Kada ir kas išrado terminio vaizdo kamerą

Rugpjūtis 11, 2022

Pasaulis, kuriame gyvename, nėra tobulas. O žmogus šiame pasaulyje nuolat stengiasi jį tobulinti ir apibrėžti savo vietą jame. Vieta, kurios viršūnė egzistuoja tik virtualiame pasaulyje. Tyrinėdami problemą, mokslininkai šimtmečius ieškojo jos sprendimo ir, pasiekę viršūnę, suprato, kad tai tik tarpinis taškas, o ne pergalė. Žmogus be sparnų visada svajojo skristi kaip paukštis. Ir jis skrido, suprojektavęs lėktuvą. Kylant į orą jis buvo pasibaisėjęs – tai buvo tik Olimpo papėdė. Juk iš lėktuvo jam buvo arčiau svajonės apie žvaigždes, o vandenynas iš aukščio buvo didžiulis ir toks pat neištirtas. Tai tik padidino norą judėti į priekį, įskaitant pamatyti toliau, aiškiau ir geriau. Matyti, kaip katę, tamsoje ir panaudoti kažkieno gyvo šiltakraujo organizmo šilumą, kad atrastų trečią, praktiškai tikrą „katės regėjimą“. Vizija atsivėrė ir atveria galybę naujų ir netikėtų sprendimų plėtojant kone kiekvieną mokslo veiklos sritį. Tai tik ilgos ir nesibaigiančios kelionės pradžia. Infraraudonųjų spindulių, paprastai tariant, šiluminės technologijos, tyrimo ir diegimo kelias prasidėjo prieš du šimtmečius. Moksle yra sudėtingas-paprastas spinduliuojamos šiluminės energijos pavadinimas, apibrėžiamas kaip "šilumos ženklas". Iš esmės taip yra todėl, kad net jei ledas išskiria šiluminę energiją objektui proporcingai šildant, padidėja šiluminės energijos išsiskyrimas infraraudonųjų spindulių bangomis, o tai gyvatė gali neabejotinai pajusti. Tai geriausias pavyzdys, kaip šis gyvūnas, įžvelgdamas graužikų temperatūrų skirtumą, sėkmingai atakuoja savo grobį visiškoje tamsoje. Kaip tai veikia?

Kada ir kas išrado terminį vaizdą
Devyniolikto amžiaus pradžioje astronomas Williamas Herschelis, ieškodamas saulės vaizdo ryškumo mažinimo teleskopuose problemos sprendimo, atrado, kad naudojant raudoną filtrą išsiskiria didelis šilumos kiekis. Matuojant šiluma padidėjo tamsiajame regione už raudonojo spektro galo. Kai buvo nustatytas maksimumo taškas, buvo nustatyta, kad jis yra toli už raudonojo spektro galo, dabar žinomo kaip „infraraudonųjų bangų diapazonas“. Šį atradimą jis pavadino termometrine apimtimi. Tolesni tyrimai parodė, kad už šio spektro yra nematoma šviesos forma, vadinama „nematomais spinduliais“, kuri tik po septyniasdešimties metų gavo dabar žinomą „infraraudonųjų spindulių“ pavadinimą. Beje, jis gavo ir pirmąjį termovaizdo įrašą popieriuje, kurį pavadino termografu. Devynioliktojo amžiaus pabaigoje amerikiečių mokslininkas Langley išrado prietaisą – bolometrą, skirtą šiluminei spinduliuotei matuoti. Tai buvo šiandieninio labai jautraus termometro prototipas, kuris fokusavo infraraudonąją spinduliuotę į plokštes ir galvanometru matavo elektros srovę. XX amžiaus pradžioje, 1934 m., vengrų fizikas Tihanyi išrado elektroninę televizijos kamerą, jautrią infraraudoniesiems spinduliams. Tai buvo atspirties taškas aktyviam naktinio matymo vystymuisi. Nuo to laiko naktinio matymo prietaisai buvo skirstomi į kartas. Laipsniškas kiekvienos kartos įvedimas buvo susijęs su stebėjimo diapazono didėjimu, vaizdo kokybės gerinimu ir prietaisų svorio bei dydžio sumažinimu. Naują kartą apibrėžiantis kriterijus yra pagrindinis įrenginio komponentas – elektrooptinis keitiklis, kurio esmė – didinant ryškumą padaryti nematomą matomą.
Kaip gimė terminis vaizdas
Startą davė vadinamoji „nulinė“ karta, kurioje buvo naudojamas Olandijos kompanijos „Philips“ optinis keitiklis, pavadintas vieno iš kūrėjų „Holsto stiklu“ vardu. Fotokatodas ir fosforas buvo uždėti ant jų dugno dviejose įdėtose stiklinėse. Sukūrę elektrostatinį lauką, jie pasiekė vaizdo perdavimą. Tiesą sakant, šioje versijoje įranga veikė tik privalomai apšviesdama stebėjimo objektą infraraudonųjų spindulių prožektoriumi. Nors aparatas buvo įspūdingo dydžio, labai sunkus ir prastos vaizdo kokybės, masinę jo gamybą kariuomenės reikmėms britai pradėjo 1942 m. Per ketverius šio keitiklio naudojimo metus buvo aktyviai kuriami ir gaminami naktiniai taikikliai, žiūronai, ir prasidėjo cisternų ir kitos įrangos sistemos. Šeštajame dešimtmetyje buvo bandoma gaminti vieno elemento detektorius, kurie skenuodavo ir sukurdavo linijinius to, kas matyta, vaizdus. Dėl didelės projekto kainos ši idėja nebuvo įgyvendinta.
Šios kartos vienos kaskados įrenginiai turi daugiau trūkumų nei pliusų. Pirmosios kartos elektrooptiniame įrenginyje kaip pagrindinis elementas buvo naudojama trapi stiklinė vakuuminė lemputė su fotokatodo jautrumu. Šis prietaisas suteikė aiškų vaizdą centre ir iškraipė viską kraštuose. Turėdamas šoninį arba priekinį ryškios šviesos šaltinį, instrumentas praktiškai tapo „aklas“. Naktį be papildomo infraraudonųjų spindulių apšvietimo matomumas taip pat buvo beveik nulis. Šeštajame dešimtmetyje, tobulėjant šviesolaidinėms technologijoms, atsirado galimybė patobulinti pirmosios kartos įrenginius, pakeičiant juos sąlyginiu vienu pliusu. Plokščias stiklas buvo pakeistas šviesolaidine plokšte, kuri leido perduoti vaizdus labai aiškiai, gauti didelę raišką visame kadre ir pašalinti akinimą.
Aštuntasis dešimtmetis pasižymėjo antrosios kartos prietaisų kūrimu. Amerikiečių mokslininkai įrenginyje įrengė stiprintuvą, pagrįstą mikrokanalų plokštele, kur specialioje kameroje esantys elektronai sustiprinami daug kartų ir taip gaunamas puikus regėjimas. Dėl šios priežasties antrosios kartos elektrooptinis įrenginys paprastai vadinamas keitikliu.
Kitoje antroje plius kartoje, vadinamoje plokštumoje, nėra išsklaidymo kameros, o elektronas patenka tiesiai per elektroninio optinio konverterio ekraną. Įrenginys prarado vaizdo kokybę, o tuo pačiu metu vaizdo greitis infraraudonųjų spindulių režimu buvo dvigubai didesnis. Naujovės papildė ryškumo valdymą ir apsaugą nuo šoninių ir priekinių šviesų. Šie įrenginiai priklausė profesionaliai įrangai.
1982 m. prasidėjo trečios kartos elektrooptinių prietaisų, skirtingų dizaino, skaičiavimas. Jie naudojo galį, kuris kelis kartus padidino infraraudonųjų spindulių jautrumą. Šios kartos įrenginiai yra pripažinti aukštųjų technologijų ir ypač domina karinį-pramoninį kompleksą. Kadangi nėra šviesolaidinės plokštės, reikia pažymėti, kad ketvirtos kartos įrenginiai nėra apsaugoti nuo šoninės šviesos poveikio. Ir kaina. Šios kartos prietaisas pranoko visas pagrįstas gamintojo sąnaudų formavimo leistinas nuokrypas.
Tikriausiai siekiant kompensuoti įrenginio trūkumus ir sumažinti savikainą, buvo sukurtas SUPER du plius kartos įrenginys. Kūrėjai numatė šioje įrangoje sujungti visų ankstesnių kartų elektroninio optinio keitiklio technologinius pranašumus. Rezultatas buvo labai jautrus fotokatodas. Kaip pripažįsta specialistai, „Super Two Plus“ ir trečiosios kartos skirtumo nėra. Išskyrus kainą. Kalbant apie kainą, Super Two Plus atitinka vidutinio biudžeto automobilio kainą.
Pirmosios paraiškos
1930 metų pradžioje vokiečių mokslininkai aktyviai tyrė šiluminės spinduliuotės poveikį puslaidininkiams. Dėl to buvo sukurti jautrūs spinduliuotės imtuvai, kurie vaidino esminį vaidmenį kuriant daugybę infraraudonųjų spindulių sistemų, kurių kas mėnesį pagaminama iki keturių tūkstančių karinės pramonės reikmėms. Sėkmingiausi 1930-aisiais buvo amerikiečiai, sukūrę tankų vairavimo įrangą naktį ir naktinius laivų taikiklius. 1941 m. Didžiosios Britanijos laivynas pradėjo aprūpinti laivus naktinio matymo prietaisais, paremtais optiniais vaizdo keitikliais, kurie padėjo valtims grįžti į savo bazę tamsoje. Su jų pagalba po atakos grįžusios valtys bazinį laivą rado pagal jo signalines lemputes. Beveik tuo pačiu metu Vokietijos kariuomenė buvo aprūpinta infraraudonųjų spindulių įranga, skirta tankams vairuoti naktį, naktinių šautuvų taikikliais, orlaivių identifikavimo sistemomis. Pavyzdžiui, naktį, naudojant dviejų šimtų vatų priekinius žibintus ant cisternų, uždarytų infraraudonųjų spindulių filtru, vairuotojas beveik už dviejų šimtų metrų matydavo milžiniškas kliūtis, o šautuvo taikiklis efektyviai veikė iki šimto metrų. Šeštojo dešimtmečio pradžioje Švedijos kompanija AGA sukūrė infraraudonųjų spindulių termovizorių kariuomenei, kurio vėlesni infraraudonųjų spindulių vaizdavimo modeliai daugelį metų buvo geriausi pasaulyje. Dešimtojo dešimtmečio viduryje susijungus trims didžiausiems infraraudonųjų spindulių gamintojams – Amerikos bendrovėms FLIR ir Inframetrics bei Švedijos AGEMA Infrared Systems, prasidėjo naujas terminio vaizdavimo etapas. Šiandien FLIR Systems, amerikiečių kompanija, yra didžiausia pasaulyje komercinių terminio vaizdo kamerų, skirtų moksliniams tyrimams, pramonei ir žemės ūkiui, pramonei ir žemės ūkiui, ore esančių objektų stebėjimui ir naktiniam matymui, gamintoja.