10 февраля 2015

Судовая система ночного видения

В статье рассмотрены системы ночного видения для судов: их особенности, состав, типы, принципы работы и использования.
Системы ночного видения для судов производства FLIR

Системы ночного видения для судов находят широкое применение среди силовых структур, спасателей и обычных капитанов катеров, маломерных судов, яхт и других плавсредств. Использование данных систем позволяет обеспечить безопасность в ночное время и в условиях ограниченной видимости на воде, а также значительно повысить качество проведения спасательных и оперативно-розыскных мероприятий. Стоимость данных устройств сопоставима с теми мерами безопасности, которые обеспечиваются их использованием на плавсредстве.

Принципы работы систем ночного видения

Принципиальное построение данных систем основано на совмещении нескольких физических возможностей отображения обстановки в условиях малой освещенности. Это могут быть:

  • тепловые системы индикации
  • системы индикации с повышенной чувствительностью на световое излучение,
  • системы инфракрасного наблюдения, 
  • другие современные системы, построенные на методах распознавания объектов, отличных от зрительного восприятия. 

тепловизоры и камеры ночного видения

Полученные результаты выводятся на прибор индикации, и пользователь способен произвести индикацию наружной обстановки, сравнивая разные данные. Прибор индикации отображает информацию либо от одного источника, либо одновременно от нескольких источников.

На современных плавсредствах под разные задачи устанавливаются системы ночного видения, совмещающие в себе различные системы индикации. В большинстве случаев это тепловизор и электроннооптический преобразователь:

  • Тепловизор представляет собой систему, ориентированную на восприятие разницы в излучаемом объектами тепле. Такая система отлично подойдет для обнаружении в воде теплых объектов, будь то человеческое тело или любое нагретое тело. При этом даже мельчайшей выступающей из воды части теплого объекта будет достаточно для его обнаружения.
  • Второй системой индикации является электроннооптический преобразователь, который усиливает поступающий на его приемный элемент свет и передает его в уже усиленном формате на устройство индикации. Он хорош тем, что отображает всю окружающую обстановку, однако свет, отраженный одинаково от разных предметов, будет воспринят одинаково. В связи с этим совместное использование данных систем увеличивают вероятность обнаружения необходимого объекта в условиях ограниченной видимости.

Использование тепловизора на судне в ночное время.

Судовые тепловизоры

Принцип работы тепловизора построен на получении термограммы объекта путем облучения его лучами инфракрасного диапазона электромагнитного спектра, которыми обладает любое тело, имеющее тепло. Тепловизор способен различить разницу такого излучения и окрасить более теплый предмет в определенный цветовой спектр, а более низкую температуру — в другой.

В таком ключе зрительно наблюдается только разница температур, а не их границы. Также при наблюдении за предметами с разной тепловой интенсивностью, от очень горячих до холодных, прибор выберет на самый пик положительного и отрицательного спектра температур цветовую гамму, максимально приближенную к нему, и отобразит остальные предметы, излучающие тепло, в том небольшом цветовом спектре, который будет соответствовать перепаду температуры. То есть при наведении прибора на костер с очень высокой температурой горения, ему будет присвоен один спектр цвета, а человек, стоящий рядом, будет сливаться с окружающей обстановкой, так как его 36 градусов тепла получат цветовую гамму ближе к 0 градусов, что помешает его индикации. 

Также минусом данного средства является соответствие окружающей атмосфере объектов, находящихся в ней, по теплу. Например, если использовать данный прибор при температуре в 36 градусов, то человеческое тело сольется с окружающей средой и поэтому не будет отображаться на мониторах. 

Судовой тепловизор производства OceanViewБезусловными плюсами данного метода являются дальность обнаружения и возможность индикации предметов за теплопроводящими объектами и атмосферными явлениями, такими как туман, дымка, легкая перегородка и т.д. 

В современном приборе используются два принципиально различных устройства восприятия инфракрасного излучения: CCD-матрица и CMOS-матрица. Каждый из них имеет свои, как положительные, так и отрицательные стороны, но принцип индикации тепла по цветовой гамме одинаков. Поэтому оператору картинка индикации отображается одинаково.

Электрооптический преобразователь

Абсолютно по-другому построен принцип работы системы электрооптического преобразования. Её суть сводится к усилению поступающего светового сигнала и преобразованию его в воспринимаемый для глаза формат сигнала. Данные электрооптические преобразования производит непосредственно система ночного видения путем использования в своей структуре фотокатода, который воспринимает даже крайне слабый свет, отраженный от объекта, и усиливает его посредством катодолюминесцентного экрана. Улавливаемый свет прибором усиливается до различимого глазом света, это может быть коэффициент, равный 100 000, что существенно расширяет диапазон восприятия оператора. При таких усилениях достаточно иметь минимальный источник света, даже отраженный от других предметов для достаточности его преобразования в необходимые уровни и отображения на приборе индикации. 

Существенный минус данной системы — это отсутствие возможности работы в условиях, приближенных к абсолютной темноте, которая хоть и крайне редко, но встречается при работе в ночное время, в тумане, повышенной облачности, дымке или в полностью изолированных от света местах, таких как гроты, пещеры и т.д. Также дальность действия таких систем значительно ниже, чем зачастую необходимо при решении поставленных задач. Но принцип построения её на отображении реально отраженного света дает преимущество, так как частота световой волны сохраняется, тем самым разные предметы, с разной цветовой поверхностью и отдаленностью, будут восприниматься оператором как они есть.

Используя разные системы и принципы построения картинки, оператор способен не просто увидеть объект, но и определить расстояние до него, его состояние и другие параметры. Так, манекен, обнаруженный через систему преобразования слабого светового сигнала, может быть воспринят как человек, а тепловизор не выявит в нем источник тепла. И наоборот: при обнаружении плывущего бревна в сторону плавсредства тепловизор не воспримет его, как опасный объект, а электро-оптический преобразователь сможет распознать в нем угрозу. 

Поэтому совместное использование этих двух систем зачастую является оптимальным решением, достаточным и необходимым для повышения безопасности плавсредства, выполнения розыскных работ или проведения спасательной операции.

Воздействие окружающей среды на судовые камеры

Особенности использования системы ночного видения

Воздействие окружающей среды

В условиях использования системы ночного видения на катере, яхте или другом плавсредстве необходимо учитывать активное агрессивное воздействие внешней среды — соляного тумана, повышенной влажности, воды, вибрации, ударов и т.д. 

В этом ключе, дабы сохранить работоспособность дорогостоящей аппаратуры, корпус изготавливается из пластика повышенной прочности, металла или других материалов, способных успешно противостоять всем вышеперечисленным воздействиям. При этом и внутренняя схемотехника прибора подбирается и собирается таким образом, чтобы сохранять жизнедеятельность прибора даже при сильной качке, либо длительной вибрации, либо после удара. Это принципиально важно, ведь выход из строя системы ночного видения может ослабить безопасность или прекратить ведущиеся с помощью системы работы. 

Особенное внимание также уделяется повышенной влажности и возможности коррозии, запотевания и другим факторам, связанным с водной средой. Для этого усиливаются прорезиненные прокладки, более плотно и качественно наносится смазка на трущиеся элементы, платы заливаются водооталкивающими материалами, не наносящими вред самой элементной базе.

Управление системой

Управление системами ночного видения на катерах также вызывает требует особого внимания. Так как угол обзора данных приборов в подавляющем случае меньше 360 градусов, то этот вопрос закрывается путем поворота и наклона камер как по горизонтали, так и по вертикали, тем самым перекрываются все тени обзора. Управление ими может вестись непосредственно с монитора путем указания точки, на которой необходимо сконцентрировать внимание, и автоматика сама будет продолжать следить за указанным объектом, вне зависимости от движения катера. Или в ручном режиме путем управления джойстиком системы, наведения на необходимый объект и постоянным поддержанием необходимого угла поворота и наклона. При этом индикация окружения позволит также отслеживать происходящее вокруг интересующего объекта.

Способы управления системами (камерами) ночного видения.

Система ночного видения — это один из необходимых элементов аппаратуры освещения надводной обстановки на борту, силовых структур, министерства чрезвычайных ситуаций и владельцев плавсредств, заботящихся о повышении безопасности транспортного средства в условиях ограниченной видимости, или усиления её при нормальной освещенности.