Цветовая карта температур

В последние несколько лет российские военные стали уделять больше внимания тепловизионному техническому зрению, поскольку благодаря тепловизорам можно повысить эффективность бойцов в ночное время. Солдаты смогут обнаруживать даже замаскированного противника по его инфракрасному излучению. Одним из крупнейших разработчиков и производителей тепловизионных систем в России является московский центральный научно-исследовательский институт «Циклон». Корреспондент «Ленты.ру» побывал на предприятии и ознакомился с современными российскими приборами технического зрения.

Шестнадцатиэтажка «Циклона» расположена на Щелковском шоссе неподалеку от автовокзала. Здесь на верхних этажах разрабатывают новые типы неохлаждаемых и охлаждаемых тепловизионных систем (хотя последние для «Циклона» не являются профильными) и проводят их испытания, а на нижних — собирают приборы для Министерства обороны, Федеральной службы безопасности, Министерств внутренних дел и чрезвычайных ситуаций России. Производятся и тепловизоры для гражданского рынка; от военных образцов они отличаются несколько заниженными параметрами распознавания целей и отсутствием памяти на баллистические характеристики стрелкового оружия.

Тепловизор представляет собой прибор для наблюдения за распределением температуры поверхности предметов и местности. Упрощенно систему можно описать так: объектив, тепловизионная матрица (микроболометр), электронная схема управления и дисплей. Матрица такого прибора способна воспринимать разницу температур объектов в 0,1 градуса Цельсия. С нее информация поступает на электронную схему, где хранится цветовая карта температур (каждой температуре соответствует определенный цвет и его яркость), обрабатывается и выводится на дисплей в окуляре прибора. В большинстве систем реализовано черно-белое кодирование температурного диапазона (темнее — значит холоднее).

Для российских спасателей выпускается специальная тепловизионная камера «Чеглок», в которой присутствует многоцветное температурное кодирование. В ней температуры от нуля до 20 градусов отображаются в черно-белом диапазоне, от 21 до 40 градусов — в синем, от 41 до 200 — в желтом, а выше — в красном. Использование нескольких псевдоцветов позволяет более точно определять места сильного нагрева различного оборудования, обнаруживать людей при сильной задымленности и пожаре. «Особенностью тепловизора является независимость от освещенности. Будь то ясный день, темная ночь, туман или дым — прибор будет работать», — рассказывает консультант генерального директора ЦНИИ «Циклон» Александр Потемкин.

В среднем стоимость одного несложного тепловизионного прибора составляет 700-900 тысяч рублей, из которых 70-80 процентов — стоимость объектива и микроболометра. Дело в том, что матрицы сложны в производстве: они требуют тщательно подготовленных производственных площадей, высокоточного оборудования, «чистых» комнат. Кроме того, производство микроболометров в России пока не освоено, и они импортируются из других стран. «Циклон» планирует открыть собственное производство тепловизионных матриц в 2015 году. В объективах же используются редкие, а потому дорогостоящие материалы, например германий. Производством германиевой оптики занимается завод «Германий», который, как и «Циклон», входит в холдинг «Росэлектроника».

«Обычное стекло инфракрасное излучение не пропускает, — продолжает свой рассказ Потемкин. — «Мы не можем посмотреть в тепловизор через окно, он просто ничего не увидит. По этой причине ставить в объектив тепловизора стеклянные линзы смысла не имеет». Объектив с германиевой оптикой работает по тому же принципу, что и объектив с обычной — чем больше фокусное расстояние, тем на большем расстоянии тепловизор сможет обнаружить цель. Понятие обнаружения в тепловидении означает возможность увидеть более теплый объект, но не узнать его. Если боец может определить через тепловизор, какой тип объекта он обнаружил (животное, человек или автомобиль), то речь уже идет о распознавании. И есть понятие идентификации — например, возможность определить пол человека или тип военной техники.

«В США несколько компаний ведут работы над автоматической подсветкой целей в окуляре тепловизоров и их пометкой по типу "свой-чужой". В России такие работы ведутся?» — спрашиваю я. «В принципе, это задача несложная, но она имеет отношение не к самому тепловизору, а к его программному обеспечению. Такая работа у нас ведется, но она затратна и должна быть востребована заказчиком, — отвечает Александр Потемкин. Работы ведутся преимущественно в направлении реакции систем на изменение изображения. «Устанавливается камера, которая следит за местностью. Пограничник спит. Тут картинка меняется, появляется новый объект, и система подает сигнал (например, на пограничника подается 220 вольт), он просыпается и предупреждает других о пересечении границы».

В военных прицелах же такая система не нужна, поскольку наблюдатель эффективнее вычислительной техники может распознать объект, с которым имеет дело. Например, в лесу есть много деревьев, среди которых мелькает какой-то объект. «Техника мозги себе сломает, пытаясь определить, с чем имеет дело: с человеком или с оленем. Боец же проделает такое распознавание в считанные секунды: по отдельным очертаниям, по характеру передвижения. Но, в любом случае, нам заказ на разработку такой опции пока не поступал», — пояснил Потемкин.

Наша беседа о тепловидении и тепловизионных приборах проходит в демонстрационной комнате «Циклона». Здесь на столах разложены чуть ли не все системы тепловизионного наблюдения, разработанные и выпускаемые предприятием: тепловизоры семейства «Сыч» с лазерными дальномерами и цифровыми компасами, двухспектральные (работающие в тепловизионном и телевизионном каналах) «Дербники», легкие «Скопы» и несколько перспективных разработок, включая нашлемные дисплеи. На столе посреди комнаты лежат охотничий тепловизионный прицел «Канюк» и деактивированный автомат АК-74М с установленным на него боевым прицелом «Шахин».

Внешне «Шахин» и «Канюк» идентичны и отличаются только окраской: первый — черный, второй — защитный зеленый. По начинке приборы тоже похожи. Отличие заключается в том, что «Канюк» может обнаруживать цели на меньшей дальности и в него нельзя «зашивать» баллистические характеристики оружия. В случае с «Шахином» боец может пристрелять его на АК-74М, сохранить параметры, переставить, например, на СВД и пристрелять на этой винтовке. Впоследствии достаточно будет просто переставлять прицел с одного оружия на другое без необходимости повторной пристрелки. Крепиться «Канюк» и «Шахин» могут как на планки Пикатинни, так и на стандартный «ласточкин хвост».

Представленный «Шахин» относится к устаревшему поколению: крупный, тяжелый (почти полтора килограмма), относительно низкое разрешение матрицы. Усовершенствованные версии прицелов стали легче и меньше. Масса прибора составляет 1,2 килограмма. В нем установлена матрица разрешением 640x480 пикселей с возможностью двукратного цифрового увеличения. Прицел способен работать при температуре от минус 40 до плюс 50 градусов Цельсия, а его продолжительность работы ограничена только свойствами обычных батареек-«таблеток». При комнатной температуре прицел может без выключения проработать до шести часов. Субъективно, на включение и калибровку «Шахину» требуется около десяти секунд.

Прицел оснащен специальным разъемом для передачи видеоизображения на устройство записи или на нашлемный дисплей. Дисплей представляет собой небольшую очень легкую черную коробочку с окуляром, которая крепится спереди на каску. Передача изображения с «Шахина» осуществляется по кабелю. Благодаря такой возможности боец может на вытянутой руке выставить автомат за угол, оставаясь за укрытием, и увидеть, что там происходит. Он же позволяет вести прицельный огонь из укрытия. Представители «Росэлектроники» мне объяснили, что в перспективной экипировке «солдата будущего» «Ратник», тепловизоры и нашлемные дисплеи для которой также будет производить «Циклон», передача видеоизображения будет производиться по беспроводному каналу.

Подхожу к еще одному прибору — «Сыч-4». Это довольно крупный прибор длиной 28, шириной 16 и высотой 14 сантиметров с внушительным основным объективом. В этом приборе установлен лазерный дальномер, позволяющий определять расстояние до объекта на дальности до трех километров. Он оснащен и цифровым компасом для определения азимута и угла места в градусах. Стандартно на «Сыч-4» ставится микроболометр разрешением 384x288 пикселей, но по требованию заказчика он может быть укомплектован матрицей с разрешением 640x480 пикселей. Разрешение органического дисплея в окуляре составляет 800x600 пикселей. Обнаружить и распознать человека «Сыч-4» может на дальности до 2,2 километра при фокусном расстоянии объектива в сто миллиметров. Масса прибора — 2,4 килограмма.

Питание «Сыча-4» осуществляется от внешнего источника напряжением 12 вольт. Прибор может работать при температуре от минус 20 до плюс 50 градусов Цельсия. Следует отметить, что для неохлаждаемых тепловизоров «Циклона» характерно время включения в 10-15 секунд; это небольшой показатель для подобных приборов, поскольку после нажатия на кнопку происходит не только загрузка «прошивки», но и калибровка матрицы под текущие температурные условия. Наконец, «Сыч-4» оснащен разъемом для карты памяти объемом до четырех гигабайт. На нее можно производить видеозапись. Через тепловизоры интересно наблюдать за людьми в очках ─ там, где должны быть глаза, тепловизор показывает темные пятна. В оконном стекле на фоне равномерного серого свечения слабо видно отражение предметов в комнате.

«Ну, что ж, пойдемте посмотрим производство? Только мы пройдем быстро, потому что сейчас готовится к сдаче крупная партия тепловизионных прицелов, у нас три дня осталось», — приглашает Потемкин.

Спускаемся на первый этаж и, пройдя по внутреннему двору, входим в производственное помещение. Здесь чисто, сверкают отмытые полы, посетители — в бахилах. Проходим по длинному коридору, по сторонам которого — двери с табличками. Идем быстро, и я успеваю прочитать только некоторые из них: «Участок оборудования с ЧПУ №1», «Испытательный участок №1», «Сборочный участок», «Участок настройки». Мимо проходит женщина в синем халате, толкая перед собой тележку с прицелами «Шахин» на ней. Они также выкрашены в черный цвет, но гораздо меньше прибора, который я видел в демонстрационной комнате.

Эта партия прицелов предназначена для одного из российских силовых ведомств. Перед поставкой заказчику все приборы без исключения проходят небольшой цикл испытаний: на протяжении нескольких часов их трясут на вибростенде и «роняют» на специальном станке, проверяя на устойчивость к ударным воздействиям. Тепловизоры также проходят температурный контроль. В специальных шкафах проверяется способность «Шахинов» работать в различных температурных условиях. При этом прицелы соединены специальными кабелями с контрольным оборудованием, на котором оператор может в любой момент проверить их работоспособность. Температурным воздействиям прицелы подвергаются на протяжении десяти часов.

Затем, после прохождения сокращенной программы, из партии берется один прицел и уже испытывается по расширенной программе, включающей в себя многочасовые вибрации, до тысячи проверок на ударное воздействие, больше десяти суток в термошкафу при разных температурах. Уже после этого заказчик подписывает акт о приеме продукции и забирает ее с предприятия. Рассказывая, Александр Потемкин ведет меня дальше по помещениям. Мы останавливаемся у «чистой» комнаты, в которой ведется производство органических микродисплеев. Оборудование на сборке используется иностранное, но на «Циклоне» не унывают — зато оно у нас и от политической обстановки в мире производство не зависит.

В настоящее время на предприятии ведется подготовка помещения, в котором будут выпускаться тепловизионные матрицы (пока их закупают у французской компании Ulisse). Процесс этот — длительный, затратный и трудоемкий; он отнимает больше года. «К помещению предъявляются высокие требования по стерильности. Потом, у нас тут рядом метро и автовокзал, а это — повышенная сейсмическая активность. Соответственно нужны специальные упругие полы, которые будут гасить все колебания. Затем поставят оборудование, не могу пока сказать какое, но иностранное. К сожалению, отечественная промышленность такого рода оборудование не выпускает, утеряны возможности», — пояснил Потемкин.

На этом мое посещение ЦНИИ «Циклон» заканчивается, а предприятие продолжает работать в бешеном темпе, стремясь успеть изготовить и испытать прицелы для крупного заказчика. Кажется, большим контрактам на поставку тепловизоров здесь очень рады, но не очень к ним готовы: сегодня предприятие может выпускать до 500 приборов в месяц. Выйдя на улицу, я оборачиваюсь и еще раз смотрю на многоэтажку. По ее виду нельзя угадать, что здесь находится крупнейший в России производитель неохлаждаемых тепловизоров: над главным входом красуется цветастая вывеска «Кухни».

Василий Сычев