Kada i ko je izumeo termovizijsku kameru

Avgust 11, 2022

Svijet u kojem živimo nije savršen. I čovjek na ovom svijetu stalno pokušava da ga poboljša i odredi svoje mjesto u njemu. Mjesto čiji vrh postoji samo u virtuelnom svijetu. Proučavajući problem, naučnici su vekovima išli na njegovo rešenje i, dostigavši ​​vrh, shvatili da je ovo samo međutačka, a ne pobeda. Čovek bez krila je oduvek sanjao da leti kao ptica. I leteo je, dizajnirajući avion. Dok je poleteo u vazduh, bio je užasnut – to je bilo samo podnožje Olimpa. Uostalom, iz aviona je bio bliži sanjanju o zvijezdama, a okean s visine bio je ogroman i isto toliko neistražen. Ovo je samo doprinijelo želji da se krene naprijed, uključujući da se vidi dalje, jasnije i bolje. Gledanje, poput mačke, u mraku i korištenje tuđe topline živog toplokrvnog organizma za otkrivanje treće, praktično stvarne "mačje vizije". Vizija se otvorila i otvara niz novih i neočekivanih rješenja u razvoju gotovo svake oblasti naučne djelatnosti. Ovo je samo početak dugog i beskrajnog putovanja. Put proučavanja i implementacije infracrvene, u narodu rečeno, termalne tehnologije, započeo je prije dva stoljeća. U nauci postoji složeno-jednostavna oznaka za zračenu toplotnu energiju, definisana kao "toplotni potpis". U principu, to je zato što čak i ako led emituje toplotnu energiju dok se objekat zagreva u proporciji, oslobađanje toplotne energije u infracrvenim talasima se povećava, što zmija može nepogrešivo osetiti. Ovo je najbolji primjer kako ova životinja, uočavajući temperaturnu razliku glodavaca, uspješno napada svoj plijen u potpunom mraku. Kako to radi?

Kada i ko je izmislio termoviziju
Početkom devetnaestog vijeka, astronom William Herschel, dok je tragao za rješenjem problema smanjenja svjetline sunčeve slike u teleskopima, otkrio je oslobađanje velike količine topline pri korištenju crvenog filtera. Kada se izmjeri, toplina se povećava u tamnom području izvan crvenog kraja spektra. Kada je ustanovljena tačka maksimuma, otkriveno je da je daleko izvan crvenog kraja spektra, sada poznatog kao "infracrveni talasni opseg". Ovo otkriće nazvao je termometrijski obim. Dalja istraživanja su pokazala da izvan ovog spektra postoji nevidljivi oblik svjetlosti, nazvan "nevidljivi zraci", koji je samo sedamdeset godina kasnije dobio sada već poznato ime "infracrveno". Inače, dobio je i prvi snimak termalne slike na papiru, koju je nazvao termografom. Krajem devetnaestog veka, američki naučnik Langley, izumeo je uređaj - bolometar, za merenje toplotnog zračenja. Bio je to prototip današnjeg vrlo osjetljivog termometra, koji je fokusirao infracrveno zračenje na ploče i mjerio električnu struju galvanometrom. Početkom dvadesetog veka, 1934. godine, mađarski fizičar Tihanyi izumeo je elektronsku televizijsku kameru osetljivu na infracrveno zračenje. Ovo je bila polazna tačka za aktivan razvoj noćnog vida. Od tada su uređaji za noćno osmatranje podijeljeni na generacije. Postepeno uvođenje svake generacije bilo je povezano sa povećanjem dometa posmatranja, poboljšanjem kvaliteta slike i smanjenjem težine i veličine uređaja. Kriterijum koji definiše novu generaciju je glavna komponenta uređaja - elektrooptički pretvarač, čija je suština da nevidljivo učini vidljivim povećanjem osvetljenosti.
Kako je nastala termalna slika
Početak je dala takozvana "nulta" generacija gdje je korišten optički pretvarač holandske kompanije Philips, nazvan po jednom od programera "Holst's glass". Fotokatoda i fosfor naneseni su na njihova dna u dvije ugnježđene čaše. Stvaranjem elektrostatičkog polja postigli su prijenos slike. Naime, u ovoj verziji oprema je funkcionirala isključivo obaveznim osvjetljavanjem objekta promatranja infracrvenim reflektorom. Iako je uređaj bio impresivnih dimenzija, veoma težak i lošeg kvaliteta slike, Britanci su 1942. godine započeli njegovu masovnu proizvodnju za potrebe vojske. Za četiri godine korišćenja ovog konvertera, aktivan je razvoj i proizvodnja noćnih nišana, dvogleda, i počeli su sistemi za tenkove i drugu opremu. Šezdesetih godina bilo je pokušaja da se proizvedu jednoelementni detektori koji su skenirali i stvarali linearne slike onoga što se vidi. Zbog visoke cijene projekta ova ideja nije realizovana.
Jednokaskadni uređaji ove generacije imaju više nedostataka nego plusa. U prvoj generaciji elektrooptičkog uređaja kao glavni element korištena je lomljiva staklena vakuumska sijalica sa fotokatodnom osjetljivošću. Ovaj uređaj je dao jasnu sliku u sredini i izobličio sve na ivicama. Sa bočnim ili prednjim izvorom jakog svjetla, instrument je praktično postao "slijep". Noću bez dodatnog infracrvenog osvjetljenja vidljivost je također bila gotovo nula. Šezdesetih godina, razvojem tehnologije optičkih vlakana, postalo je moguće poboljšati uređaje prve generacije, zamjenjujući ih uslovnim jedan plus. Ravno staklo zamijenjeno je pločom od optičkih vlakana, što je omogućilo prijenos slika s velikom jasnoćom, postizanje visoke rezolucije u cijelom kadru i eliminaciju odsjaja.
Sedamdesete godine obilježen je razvojem druge generacije uređaja. Američki istraživači opremili su uređaj pojačalom na bazi mikrokanalne ploče, gdje se elektroni u posebnoj komori višestruko pojačavaju, čime se postiže odličan vid. Zbog toga se druga generacija elektrooptičkog uređaja obično naziva inverterskim uređajem.
Ne postoji komora za raspršivanje u sljedećoj generaciji druge plus, koja se naziva planarna, i elektron ulazi direktno kroz ekran elektronsko-optičkog pretvarača. Uređaj je izgubio kvalitet slike, a istovremeno je brzina slike u infracrvenom režimu udvostručena. Inovacije su dodale kontrolu svjetline i zaštitu od bočnog i prednjeg svjetla. Ovi uređaji su pripadali profesionalnoj opremi.
Godine 1982. počelo je odbrojavanje treće generacije elektrooptičkih uređaja, različitih dizajna. Koristili su galijum, koji je povećao infracrvenu osetljivost za nekoliko puta. Uređaji ove generacije prepoznati su kao visokotehnološki i od velikog su interesa, prije svega, za vojno-industrijski kompleks. Zbog nepostojanja optičke ploče, treba napomenuti da uređaji četvrte generacije nisu zaštićeni od bočnog izlaganja svjetlosti. I cijenu. Uređaj ove generacije premašio je sve razumne tolerancije u razumijevanju formiranja troškova proizvođača.
Vjerovatno da bi se kompenzirali nedostaci uređaja i smanjila cijena, razvijen je uređaj SUPER dva plus generacije. Programeri su planirali da u ovoj opremi kombinuju tehnološke prednosti svih prethodnih generacija elektronsko-optičkog pretvarača. Rezultat je bila vrlo osjetljiva fotokatoda. Kao što stručnjaci priznaju, nema razlike između Super Two Plus i treće generacije. Osim cijene. Što se tiče cijene, Super Two Plus odgovara cijeni prosječnog budžetskog automobila.
Prve aplikacije
Početkom 1930. godine njemački naučnici su aktivno istraživali efekte toplotnog zračenja na poluvodiče. Kao rezultat toga, razvijeni su osjetljivi prijemnici zračenja, koji su odigrali ključnu ulogu u razvoju brojnih infracrvenih sistema, proizvedenih do četiri hiljade svakog mjeseca, za vojnu industriju. Najuspješniji 1930-ih bili su Amerikanci, koji su stvorili opremu za vožnju tenkova noću i noćne nišane za brodove. Godine 1941. britanska mornarica počela je opremati plovila uređajima za noćno osmatranje zasnovanim na optičkim pretvaračima slike, koji su pomogli čamcima da se vrate u matičnu bazu u mraku. Uz njihovu pomoć, čamci koji su se vraćali nakon napada pronašli su bazni brod pored njegovih signalnih svjetala. Gotovo u isto vrijeme, njemačka vojska je bila opremljena infracrvenom opremom za noćnu vožnju tenkova, noćnim nišanima i sistemima za identifikaciju aviona. Na primjer, noću, kada je koristio farove od dvije stotine vati na rezervoarima zatvorenim infracrvenim filterom, vozač je mogao vidjeti ogromne prepreke udaljene skoro dvije stotine metara, a nišan za pušku djelotvorno je radio do sto metara. Početkom šezdesetih, švedska kompanija AGA razvila je infracrveni termovizir za vojsku, čiji su kasniji modeli za infracrvenu sliku dugi niz godina bili najbolji na svijetu. Kada su se sredinom devedesetih spojila tri najveća infracrvena proizvođača, američke kompanije FLIR i Inframetrics i švedski AGEMA Infrared Systems, počela je nova faza termovizije. Danas je FLIR Systems, američka kompanija, najveći svjetski proizvođač komercijalnih termovizijskih kamera za naučna istraživanja, industriju i poljoprivredu, industriju i poljoprivredu, nadzor objekata u zraku i noćni vid.