но его сенсор заменен датчиком SWIR, работающим в диапазоне 0,9-1,7 мкм. Благодаря этому E-COSI может использоваться для засечки лазерных указателей и целеуказателей во время дневных и ночных операций. Кроме того, был разработан вариант E-COSI See-Spot; он отличается увеличением х2 и может обнаруживать цели на дистанции до 2000 метров.
Автор: Николай Антонов
P.s. В статье небольшая неточность в определении диапазонов ИК. ИК поддиапазоны отсчитываются от видимого диапазона, поэтому SWIR (коротковолновый поддиапазон) - ближний ИК, а LWIR - дальний ИК.