7. Технические характеристики средств оптической разведки: Характеристики фото- и киноаппаратов. Технические характеристики средств телевизионной разведки. Характеристики приборов ночного видения. Характеристики тепловизоров.

Технические характеристики средств оптической разведки: Характеристики фото- и киноаппаратов.

Визуально-оптическое наблюдение, использующее такой совершенный оптический при-

бор, как глаз, является одним из наиболее эффективных способов добывания, прежде всего,

информации о видовых признаках. Однако оно не позволяет регистрировать изображение для75

последующего изучения или документирования результатов наблюдения. Для этих целей применяют фотографирование и киносъемку с помощью фото и киноаппаратов.

Фотографический аппарат представляет собой оптико-механический прибор для получения оптического изображения фотографируемого объекта на светочувствительном слое фотоматериала.

Все фотоаппараты состоят из светонепроницаемого корпуса с закрепленным на его передней стенке объективом, устройства для размещения или фиксации светочувствительного материала, расположенного у задней стенки корпуса, и затвора.

Так как светочувствительный материал обеспечивает получение качественной фотографии при строго дозированной световой энергии, проецируемой на светочувствительный материал, то затвор пропускает в течение определенного времени (времени экспозиции или выдержки) световой поток от фотографируемого объекта.

Указанные части фотоаппарата являются основными. По мере конструктивного развития

фотоаппарат «обрастал» различными узлами и механизмами, которые облегчали и автоматизировали процесс съемки, позволяли расширить возможности применения фотоаппарата, улучшить его технические параметры. Эти узлы и механизмы называют вспомогательными. К ним

относятся:

⎯ видоискатель для определения границ поля изображения;

⎯ дальномер для ручного или автоматического определения расстояния до объекта съемки;

⎯фокусировочный механизм для совмещения фокальной плоскости объектива с плоскостью расположения светочувствительного материала;

⎯ механизм, транспортирующий фотопленку на один кадр и точной установки ее против

кадрового окна фотоаппарата;

⎯ экспонометрический узел, предназначенный для определения экспозиционных параметров (выдержки и диафрагмы) в соответствии со светочувствительностью используемого

фотоматериала и яркостью объекта.

Профессиональные фотоаппараты известных фирм (Nicon, Canon, Зенит, Kodak-,

Olympus, Contax, Pentax и др.) представляют собой сложнейшие оптико-электромеханические

устройства, автоматически учитывающие все изменения в освещенности объекта во время фотосъемки.

Размер используемого в них светочувствительных материалов положен в основу условного деления всех фотоаппаратов на несколько групп. По этому признаку (по размерам получаемых негативов) выделяют пять групп: микроформатные, полуформатные, мало, средне и

крупноформатные. Фотоаппараты применяют различные типы светочувствительных материалов: фотопластинки, плоские и рулонные фотопленки.

Другим важным признаком классификации является назначение фотоаппарата. По этому

признаку они делятся на общие и специальные.

От способов обеспечения резкого изображения на светочувствительном материале (наводки на резкость) зависит конструктивное решение почти всего фотоаппарата. По этому признаку фотоаппараты можно разделить на следующие группы:

⎯ с наводкой на резкость по изображению на экране фотоаппарата (у так называемых зеркальных или SLR-фотоаппаратов);

⎯ с наводкой по монокулярному дальномерному устройству, механически связанному с

объективом фотоаппарата;

⎯ с неподвижным жестко встроенным объективом, сфокусированным на гиперфокальное

расстояние;

⎯автофокусирующие (с устройством автоматической фокусировки).

По технической оснащенности фотоаппараты можно разделить на следующие классы:

простой, средний, высокий.

По показателям оснащенности фотоаппарата c встроенными экспонометрами, а также по

степени автоматизации установки экспозиционных параметров фотоаппараты делят на три

группы: с ручной установкой, с полуавтоматической и с автоматической установкой экспозиции.

Повышение технической оснащенности расширяет возможности фотоаппаратов, но усложняет возможность их миниатюризации.

Микроформатные фотоаппараты имеют более простую конструкцию и заряжаются узкой

пленкой шириной 8–16 мм. Одна из особенностей ряд» ранних микроформатных фотоаппаратов – горизонтальная компоновка аппарата с объективом, утопленным в корпусе. Корпус таких

моделей состоит из двух частей, одна из которых подвижная. Перед съемкой фотоаппарат телескопически раздвигается, открывая объектив и видоискатель. Одновременно производится

транспортирование пленки и взвод затвора. Таким образом выдвижная часть корпуса является

одновременно защитным кожухом, рыча гом взвода и протяжки пленки для следующего кадра

(«Минокс», «Агфама тик–4008», «Киев–30»).

Другие модели имеют традиционную форму. Мировыми лидерам среди производителей

таких фотоаппаратов являются АО «Красногорски завод» и немецкая фирма «Robot».

Например, фотоаппарат «МФ–1» (Красногорский завод) представляет полуавтомат с пружин-

ным приводом, имеет светосильный объектив с F2.8, размер кадра 18x24 мм. Конструкция фотоаппарата предполагает дистанционное управление, а пружинный привод дает возможность

работать в любых климатических условиях. Недостаток – относительно большой шум при перемотке. Фотоаппарат «Robot–SC electronic» менее шумящий и при небольших габаритах работает с использованием стандартной пленки 35 мм. Параметры некоторых микроформатных фотоаппаратов приведены в табл. 3.3.

Для копирования документов наряду с мини- и микроформатными фотоаппаратами при-

меняют специальные фотоаппараты. Например, копировальный фотоаппарат РК 320 состоит из

зеркального аппарата, откидной стойки, источника освещения из двух ламп по 10 Вт, блока пи-

тания от батареи (8x1.5 В) и сети 220 В, а также из держателя документа. Устройство позволяет

фотографировать документы размером А4–А6, размещается в портфеле–дипломате и весит 3.5

кг.

Таблица 3.3. Параметры микроформатных фотоаппаратов

Следует отметить, что возможности добывания информации путем фотографирования

определяются как параметрами фотоаппаратов, так характеристиками (спектральным диапазоном, чувствительностью, разрешающей способностью) светочувствительных материалов, на

которые проецируется объективом изображение наблюдаемого объекта.

С начала 90–х годов на основе достижений микроэлектроники развивается принципиально новое направление – цифровое фотографирование. Цифровой фотоаппарат представляет

собой малогабаритную камеру на ПЗС электрические сигналы с выхода которой записываются

не на магнитную, ленту как в видеокамере, а преобразуются в цифровой вид и запоминаются,

полупроводниковой памятью фотоаппарата или записываются на его малогабаритный диск.

Цифровой электронный фотоаппарат, обладая возможностями классического электромеханического фотоаппарата, предоставляет пользователю дополнительные функции, которыесущественно повышают оперативность фотографии. К ним относятся: возможность съемки внепрерывном режиме с, частотой 5–15 кадров/с, запись текстовых и звуковых комментариев,даты и времени фотосъемки, просмотр изображений в процессе и после съемки на поворачивающемся экране (LCD-панели размером 4–5 см), отображение текущих параметров съемки(числа отснятых кадров, объем свободной памяти, текущий режим компрессии) и др. Предусмотрены различные режимы просмотра кадров и стирание непонравившихся, печатание выбранных на специальном принтере. Цифровой фотоаппарат может иметь стандартны интерфейсдля просмотра изображения на экране телевизора, записи на видеомагнитофон или печати навидеопринтер.

Цифровой фотоаппарат также сопрягается с ПЭВМ. Отснятое изображение может отображаться на экране дисплея, редактироваться с помощью графических редакторов, выводитьсяна печать, передаваться по сети.Разрешение изображения цифрового фотоаппарата определяется разрешением его светоэлектрического преобразователя. Но с увеличением разрешения уменьшается при ограниченном объеме памяти количество кадров. Компромисс между разрешением и количеством кадровдостигается введением возможности изменения оператором показателей разрешения запоминаемого кадра. Если использовать карты памяти стандарта PCVIA, то количество кадров можетбыть значительно большим. Для дополнительной памяти объемом 16 Мб количество кадровпропорционально возрастает и составляет сотни снимков.Изображение с разрешением 640x480 соответствует качеству изображения на экране монитора VGA ПЭВМ, но уступает возможностям фотопленок. Однако цифровое фотографирование не связано с химической обработкой светочувствительных материалов, что резко улучшаетпотребительские свойства цифровых фотоаппаратов, обладает большой оперативностью просмотра изображений и гибкостью редактирования изображения на ПЭВМ.Учитывая перспективы миниатюризации радиоэлектронных элементов, прежде всего«памяти», и повышения разрешения ПЗС, у цифровых фотоаппаратов большое будущее. В таблице 3.4. представлены технические характеристики некоторых моделей цифровых фотоаппаратов.

Таблица 3.4. Характеристики цифровых фотоаппаратов.

Примечание. В столбцах 2 и 4 в числителе указаны максимальные значения, в знаметеле – минимальные

Технические характеристики средств телевизионной разведки

Информация о движущихся объектах добывается путем кино- и видеосъемки с помощьюкиноаппаратов и видеокамер. При киносъемке изображение фиксируется на светочувствительной кинопленке, при видеозаписи – на магнитной пленке.Под киносъемкой понимают процесс фиксации серии последовательных изображений(кадров) объекта наблюдения через заданные промежутки времени, определяемые частотойкадров в секунду. Каждый кадр кинофильма содержит изображение объекта в момент съемки.Число кадров колеблется от единиц кадров в минуту и даже часов для съемки медленно текущих процессов до сотен тысяч в секунду – для сверхскоростной специальной съемки, например,для наблюдения электрического разряда или полета пули.Устройство кинокамеры близко к устройству фотоаппарата с той принципиальной разницей, что в процессе киносъемки пленка скачкообразно продвигается с помощью грейферногомеханизма перед кинообъективом на один кадр. Закрытие объектива на время продвижения кинопленки осуществляется заслонкой (обтюратором), вращение которой перед объективом синхронизировано с работой грейфера. Киносъемка движущихся людей производится на 8 и 16-ммпленку с частотой 16–32 кадра в секунду.Дистанционное наблюдение движущихся объектов осуществляется с помощью средствтелевизионного наблюдения. Схема комплекса средств телевизионного наблюдения показана нарис. 3.4. при телевизионном наблюдении изображение объективом проецируется светочувствительный слой фотокатода вакуумной передающей трубки или мишени твердотельного преобразователя. Фотокатод содержит вещества, из атомов которого кванты световой энергии выбивают электроны, количество которых пропорционально энергии света (яркости элемента изображения). На фотокатоде образуется изображение Q(x,y,t) в виде электрических зарядов, эквивалентное оптическому B(x,y,t) изображению, где Q и В – значения соответственно величины зарядов и яркости в точках с координатами х, у в момент времени t.Рис. 3.4. Схема комплекса средств телевизионного наблюдения.

В вакуумных телевизионных передающих трубках производится считывание величинызаряда с помощью электронного луча трубки, отклоняемого по горизонтали и вертикали магнитными полями. Эти поля создаются отклоняющими катушками, надеваемыми на горловинутелевизионной трубки.При телевизионном наблюдении изображение объективом проецируется на светочувствительный слой фотокатода вакуумной передающей трубки.За время развития телевидения разработано много типов передающих телевизионныхтрубок, отличающихся чувствительностью фотокатода и разрешающей способностью. Появление достаточно простых ТВ-трубок тип «видикон» позволило создать компактные телекамеры.Миниатюрные видконы с диаметром до 15 мм обеспечивают четкость 400–600 линий. На основевидикона разработаны различные варианты телевизионных передающих трубок: плюмбикон,кремникон, суперортикон, изокон и др., обеспечивающие качественное светоэлектрическоепреобразование в широком диапазоне длин волн и освещенности.В начале 70-х годов был открыт и реализован новый принцип построения безвакуумных, твердотельных преобразователей «свет–электрический сигнал», так называемых приборов с зарядовой связью (ПЗС). В основу таких прибор положены свойства структуры металл-окисел полупроводник, называема МОП-структурой.Фотокатод или мишень ПЗС представляет линейку или матрицу из ячее с МОП-структурами, образованными горизонтальными и вертикальными токопроводящими прозрачными электродами. Размеры каждой ячейки соответствуют размерам элемента изображения.Разрешающая способность П3С определяется количеством ячеек, размещающихся в поле изображения.Считывание зарядов, образующихся в каждой ячейке ПЗС под действием света точекизображения, производится путем последовательного перекачивания зарядов с ячейки на ячейку под действием управляющих сигналов, подаваемых на электроды. В результате этого на выходе ПЗС образуется последовательность электрических сигналов, амплитуда которых соответствует величине заряда на ячейках мишени ПЗС.Электрический сигнал с выхода вакуумной передающей трубки или ПЗС усиливается ипередается по кабелю или в виде радиосигналов к телевизионному приемнику. Последний вы полняет обратные функции, преобразуя электрический сигнал в изображение, яркость каждогоэлемента которого эквивалентна амплитуде соответствующего сигнала. Формирование изображения производится на экране приемной масочной вакуумной трубки (кинескопа) или экранеплоских панелей.В вакуумной приемной телевизионной трубке (кинескопе) изображение создается на ееэкране с люминофором электронным лучом, модулируемым электрическим сигналом изображения и отклоняемым по горизонтали (строке) и вертикали (по кадру) синхронно с траекториейотклонения луча передающей трубки или считывания с ПЗС. Синхронность обеспечивается путем передачи синхронизирующих сигналов в виде групп импульсов, моменты формированиякоторых соответствуют границам строк и кадров. Синхроимпульсы совместно с сигналом изображения образуют полный телевизионный сигнал. В приемнике из полного телевизионногосигнала выделяются синхроимпульсы, которые синхронизируют работу устройств кадровой истрочной развертки. Эти устройства формируют сигналы, при прохождении которых по катушкам отклонения, надетых на горловину кинескопа, создаются магнитные поля, отклоняющиеэлектронный луч.Но вакуумные приемные телевизионные трубки громоздкие, тяжелые, хрупкие, нуждаются в высоковольтном (20–25 кВ) источнике постоянного тока, устройства развертки потребляют достаточно большую мощность, создаваемые трубкой поля не безвредны для человека.Будущее за панелями.Известно несколько типов плоских панелей для телевизионных приемников, но наиболееуспешно развиваются газоразрядные и жидкокристаллические панели.Газоразрядную панель образуют два плоскопараллельных стекла, между которыми размещены миниатюрные газоразрядные элементы. В инертном газе газоразрядного элемента поддействием управляющих сигналов, формируемых микропроцессором устройства синхронизации и подаваемых на прозрачные электроды одного или обоих стекол, возникает разряд с ультрафиолетовым излучением. Это излучение вызывает свечение нанесенного на переднее илизаднее стекло люминофора одного цвета черно-белой панели ил люминофоров красного, зеленного или синего цветов цветной панели. Напри мер, газоразрядная панель японской фирмыNHK имеет формат экрана 874x520 мм, 1075200 элементов с шагом 0.65 мм.толщину 6 мм ивес 8 кг. Панель обеспечивает яркость изображения 150 кд/м2 и 256 градаций яркости .Основой жидкокристаллической панели служат также две плоскопараллельные стеклянные пластины. На одну из них нанесены прозрачные горизонтальные и вертикальные токопроводящие электроды. В местах их пересечения укреплены пленочные транзисторы, два выводакоторых соединены электродами на стекле, а третий образует обкладку конденсатора. Вторую пластину конденсатора представляет прозрачный металлизированный ело на второй стекляннойпластине, расположенной параллельно первой на расстоянии, измеряемой микронами. Междупластинами помещено органическое вещество (жидкий кристалл), поворачивающее под действием электрического поля плоскость поляризации проходящего через него света. С двух сторонпанели укреплены поляроидные пленки, плоскости поляризации которых повернуты на 90° относительно друг друга.Растр телевизионного изображения формируется сигналами, генерируемыми устройством синхронизации и подаваемыми на электроды стеклянны пластин. При подаче на эти электроды напряжения в точке их пересечен конденсатор заряжается и возникает электрическое поле между соответствующими обкладками конденсатора. В зависимости от величины напряжения изменяется угол поляризации жидкого кристалла между обкладками конденсатора. При отсутствии напряжения и, соответственно, электрического по жидкий кристалл поворачивает уголполяризации света от лампы подсвет на 90°, в результате чего свет свободно проходит черезполяроидные пленки. В зависимости от напряжения на обкладках конденсатора угол поляризации может изменяться от 90° до 0°, а прозрачность ячейки панели – от максимальной до непропускания света. Панель цветного телевизора содержит красный, зеленый и синий светофильтры, образующие триаду элемента разложения изображения. Например, панель фирмыScarp LC–104TV1 имеет размеры по диагонали 26.4 см и 480 строк, каждая из которых содержит 19 цветных точек, что обеспечивает получение высококачественного цветного изображения.Плоские панели имеют преимущества перед вакуумными кинескопами техническим параметрам, экологической безопасности и сроку службы.Основными характеристиками телевизионных средств наблюдения являются чувствительность передающих трубок (ПЗС) и разрешающая способность. Чувствительность определяется чувствительностью материала фотокатода (мишени), а разрешение – количеством строкразложения изображения.Современные передающие телевизионные трубки имеют чувствительность, обеспечивающую телевизионное наблюдение объектов при их освещенности от сотых долей до десятковтысяч лк.Разрешающая способность современных телевизионных средств наблюдения составляет350–650 линий. Чем выше разрешение, тем меньше длительность сигнала элемента изображения и тем шире спектр телевизионного сигнала. Ширина спектра телевизионного видеосигнала, передаваемого с частотой кадра 25 Гц и разрешением в 625 строк, составляет 6.5 МГц, телевизионного радиосигнала – 8 МГц.С целью обеспечения скрытого наблюдения средства наблюдения камуфлируются подбытовые приборы и личные вещи. Некоторые средства приведены в табл. 3.5.Видеопередатчики работают в диапазоне частот от 60 МГц до 2.3 ГГц и выше. Их мощность составляет от 40 мВт до 50 Вт, при этом обеспечивают дальность передачи от несколькихметров до 20 км. Например, дальность передачи миниатюрного передатчика РК 5115 при мощности 1.5 Вт на частоте 236 МГц составляет 400 м. Для увеличения дальности передачи используются специальные ретрансляторы.Для приема телевизионных радиосигналов используются как телевизионные приемникиширокого применения, так и специальные. Например, аудио- и видеоприемник РК 625 аудио ивидео сигналов в диапазоне от 60 МГц до 1.2 ГГи, а видеоприемник RX 100 – в диапазоне 1.2–2.3 ГГц. Видеоприемники имеют встроенные микропроцессоры, автоматизирующие операции по поиску и приему сигналов. Например, видеоприемник РК 6625 имеет 100 программируемыхканалов памяти, 24-часовой таймер и автоматический режим поиска видеосигналов.Для телевизионного наблюдения в ИК-диапазоне применяют телевизионные камеры сПЗС, чувствительными к ИК-лучам. Для наблюдения в оптическом диапазоне применяют такжелазеры, лучи которых в видимом или ИК-диапазонах подсвечивают объекты в условиях низкойестественной освещенности. Для этой цели луч лазера с помощью чающихся зеркал сканируетпространство с наблюдаемыми объектами, а отраженные от них сигналы принимаются фотоприемником так же, как при естественном освещении.

Таблица 3.5. Закамуфлированные средства видеонаблюдения.