Интеллектуальные
системы

ПОДРОБНЕЕ

Терагерцовые
системы

ПОДРОБНЕЕ

Тепловизионные
системы

ПОДРОБНЕЕ

Продукция
специального назначения

ПОДРОБНЕЕ

Военная
продукция

ПОДРОБНЕЕ

Новый метаматериал делает предметы невидимыми для тепловизоров

17 июля 2018

Инфракрасные датчики позволяют видеть цель даже в самой кромешной тьме, замечать и распознавать человека, аппараты и ракеты. Их появление привело к развитию и средств маскировки человека и объектов от «тепловых» камер. Для человека спрятаться от тепловизора «проще» всего с помощью космического скафандра, пожарного костюма или хотя бы комплекта ОЗК. 

Общий принцип понятен — это теплоизоляция тела. В военных целях могут применяться также специальные костюмы, уменьшающие видимость человека в ИК-спектре, специальное термобелье и даже ватные штаны с телогрейкой — все, что способно задержать выделение тепла в окружающую среду. Можно также соорудить, например, щит, который бы отражал или поглощал тепловое излучение, выделяемое человеческим телом (из дерева, стекла, ПВХ и т.д.), и...

Развернуть

Общий принцип понятен — это теплоизоляция тела. В военных целях могут применяться также специальные костюмы, уменьшающие видимость человека в ИК-спектре, специальное термобелье и даже ватные штаны с телогрейкой — все, что способно задержать выделение тепла в окружающую среду. Можно также соорудить, например, щит, который бы отражал или поглощал тепловое излучение, выделяемое человеческим телом (из дерева, стекла, ПВХ и т.д.), и передвигаться, спрятавшись за ним. Но это уже относительно сложно физически. Есть и другие способы, но все они не менее экзотичны, трудноисполнимы и не дают гарантии.

Новый материал, разработанный в Висконсинском университете в Мадисоне, делает их практически невидимыми в инфракрасном диапазоне. О нем ученые рассказывают в статье, опубликованной в журнале Advanced Engineering Materials. Новинка, созданная командой профессора Хунжуя Цзяна (Hongrui Jiang), куда тоньше и легче аналогов. По словам ученых, покрытие толщиной меньше миллиметра поглощает более 95 процентов инфракрасного излучения с длиной волны от 2,5 до 15,5 мкм. Он эффективно работает и в среднем, и в дальнем ИК-диапазонах, в которых активно отдает тепло человеческое тело, что делает материал особенно перспективным для военных.

Примеры использования метаматериала

Примеры использования метаматериала

Для этого ученые использовали «черный кремний» — метаматериал, поверхность которого выглядит как наноразмерный густой «лес» из крошечных вертикальных столбиков. Он действительно известен способностью поглощать излучение в видимом и ИК-диапазонах. Группе профессора Цзяна удалось усовершенствовать метод изготовления метаматериала, получив более длинные и высокие наностолбики и внедрив в них наночастицы серебра. В результате он стал еще эффективнее поглощать фотоны инфракрасного диапазона.

Микрофотография черного кремния

Микрофотография черного кремния

Наконец, авторы интегрировали в метаматериал миниатюрные ИК-излучатели, контролируя работу которых, можно создавать ложный образ объекта, сбивая с толку системы противника.

Также, другой группой исследователей, на основе графена создан активный камуфляж, скрывающий тепловое излучение. Когда к пленке приложено напряжение, она препятствует тепловому излучению, так что замаскированный объект перестает выделяться на окружающем фоне.

Пленка, блокирующая излучение во всем инфракрасном диапазоне, включает несколько слоев графена, полиэтиленовую мембрану с жидкостью, содержащей ионы, и золото. Через несколько секунд после подачи напряжения пленка плотностью всего 30 г/м2 и толщиной менее 50 мкм принимает температуру окружающей среды.

По словам источника, разработку могут оценить военные и разработчики спутников. Но что-то подсказывает, что рано или поздно излучаемое объектом тепло все равно начнет просачиваться наружу, так что подобные способы помогают только на ограниченное время. К тому же, технологии тепловидения тоже не стоят на месте, повышая свою эффективность.

По материалам nanonewsnet.ru

Армия США разворачивает систему персональной разведки с использованием дронов, оснащенных ИК-системой FLIR Systems

09 июля 2018

Армия Соединенных Штатов разворачивает систему персональной рекогносцировки солдат на местности (Personal Reconnaissance Systems — PRS) с помощью управляемых крохотных беспилотников Black Hornet, оснащенных ИК-системой ночного видения от компании FLIR. PRS является частью более общей программы Soldier Borne Sensor (SBS), в рамках которой армия уже заплатила FLIR 2.6 миллиона $ за недавно выпущенного беспилотника Black Hornet для PRS. Этот дрон армия проверила и оценила в 2016 и в 2017 годах. Согласно армейского пресс-релиза, армия США в 2018 году рассмотрит более широкий масштаб использования Black Hornet вплоть для полного эксплуатационного развертывания во всех единицах сухопутных сил.

Дроны Black Hornet для PRS по данным разработчика — компании FLIR — являются самыми миниатюрными в мире военными нано-беспилотниками (UAS), а следующее поколение дронов Black Hornet 3 приобретет функции GPS-навигации.

Дроны Black Hornet могут обеспечить запись видео движения в реальном времени и...

Развернуть

Дроны Black Hornet для PRS по данным разработчика — компании FLIR — являются самыми миниатюрными в мире военными нано-беспилотниками (UAS), а следующее поколение дронов Black Hornet 3 приобретет функции GPS-навигации.

Дроны Black Hornet могут обеспечить запись видео движения в реальном времени и передачу данных оператору. Беспилотник Black Hornet, согласно заявлению FLIR «предоставляет современному солдату возможность мгновенной реакции на поле битвы и дает знание ситуации всем солдатам, выполняющим глобальные операции».

UAS весит 32 грамма и может пролетать 2 километра со скоростью более 21 км/час и передает как видео-сигнал, так и ИК-изображение, формируемый камерой FLIR Lepton (о ней мы писали в прошлой заметке в блоге). Камера Lepton содержит неохлаждаемые болометры на VOx размером 160 x 120 или 80 x 60 пикселей, чувствительные в диапазоне 8 -14 мкм. Black Hornet 3 UAVs комплектуются контроллером и дисплеем, позволяющими передавать данные вооруженным силам, правительственным учреждениям и правоохранительным органам.

«Выбор армией Соединенных Штатов нашей компании FLIR, чтобы поставить на вооружение Black Hornet в рамках программы SBS, дает критическое преимущество на современном поле битвы», сказал Джеймс Кэннон, президент и генеральный директор FLIR.

«Этот контракт демонстрирует высокий спрос на технологию нанобеспилотника, предлагаемую FLIR, и открывает путь к его широкому развертыванию во всех подразделениях вооруженных сил. Мы горды предоставить UAVs Black Hornet 3 для PRS, чтобы поддержать американское правительство, в достижении цели защиты наших солдат».

Рынок SWIR камер будет расти со скоростью 7.1% в год в период 2018-2025 гг.

22 июня 2018

SWIR-излучение (SWIR - short wave infrared - коротковолновый инфракрасный диапазон) – это общепринятое название светового излучения в диапазоне электромагнитных волн 0,9 – 2,5 мкм. SWIR съемка требует особых оптических компонентов, работающих в диапазоне короткого ИК. Типичными сенсорами, используемыми при съемке в SWIR диапазоне, являются сенсоры на основе арсенида индия-галлия (InGaAs), способные захватывать область от 550 nm и вплоть до 2,5μm.

В отличие от излучения среднего ИК и длинного ИК диапазонов, которые исходят от самих объектов, SWIR-излучение близко к видимому диапазону в том, что фотоны либо отражаются, либо поглощаются объектами, и это свойство обеспечивает широкий динамический диапазон, необходимый для изображений с высоким разрешением. Атмосферное звездное свечение и фоновое излучение (ночное сияние) являются естественными источниками света SWIR диапазона...

Развернуть

В отличие от излучения среднего ИК и длинного ИК диапазонов, которые исходят от самих объектов, SWIR-излучение близко к видимому диапазону в том, что фотоны либо отражаются, либо поглощаются объектами, и это свойство обеспечивает широкий динамический диапазон, необходимый для изображений с высоким разрешением. Атмосферное звездное свечение и фоновое излучение (ночное сияние) являются естественными источниками света SWIR диапазона и великолепной подсветкой объектов при ночной уличной съемке. Производимые сенсоры на основе InGaAs могут быть исключительно чувствительными, «подсчитывающими» буквально каждый фотон. Поэтому, камеры с встроенными в фокальные плоскости матрицами, которые насчитывают тысячи или миллионы точечных сенсоров, или пикселов, способны работать в условиях глубокой темноты.

Очки ночного видения, которые используются уже несколько десятилетий, работают по принципу обнаружения и усиления в так называемых трубках интенсификации (I-Squared) отраженного света, который исходит от звезд или окружающих объектов. Данная технология хорошо подходит для очков ночного видения. Но при возникновении необходимости передачи изображения на расстояние (например - в разведывательный центр), нельзя воспользоваться ни одним методом, который бы был полностью надежен и не ограничивал чувствительность (например, ПЗС с оптическим усилением). А так как пользовательский интерфейс SWIR-сенсоров конвертирует свет в электрический сигнал, эти сенсоры совместимы с технологиями накопления и передачи сигналов.

Диапазоны излучения и работающие в них датчики

Диапазоны излучения и работающие в них датчики

В отличие от излучения среднего ИК и длинного ИК диапазонов, которые исходят от самих объектов, SWIR-излучение близко к видимому диапазону в том, что фотоны либо отражаются, либо поглощаются объектами, и это свойство обеспечивает широкий динамический диапазон, необходимый для изображений с высоким разрешением. Атмосферное звездное свечение и фоновое излучение (ночное сияние) являются естественными источниками света SWIR диапазона и великолепной подсветкой объектов при ночной уличной съемке. Производимые сенсоры на основе InGaAs могут быть исключительно чувствительными, «подсчитывающими» буквально каждый фотон. Поэтому, камеры с встроенными в фокальные плоскости матрицами, которые насчитывают тысячи или миллионы точечных сенсоров, или пикселей, способны работать в условиях глубокой темноты.

Очки ночного видения, которые используются уже несколько десятилетий, работают по принципу обнаружения и усиления в так называемых трубках интенсификации (I-Squared) отраженного света, который исходит от звезд или окружающих объектов. Данная технология хорошо подходит для очков ночного видения. Но при возникновении необходимости передачи изображения на расстояние (например - в разведывательный центр), нельзя воспользоваться ни одним методом, который бы был полностью надежен и не ограничивал чувствительность (например, ПЗС с оптическим усилением). А так как пользовательский интерфейс SWIR-сенсоров конвертирует свет в электрический сигнал, эти сенсоры совместимы с технологиями накопления и передачи сигналов.

Другим исключительным преимуществом SWIR приборов является возможность использовать их в ночное время. Атмосферное явление, известное как свечение ночного неба, излучает в пять-семь раз больше света, чем звездное свечение, и практически весь этот свет находится в диапазоне SWIR. Таким образом, SWIR камеры вместе с ночным свечением – часто называемым ночным свечением атмосферы – позволяют «видеть» объекты с большой четкостью в безлунные ночи и передавать такие снимки по сетям, т.к. никакие другие приспособления для съемки этого не делают. Без особых усилий хорошую чувствительность показывают приборы на основе InGaAs уже при комнатной температуре. Фактически камеры с сенсорами InGaAs могут быть небольшими и потреблять очень мало энергии, но выполнять значительные задачи. Сенсоры InGaAs ранее нашли применение в телекоммуникационной отрасли, т.к. они обладают чувствительностью к свету, используемому в оптоволоконных сетях большой протяженности, обычно на уровне 1550 нм. Диоды и матрицы все еще используются в телекоммуникации, часто в оптических мониторах вместе со спектрометрами, которые работают в диапазоне SWIR.

Если использовать SWIR подсветку 1,55 мн лазеров или светодиодов, можно скрытно освещать объект, который становится видимым для SWIR камер. Например, так можно освещать дорогу военным грузовикам при недостаточном ночном свечении (если путь пролегает сквозь густой лес или по тоннелю) для обеспечения безопасного передвижения по вражеской территории. Камерам InGaAs с пользовательским интерфейсом невозможно найти замену в таких ситуациях. А с учетом того, что они безопасны для зрения, количество ограничений по их использованию невелико. Так как SWIR-волны проходят сквозь стекло, объективы и другие оптические компоненты (оптические фильтры и окна), предназначаемые для SWIR съемки, могут изготавливаться по тем же технологиям, которые используются для компонентов видимого диапазона, что снижает издержки производства и делает возможным использование фильтров и окон в рамках одной системы. Приборы SWIR применяются там, где использование приборов видимого излучения осложнено или невозможно. Водяной пар, туман и такие вещества, как силикон, прозрачны для SWIR волн. Кроме того, цвета, которые являются практически идентичными в видимом диапазоне, легко различаются в диапазоне SWIR.

Свойства коротковолнового излучения таковы, что фотоны, регистрируемые светочувствительным сенсором, могут как отражаться от объекта наблюдения, так и поглощаться им, что обеспечивает широкий динамический диапазон, необходимый для достижения высокой контрастности, детализации, цвета и насыщенности получаемого изображения. Камеры, работающие в диапазоне SWIR, показывают впечатляющие результаты при использовании в ночное время. Естественная освещённость ночного неба «подсвечивает» наблюдаемые объекты, что позволяет достичь большой чёткости изображения. Кроме того, SWIR камеры позволяют получать точную, качественную информацию в любых погодных условиях, что выгодно отличает данный вид приборов от аналогичных систем наблюдения и визуализации.

Основные преимущества камер SWIR диапазона:

  • возможность использования в любое время суток и сложных климатических условиях;
  • обеспечивает обнаружение замаскированных объектов и источников возгораний;
  • способность обнаружения источников лазерного излучения на длине волны 1,54мкм, применяемых в дальномерах;
  • возможность совмещения канала наблюдения SWIR диапазона и лазерного канала с длиной волны 1.54 мкм для подсветки и целеуказания.

Дополнительные преимущества камер SWIR диапазона:

  • низкое энергопотребление;
  • более низкая стоимость, чем у тепловизионных приборов;
  • высокая разрешающая способность;
  • отсутствие необходимости глубокого охлаждения;
  • возможность использования серийных бюджетных объективов видимого диапазона;
  • компактность.

Применение SWIR камеры для работы в условиях плохой видимости

Камера видимого диапазона и камера SWIR-диапазона

Камера видимого диапазона и камера SWIR-диапазона

Прогнозы рынка

Согласно прогнозу фирмы по исследованию рынка Esticast Research & Consulting рынок коротковолновых инфракрасных камер SWIR-диапазона будет увеличится в совокупном среднегодовом темпе роста 7.1% в течение 2018-2025 гг. Этот прогноз включает т.н. линейные камеры, которые считывают данные изображения построчно, т.е. изображение захватывается камерой не как единое целое, а строка за строкой, которые будут расти на 8.31%. в год.

История и прогноз развития рынка SWIR-камер

История и прогноз развития рынка SWIR-камер

Основные игроки рынка

США - крупнейший потребитель технологии SWIR, которая используется для решения проблем национальной безопасности, включая предотвращение террористических нападений, разливов нефти в морской среде и других общественных проблемах. В 2013 Научно-исследовательская лаборатория ВВС США (AFRL) на авиационной базе ВВС в Master-Patterson, Огайо, выпустила объявление агентства для программы «Промышленная база для недорогой SWIR-камеры». Кроме того, инициативы, взятые на себя американским правительством для развития биологических наук и сельского хозяйства, заставляют местные власти уделять больше внимания НИР методов отображения, открывая пути роста для рынка. Однако, в 2018–2025 гг и рынки азиатских стран, таких как Индия и Китай, как ожидаются, также будут расти высокими темпами.

В настоящее время есть много стран, имеющих дело с огромными пограничными спорами и террористическими угрозами. Это привело к увеличению проблем безопасности среди соответствующих правительств, заставив их принять последние компоненты защиты. SWIR-камеры могут быть установлены на грузовиках, зданиях и беспилотных воздушных транспортных средствах (БПЛА) и могут обнаружить любую деятельность человека или угрозу, даже в темных и туманных ситуациях. Кроме того, такие камеры предпочтительны для геологов при изучении различных физических аспектов земли.

Крупные участники рынка (включая компании Sensors Unlimited, Xenics, Photonic Science, Princeton Instruments, Axiom Optics, New Imaging Technologies, IR Cameras, Atik Cameras, and Raptor) инвестируют значительную долю своего дохода в НИР, чтобы начать производство усовершенствованных продуктов. В мае 2017 г. компания Princeton Instruments разработала новый класс высококачественного InGaAs, который используется Массачусетским технологическим институтом (MIT) для создания датчиков. В январе 2018 г. SCD SemiConductor Devices (Израиль) приобрела американскую компанию Quantum Imaging с намерением усилить и расширить позиции SCD на американских рынках защиты и национальной безопасности.

По материалам semiconductor-today.com