Как это работает. Тепловизор

Как устроен тепловизор, чем он отличается от приборов ночного видения и как «видит» в полной темноте

Сегодня без тепловизоров − приборов, фиксирующих тепловое излучение − уже сложно представить многие области промышленности и военное дело. Они помогают нам улучшить наше несовершенное зрение, видеть больше, дальше и лучше. 

Одни из крупнейших разработчиков и производителей тепловизионных устройств в России –холдинги «Росэлектроника» и «Швабе», входящие в состав Госкорпорации Ростех. Рассказываем, как устроен тепловизор, чем он отличается от приборов ночного видения и как «видит» в полной темноте.

Как увидеть тепло

В 1800 году астроном Фридрих Вильгельм Гершель во время экспериментов с преломлением света обнаружил, что существует спектр, не видимый для человеческого глаза, который он назвал инфракрасным излучением. Позже было доказано, что все тела, чья температура отличается от нуля, излучают электромагнитное тепловое излучение.

Но может ли человеческий глаз увидеть его? Конечно! Например, без сомнения теплое Солнце, которое отлично видно невооруженным глазом. А для того, чтобы видеть в темноте и обнаруживать через преграды объекты не такие горячие, как Солнце, человечество изобрело тепловизоры – устройства, увеличивающие возможности нашего зрения и позволяющие видеть даже малейшее проявление тепла.

Первые приборы, визуализирующие температуру объектов, появились в 20-е годы прошлого века. Например, такое устройство, как эвапорограф, работало на принципе неравномерного испарения или конденсации вещества на пленке, при этом получалось рельефное изображение объекта. Затем, уже в 1940-е годы, появились термографические камеры, также передававшие изображение на пленку. И наконец, в 1960-е годы появляются технологии, позволяющие создавать тепловизоры, работающие в реальном времени. Изначально тепловизионные устройства разрабатывались в интересах военных, а в 1965 году был продан первый коммерческий тепловизор для мониторинга высоковольтных линий электропередач.

Устройство тепловизора

Тепловая оптика устроена очень похоже на обычную оптику и работает по схожим принципам. Главное отличие – в материале стекла. Обычное стекло не пропускает сквозь себя волны инфракрасного спектра. Поэтому линзы для тепловизоров делаются с применением специальных материалов, пропускающих ИК-лучи, чаще всего – из довольно дорогого германия.

Интересна технология получения линз из германия. Полуметалл сперва расплавляется в печи, затем кристаллизуется на специальном стержне до кристалла нужного размера и разрезается на заготовки, которые после превращаются в линзы. В России есть собственные месторождения и производство этого стратегически важного вещества.

Теплотелевизионный регистратор производства Лыткаринского завода оптического стекла (ЛЗОС) холдинга «Швабе»  

Детектор, улавливающий инфракрасное излучение и преобразующий его в информацию – еще более сложное в производстве устройство. Как и в обычном фотоаппарате, он состоит из чувствительной матрицы и блока электроники, обрабатывающего сигнал. Посредством системы линз ИК-излучение подается на матрицу, покрытую датчиками. Затем процессор преобразует данные в видеосигнал и подает на экран устройства.

По сравнению с приборами ночного видения, тепловизор − более универсальное, хотя и более сложное устройство. Прибор ночного видения формирует изображение на основании отраженного от объекта света, то есть черную кошку в полностью темной, изолированной комнате вы с его помощью не найдете, а с помощью тепловизора – запросто.

Игра в «холодно-горячо» по-взрослому

Тепловизоры позволяют заглянуть внутрь предметов без непосредственного физического контакта, находить отклонения от нормальной температуры. И эта способность оказалась очень востребованной для проведения так называемого неразрушающего контроля, когда объект изучается без его разделения на элементы, а чаще всего и без приостановки рабочих процессов, в которых объект участвует.

Видеть сквозь предметы, наблюдать за изменением температуры, находить утечки тепла полезно в самых разных областях промышленности и науки. В энергетике, на производстве, в строительстве тепловизоры помогают в работе и предотвращают техногенные катастрофы, а спасатели с их помощью ищут людей в завалах. Свое применение они нашли даже в медицине, где по динамике температуры отдельных органов можно обнаруживать злокачественные новообразования. Незаменимы тепловизоры и для охотников, причем не только ночью, но и днем.

И все же главным заказчиком тепловизионной техники по-прежнему остаются силовые ведомства. Тепловизоры устанавливаются на личное оружие, бронетехнику, самолеты, корабли, включаются в системы наблюдения, входят в комплекты «умной» экипировки. Все это позволяет обнаруживать злоумышленников и следы их деятельности независимо от времени суток и погодных условий.