Наиболее простой метод повышения качества картинки - снижение темновых токов, это либо делается на уровне базовых технологий, которые ФТИ успешно слил во Францию а далее на англо-французскую Талес, либо некоторыми схемотехническими ухищрениями при работе с непосредственно каждым пикселом либо, более доступным, а главное быстрым - охлаждением матрицы. Охлаждение матрицы вплоть до криогенных температур для снижения темновых токов приводящих к зашумливанию и как следствие к плохому качеству изображения - типичный приём занимающихся астрофотографией. Самое простое что приходит на ум - 3-4 каскадная система пельтье - в Питере благо есть один из ведущих в мире разработчиков и цена/качество их изделий среди экспериментаторов довольно известна - они приличные доступные по цене изделия выпускают. Можно конечно и стирлинг малый поставить для холодильной машинки как на спутнике - но позволят ли габариты неясно.
Есть ещё вариант - ставить бачок с азотом жидким, иногда хватает и сухого льда, и подавать на испаритель на коий матрица прижата плотно или с контактом.
При всех вариантах окно входящее разумеется должно иметь теплоизоляцию, обычно вакуумную часто двойную или тройную когда с жидким гелием с образцами возился.
Пример того как влияют шум матрицы на получаемое изображение, судя по кадрам вертолёт Ка-52, тип матрицы мне неизвестен:
https://videon.img.ria.ru/Out/FlvHi/20220505/2022_05_05_VertoletynochMORIA16x9_pcmxlt2y.vkj.mp4
Виден шум и низкая контрастность применяемого прибора наблюдения.
В целом на будущее надо другую базу иметь и заниматься в т.ч. культурой производства как и разработкой разных методов получения изображения ночью. Для дронов роевых доступны методы недоступные для крупных дронов и для пилотируемой техники. Кроме того, что такие системы могут быть выполнены трудноуничтожимыми, они ещё могут и доставлять дополнительную информацию, Это не рамановский лидар, это было бы идеально в ряде случаев но дорого, много проще можно иметь прибор способный выявлять высокие концентрации, скажем с только что стрелявшего блока стволов РСЗО видимо до первых километров при определённых режимах работы, как и то где она прячется. Как применять это на сосредоточенной техники без риска её поражения идей нет. Дронами надо заниматься массовыми на них и это и многое другое можно реализовать что ни на чём ином невозможно.
Есть ещё некоторые техники позволяющие при имеющемся не очень техническом уровне повысить качество изображения тепловизионной и иной техники. Я не видел ни разу на фото-видео рекламных и в Сети чтобы кто-то пользовался. Похоже что все деньги идут генподрядчикам, так же и ТЗ с ТТХ составляется не на пределе возможностей время то было как и деньги а на то чтобы принять проект, чтобы он менее всего чиновникам создавал проблем. Проблемы потом как с этим пользоваться начинаются.
Вообще есть матрицы при должной работе с коими, при сверхсветосильных объективах и защитой от облучения и прочим в ряде случаем ПНВ не очень то и нужен. 2+ ЭОП как тузик грелку крыть должно.
Есть ещё момент - разное число пикселов. На "апаче" стояли уже давно два тепловизора один собственно пилота второй оператора вооружений как понял. Так вот второй имел опитческое увеличение. Создаётся впечатление что нет у того прибора через который идёт фиксация поражения оптического увеличения. Если заметил я американцы и прочие безусловно заметили - это по Сирии ещё лет 7 назад видно было. Такие прорехи могут использоваться для атак дронами и мелкими наземными роботами которые малоконтрастны и 1-2 пиксела без полноценного оптического увеличения могут занимать. Плохое разрешение также можно частично компенсировать сканированием понимая что при этом будет падать опять же чувствительность но тут есть некоторые техники позволяющие уйти от проблем. Можно имея несколько млн рублей создать прибор который на Западе будет стоить дороже миллионов долларов. Я знаю что линзы на такую длину волны недёшевы, вместе с тем зеркальный объектив собрать не представляет сложности. Заодно можно играть с длинами волн детектором принимаемых. Это дополнительная информация которая на западных тепловизионных и просто наблюдательных приборах по тому что виду на картинках видео - игнорируется или обрабатывается без должной глубины синтеза изображений. Т.е. это про то как на кривой козе объехать более совершенные матрицы. Стоит отметить что получение многомегапиксельного и тем более гигапиксельного без сканирования или десятков камер изображения возможно но связано с рядом технических трудностей как и пониженной чувствительностью Правильнее её было бы использовать для съёмки малоподвижных объектов, хотя и подвижные можно вычленять известными способами. В США были работы по "глазам паука" со сканирующей дрожанием матрицами - один из вариантов.
Заодно можно иметь защиту не просто от ослепителя, но от ослепителя импульсного на условно 10нс, типа тех что применяют в дешёвых лазерах с модулированной добротностью (Q-switch) пропустят. С синхронизацией мод малопикосекундные пропустят любые почти затворы защиты оптики, при этом стоит учесть - это на Западе дорогая техника которая наверняка быстро в тепловизорах и прочих приборах наблюдения не появится. Для и пико- и тем более фемтосекундных (там есть ещё ряд проблем связанных с физическими теоретическими ограничениями пучка) лазеры такие намного дороже и, как следствие, их появление на поле боя у противника наименее вероятно. Хотя с год назад демонстрировали подвес под истребители именно с таким лазером - вероятно появление у США их в количестве условно 200штук. Скоро вряд ли как и дальность действия будет ограничена. В первую очередь разрабатывались такие против зенитных и воздух-воздух ракет с ИК/УФ наведением. От наведения через рой такие как и РЭБ любые спасать не будут. Частично, для хорошей погоды, подобные могут быть реализованы в спутниковых сетях англосаксов.
Часть тонкостей намеренно опущены в статье.
Автор заметки: Владислав Лебедев (с)
#тепловизионноеизображение, #повышениекачестваизображения, #темновыетоки, #низкаячувствительность, #слабаяконтрастность, #защитатепловизоровотлазерногоизлучения
Технологическая отсталость вызывает потери и слабую эффективность действия в ряде условий.
Для дронов потребны будут десятки тысяч -первые сотни тысяч комплектов таких многослойных сэндвичей из пельтье.
Комментарии
Склодовская - вряд ли - руду она сама перебирала руками. Отчего и померла. Удивился что так долго прожила.
Пельтье - удобная игрушка, но и изрядная фигня - малый ресурс, плохая стойкость к механическим воздействиям, необходимость отвода тепла, серьезное потребление для мобильных применений. Этой теме сто лет уже - ребята молодцы, что делают, штука полезная, но ничего нового они там не откроют и никаких супердостижений не будет, хотя тоже кто-то должен делать. Тактическим дронам эта хрень в таком виде не нужна - нужен вылизанный в технологиях, хорошо откалиброванный по однородности дешевый и миниатюрный неохлаждаемый мегапиксельный приемник на 8-14мкм с хорошим объективом с переменным фокусом. И, может, небольшим встроенным одностадийным пельтье. И какие нафиг сверхсветосильные объективы - кто эти десятки килограмм стекла или германия таскать будет на дронах.
ЗЫ. На картинке вообще-то не столько шум фотоприемника, сколько изувеченный видеосигнал, объект вообще не виден, но оператор то его видел, раз ухнул, т.е. изображения отличались и глаз тоже умеет кое что.
Ресурс - ГОДЫ. Если не бить. В пистолетных ППД они самые стоят. А я ещё застал времена когда были с заливаемыми мини-дюарами. Я лично жидкий азот применял и применять собираюсь тогда как понимаю что есть условия когда пельтье безальтернативен. Ну почти :-).
Разница охлаждаемый или нет минимум 10 раз по чувствительности. Также контрастность и прочее. Я исхожу из ого что на вертолёт ставят хрень которую я бы не поставил даже на дрон.
Масса с охлаждением может быть у стабилизируемой массы всего сотни грамм.
В случае контрастного изображения разницы нет но если малоконстрастное будет огромная разница - между тем увидит пилот или нет.
Вы можете много чего делать, но обойти законы физики твёрдого тела для полупроводников не получится. Если у вас шум большой надо охлаждать. Это разница в КЛАССЕ вашего тепловизора и возможностях наблюдения, конечной ценности изделия для его применяющего. Можно легче чем пельтье но это другие системы со своими специфическими проблемами.
Скажем чуть честнее - до нескольких лет эксплуатации. С неприятной привычкой отказать в самый неподходящий момент, чего уважающий себя дюар никогда бы не позволил. Нет на Пельтье приличных стандартов по испытаниям для обеспечения надежности как под кремний. Стирлинг - сила, а для массовки даже неохлаждаемый оксид ванадия прокатит - вроде как получилось уже у врагов эффективной шумовой температуры добиться в 20-30 мК.
Зависит от условий эксплуатации. Расколошматить всё можно а полупроводниковые деградации подвержены и мой преподаватель Сидоров в Политехе лет 35 назад разработал систему позволяющую определять как быстро будет деградировать полупроводниковый прибор со временем, в частности светодиоды кажется. Думаю модифицированный и для пельте покатил бы.
В РФ никто его методом не заинтересовался. Как результат скотского отношения к производству сначала были с неработающими светодиодами матрицы светофоров "Светлана-оптоэлектроника", я был на производстве и знаю что это вина управленцев и их отношения к вверенному им объекту управления - они не соответствовали ни одного дня ему. .
Знакомые мне модули Пельтьё имели и наработку по 20 лет. Нет проблемы с ресурсом. Есть проблемы с качеством и эксплуатацией.
Последнее - самое важное. Равномерность механических нагрузок и отсутствие ударов.
...но обойти законы физики твёрдого тела для полупроводников не получится...
Отличие инженера-изобретателя от инженера-конструктора в том, что он находит решение проблемы, не нарушая законов природы. Просто по другим законам. По крайне мере 40 приёмов известно.
Флаг в руки. Я не настаиваю.
Перспективный чат детектед! Сим повелеваю - внести запись в реестр самых обсуждаемых за последние 4 часа.
Для сравнения картинки.
Тепловизор производства FLIR (Швеция) на вертолете Апач. Съемка с высоты порядка 1-1,5 км, ночью, уничтожение лагеря Талибан.
На ютуб загрузить не могу, его сразу удаляют из-за "сцен жестокости", поэтому, кто хочет посмотреть, то просто ссылка на яндекс диск - https://disk.yandex.ru/i/I8e-MWgGsuVDLw
Смотрел - разница разительна.
Касаемо апачевской там ДВЕ системы и смотрели как раз в ту что с увеличением оптическим.
"PNVS размещена в поворотном «блинчике с глазком» в верхней части. Здесь размещен датчик FLIR — инфракрасной системы переднего обзора. TADS же находится в горизонтальном «бочонке» ниже и состоит из двух половинок: «дневной» левой (с двумя «глазками» — телевизионной оптики и лазерного дальномера) и «ночной» правой — с датчиком FLIR, подобным PNVS, но с возможностью увеличения изображения в трех масштабах. «Бочонок» способен поворачиваться на 120° влево/вправо и от +30° до —60° вверх/вниз. Часть аппаратуры TADS/PNVS находится также в боковых контейнерах фюзеляжа.
Основное назначение PNVS —обеспечить полет в ночных условиях. Система не имеет возможности увеличивать изображение, но выдает практически панорамную картинку передней полусферы либо на видеодисплеи в центре приборных досок пилота и стрелка, либо прямо им на шлемы. В «глазок» на шлемах поступают и основные параметры полета (скорость, высота и пр.), так что нет необходимости смотреть на приборы и боевой вылет сводится к «выглядыванию в окошки». Синхронно с движением головы пилота поворачиваются и датчики PNVS (скорость вращения — 120°/сек). Аналогичная видеокартинка поступает на «глазок» оператора и в случае обнаружения цели достаточно просто дать ему сигнал на включение системы TADS После «захвата» цели TADS стрелок отслеживает ее автоматически либо с ручной коррекцией (если объект временами исчезает за укрытиями) с помощью оптической, телевизионной (днем) либо ИК (ночью) аппаратуры, вувеличенном масштабе (от 3,5 до 16 раз) и с усилением сигнала. Лазерный же дальномер/прицел выдает расстояние до цели и «подсвечивает» ее. После сближения с объектом на дальность действительной стрельбы и выбора оружия цель поражается либо самостоятельно(«Хеллфайром», НУР или пушкой), либо «подсвечивается» лазерным лучом для наведения ПТУР, выпущенной другим вертолетом.
Разработчиком TADS/PNVS является фирма Мартин-Мариетта. Система не имеет равных сразу по двум параметрам —эффективности и ...стоимости: 890 тыс. $ "
Замечу это ТЕХ долларов.
Даа, мильён баксов это не слабо. При том, что весь Апач стоит 15. И это сейчас.
75+ за хорошую версию
Ещё из своей "фильмотеки"
Съемки с нижнетагильской выставки вооружений. Тепловизор с матрицей на 640 элементов, болометрический, неохлаждаемый. Матрица французская, насколько помню
Хорошо заметна аэродинамический нагрев обшивки истребителей на низких высотах. Самолет светится просто как маленькое солнышко. Для понимания что "видит" ГСН пзрк Стинера или Иглы
А вот тут съёмка постановки дымовой завесы танком. И одновременная съемка обычной камерой. Видно, что дым никак не закрывает видимость в инфракрасном спектре
В рамановском лидаре за ними будут на десятки км тянуться шлейфы. Есть и другие способы, например неоднородности атмосферы выдают ЛЮБУЮ крупную технику с потрохами. Стелс физически невозможен для некоторых видов наблюдения.
Нижний скорее не тепловизор а камера работающая в ближнем ИК. Такие тоже полезны и заметно дешевле могут быть +работа в окнах прозрачности пара водяного. В принципе до 3,5-4 есть. Т.е. уже к тепловизорам и можно малой кровью не по цене тепловизионных выпускать в сериии не ниже 50 тысяч штук в год при общей в сотни тысяч гарантированном оплаченном заказе. Менее чувствительные но широкодиапазонные, до 30мкм в 2000 году оценивал в те 70-100 долл/шт МП класса матрица себестоимостьи 0,5-1мкм техпроцесс, как покатит и параметры, мне хотелось иметь фильтрацию для КАЖДОГО пиксела. .
Хм... а нужно ли охлаждать? Я, например, помню, что когда проводил эксперименты с сегнетоэлектриками, то запомнил тот факт, что наиболее высокая чувствительность у образца к изменению температуры наблюдается вблизи точки Кюри, а не при охлаждении ниже нуля. Ну, во всяком случае для ДТГС. Что-то порядка 58 градусов. Возможно, стоит подумать об изменении элементной базы болометров.
А какая разница, охлаждать или термостабилизировать?
Ну, как правило, холодильник - более громоздкое устройство, нежели нагреватель. Но, тут речь не столько про охлаждение/нагревание, сколько про возможность использования нелинейных элементов (пироэлектриков) в температурном диапазоне их максимальной чувствительности.
Для пельтё это одно и тоже, единственная разница - борьба с конденсатом.
Ну, если холод отводится вовне, а элемент Пельтье используется, как нагреватель, то пофиг. Пусть конденсируется себе на здоровье.
Пусть, да не пусть, когда снаружи около нуля.
Получить -50-120С легко при 0-20С.
Простые для охлаждения на кондитерском производстве применяются и это СЕРИЙНАЯ продукция.
Вообще многоступенчатые имеют КПД сравнимый с пельтье и даже ниже, но ещё и шум+вибрации имеют и габариты не такие малые - нужны для некоторых узких применений.
Если проектировать умеете и считать - можете рассчитать сами и сделать. 3Д принтером это всего несколько деталей. Нагрев горячей части видимо до 60-70 будет так что учтите материалы.
Не одно и то же - КПД холодильника в десятки а у чиллеров на 25-30% мощности и малой дельте - сотни раз выше может быть как теплового насоса.
У вас при понижении температуры полупроводника падает ряд шумов. Кстати не только у половпроводников. Лучше всего понятно гелиевые +размагничиванием солей температуры - у десятков милликельвинов совсем хорошо по шумам но там есть свои "квантовые" проблемы.
Как один извариантов - годно но у вас при температуре под 340К будут свои шумы неизбежно высоки. На полупроводниках как минимум. С некоторыеми прочими эксперименты были и давали обычно в 100-10000 раз ниже чувствительность.
Ещё у них новые ПНВ поступили войска, или проходят испытания ли. Оконтуривают яркой линией предметы, людей и не засвечиваются при световых вспышках, выстрелов, взрывов.
Ну в нашем случае я бы предпочёл оптическую обработку изображения до матрицы. Советская традиция.
У меня холодильник был в офисе на элементах пельтье. Шиваки. Не морозил, но просто охлаждал, а вентиляторы две штуки шумели как на компе. Года 4 проработал. Сгорел. Попробовал замену, не пошло. Вроде работает, но не даёт нужную температуру. Подозреваю, что на плате ещё что-то из режима вышло. Не стал дальше разбираться.
Дорогой охладитель, не стоит применять для такого.
ПОДОБНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ ЛЬДА НА ЩЕПКАХ ИЛИ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ В 1920-30-Х РАБОТАЛИ.
СОРБЦИОННЫЙ ХОЛОДИЛЬНИК МОРОЗКО-3М:
Вместо электричества можно ЛЮБОЙ источник тепла применять для того что бы оно работало.
Страницы