Kada i tko je izumio termovizijsku kameru

Kolovoz 11, 2022

Svijet u kojem živimo nije savršen. A čovjek u ovom svijetu stalno ga pokušava poboljšati i definirati svoje mjesto u njemu. Mjesto čiji vrh postoji samo u virtualnom svijetu. Proučavajući problem, znanstvenici su stoljećima išli do njegovog rješenja i, dostigavši ​​vrh, shvatili da je to samo međutočka, a ne pobjeda. Čovjek bez krila uvijek je sanjao da leti poput ptice. I letio je, dizajniravši avion. Dok je poletio u zrak, bio je užasnut - bilo je to samo podnožje Olimpa. Uostalom, iz aviona je bio bliži sanjanju o zvijezdama, a ocean s visine bio je golem i jednako neistražen. To je samo pojačalo želju da se krene naprijed, uključujući da se vidi dalje, jasnije i bolje. Vidjeti, poput mačke, u mraku i iskoristiti tuđu toplinu živog toplokrvnog organizma za otkrivanje treće, gotovo stvarne "mačje vizije". Vizija je otvorila i otvara mnoštvo novih i neočekivanih rješenja u razvoju gotovo svih područja znanstvenog djelovanja. Ovo je tek početak dugog i beskrajnog putovanja. Put proučavanja i implementacije infracrvene, u uobičajenom jeziku toplinske tehnologije, započeo je prije dva stoljeća. U znanosti postoji komplicirano-jednostavna oznaka za dozračenu toplinsku energiju, definirana kao "toplinski potpis". U principu, to je zato što čak i ako led emitira toplinsku energiju dok se objekt proporcionalno zagrijava, oslobađanje toplinske energije u infracrvenim valovima se povećava, što zmija može nepogrešivo osjetiti. Ovo je najbolji primjer kako ova životinja, razaznajući temperaturnu razliku glodavaca, uspješno napada svoj plijen u potpunom mraku. Kako radi?

Kada i tko je izumio termoviziju
Početkom devetnaestog stoljeća astronom William Herschel, tražeći rješenje problema smanjenja svjetline slike sunca u teleskopima, otkrio je oslobađanje velike količine topline pri korištenju crvenog filtera. Prilikom mjerenja, toplina se povećala u tamnom području iza crvenog kraja spektra. Kada je točka maksimuma ustanovljena, pokazalo se da je daleko izvan crvenog kraja spektra, sada poznatog kao "infracrveno valno područje". Ovo otkriće nazvao je termometrijski opseg. Daljnja istraživanja su pokazala da izvan ovog spektra postoji nevidljivi oblik svjetlosti, nazvan "nevidljive zrake", koje su tek sedamdesetak godina kasnije dobile danas poznati naziv "infracrvene". Inače, dobio je i prvi zapis toplinske slike na papiru, koji je nazvao termograf. Krajem devetnaestog stoljeća, američki znanstvenik Langley, izumio je uređaj - bolometar, za mjerenje toplinskog zračenja. Bio je to prototip današnjeg vrlo osjetljivog termometra, koji je fokusirao infracrveno zračenje na ploče i mjerio električnu struju galvanometrom. Početkom dvadesetog stoljeća, 1934. godine, mađarski fizičar Tihanyi izumio je elektroničku televizijsku kameru osjetljivu na infracrveno zračenje. To je bilo polazište za aktivan razvoj noćnog vida. Od tada su uređaji za noćno gledanje podijeljeni u generacije. Postupno uvođenje svake generacije bilo je povezano s povećanjem dometa promatranja, poboljšanjem kvalitete slike te smanjenjem težine i veličine uređaja. Kriterij koji definira novu generaciju je glavna komponenta uređaja - elektrooptički pretvarač, čija je suština povećanjem svjetline nevidljivo učiniti vidljivim.
Kako je rođeno termalno snimanje
Početak je dala tzv. "nulta" generacija gdje je korišten optički pretvarač nizozemske tvrtke Philips, nazvan po jednom od programera "Holstovo staklo". Fotokatoda i fosfor naneseni su na njihova dna u dvije ugniježđene čaše. Stvaranjem elektrostatičkog polja ostvarili su prijenos slike. Zapravo, u ovoj verziji oprema je funkcionirala isključivo uz obvezno osvjetljavanje objekta promatranja infracrvenim reflektorom. Iako je naprava bila impresivnih dimenzija, vrlo teška i loše kvalitete slike, Britanci su 1942. godine započeli serijsku proizvodnju za potrebe vojske. U četiri godine korištenja ovog pretvarača, aktivan razvoj i proizvodnja noćnih nišana, dalekozora, a počeli su i sustavi za tenkove i drugu opremu. U šezdesetima su se pokušavali proizvesti jednoelementni detektori koji su skenirali i stvarali linearne slike onoga što se vidi. Zbog skupoće projekta ova ideja nije realizirana.
Jednokaskadni uređaji ove generacije imaju više nedostataka nego pluseva. U prvoj generaciji elektrooptičkog uređaja kao glavni element korištena je krhka staklena vakuumska žarulja s fotokatodnom osjetljivošću. Ovaj uređaj je davao jasnu sliku u središtu i iskrivljavao sve na rubovima. S bočnim ili frontalnim izvorom jakog svjetla, instrument je praktički postao "slijep". Noću bez dodatnog infracrvenog osvjetljenja vidljivost je također bila gotovo nula. Šezdesetih godina, s razvojem tehnologije optičkih vlakana, postalo je moguće poboljšati uređaje prve generacije, zamjenjujući ih uvjetnim one-plus. Ravno staklo zamijenjeno je pločom od optičkih vlakana, što je omogućilo prijenos slika s velikom jasnoćom, postizanje visoke razlučivosti u cijelom kadru i uklanjanje odsjaja.
Sedamdesete su obilježene razvojem druge generacije uređaja. Američki istraživači opremili su uređaj pojačalom temeljenim na mikrokanalnoj ploči, gdje se elektroni u posebnoj komori višestruko pojačavaju, čime se postiže izvrstan vid. Zbog toga se druga generacija elektrooptičkih uređaja obično naziva inverterskim uređajima.
Nema disperzijske komore u sljedećoj drugoj plus generaciji, koja se naziva planarna, a elektron ulazi izravno kroz zaslon elektronsko-optičkog pretvarača. Uređaj je izgubio kvalitetu slike, a istovremeno se brzina slike u infracrvenom modu udvostručila. Inovacije su dodale kontrolu svjetline i zaštitu od bočnog i prednjeg svjetla. Ovi uređaji pripadali su profesionalnoj opremi.
Godine 1982. počelo je odbrojavanje treće generacije elektrooptičkih uređaja, različitih dizajna. Koristili su galij, koji je nekoliko puta povećao infracrvenu osjetljivost. Uređaji ove generacije prepoznati su kao visokotehnološki i od velikog su interesa, prije svega, za vojno-industrijski kompleks. Zbog nepostojanja ploče od optičkih vlakana, treba napomenuti da uređaji četvrte generacije nisu zaštićeni od bočnog izlaganja svjetlosti. I cijena. Uređaj ove generacije premašio je sve razumne tolerancije u razumijevanju proizvođačevog formiranja troškova.
Vjerojatno kako bi se kompenzirali nedostaci uređaja i smanjio trošak, razvijen je uređaj SUPER two-plus generacije. Programeri su planirali kombinirati tehnološke prednosti svih prethodnih generacija elektronsko-optičkog pretvarača u ovoj opremi. Rezultat je bila vrlo osjetljiva fotokatoda. Kako stručnjaci priznaju, nema razlike između Super Two Plus i treće generacije. Osim cijene. Što se tiče troškova, Super Two Plus odgovara cijeni prosječnog jeftinog automobila.
Prve primjene
Početkom 1930. njemački su znanstvenici aktivno istraživali učinke toplinskog zračenja na poluvodiče. Kao rezultat toga, razvijeni su osjetljivi prijamnici zračenja, koji su odigrali ključnu ulogu u razvoju brojnih infracrvenih sustava, proizvedenih do četiri tisuće svaki mjesec, za vojnu industriju. Najuspješniji u 1930-ima bili su Amerikanci, koji su stvorili opremu za noćnu vožnju tenkova i noćne nišane za brodove. Godine 1941. britanska mornarica počela je opremati plovila uređajima za noćno gledanje koji su se temeljili na optičkim pretvaračima slike, što je pomoglo brodovima da se vrate u matičnu bazu po mraku. Uz njihovu pomoć, brodovi koji su se vraćali nakon napada pronašli su bazni brod po signalnim svjetlima. Gotovo u isto vrijeme njemačka vojska je opremljena infracrvenom opremom za noćno upravljanje tenkovima, noćnim nišanima za puške i sustavima za identifikaciju zrakoplova. Na primjer, noću, kada je koristio prednja svjetla od dvije stotine vata na tenkovima zatvorenim infracrvenim filtrom, vozač je mogao vidjeti goleme prepreke udaljene gotovo dvjesto metara, a ciljnik je učinkovito radio do sto metara. Početkom šezdesetih godina švedska tvrtka AGA razvila je infracrvenu termoviziju za vojsku, čiji su kasniji modeli za infracrveno snimanje godinama bili najbolji na svijetu. Kada su se sredinom devedesetih spojila tri najveća proizvođača infracrvenih zraka, američke tvrtke FLIR i Inframetrics te švedski AGEMA Infrared Systems, započela je nova faza termovizije. Danas je FLIR Systems, američka tvrtka, najveći svjetski proizvođač komercijalnih termovizijskih kamera za znanstvena istraživanja, industriju i poljoprivredu, industriju i poljoprivredu, praćenje objekata u zraku i noćno gledanje.