Le problème clé des caméras thermiques individuelles dans le cadre du complexe d'instrumentation et de visée réside dans les exigences strictes en matière de poids et de dimensions. Il est impossible de placer un système de refroidissement de la matrice avec de l'azote liquide, de nouvelles solutions d'ingénierie doivent donc être recherchées. Et pourquoi s'embêter dans l'imageur thermique le plus compliqué et le plus coûteux, s'il existe déjà d'excellents dispositifs de vision nocturne infrarouge pour les armes légères individuelles ? Le but est de camoufler l'ennemi, la fumée, les précipitations atmosphériques et les interférences lumineuses, tout cela réduit considérablement l'efficacité des appareils de vision nocturne, même avec des convertisseurs électro-optiques de troisième génération. Le produit du bureau central de conception de Novossibirsk "Tochpribor" sous l'indice 1PN116 est juste conçu pour fonctionner dans de telles conditions et est un représentant à l'ancienne des dispositifs de détection du rayonnement infrarouge d'objets sur le champ de bataille.
Le viseur à imagerie thermique 1PN116 avec sa vision perçante voit tout ce qui est de la taille d'une personne et ce qui est plus chaud que l'arrière-plan naturel à 1200 mètres devant vous. L'appareil a une masse importante (3, 3 kg), et il est donc placé principalement sur le SVD, les mitrailleuses "Pecheneg" et "Kord". Un microbolomètre non refroidi avec une matrice de 320x240 pixels est utilisé comme "rétine". Examinons de plus près les astuces de l'imagerie thermique non refroidie.
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Cette technique est déjà la troisième génération, qui présente des différences fondamentales par rapport aux précédentes en l'absence d'un système de balayage optique-mécanique complexe et pas toujours fiable. Dans cette génération, les imageurs thermiques sont basés sur des récepteurs à matrice à semi-conducteurs FPA (Focal Plate Area), montés immédiatement derrière le plan de l'objectif. La "chimie" de la vision thermique dans de tels gadgets, dans l'écrasante majorité des cas, est basée sur des couches résistives d'oxydes de vanadium VOx ou de silicium amorphe α-Si. Mais il existe aussi des exceptions, dans lesquelles les photodétecteurs ou « cœurs » d'imageurs thermiques sont à base de PbSe, des réseaux de photodétecteurs pyroélectriques, ou des matrices à base de composés CdHgTe, équipés d'un refroidissement thermoélectrique. Il est intéressant de noter qu'un tel refroidissement n'est le plus souvent pas utilisé pour l'usage auquel il est destiné, mais n'assure une stabilité thermique que dans des conditions environnementales variables. Les microbolomètres de la série VOx ou α-Si enregistrent les changements de résistance électrique sous l'influence de la température, ce qui appartient au principe de fonctionnement de base d'une caméra thermique. Chacun de ces capteurs à semi-conducteurs contient une puce de prétraitement du signal qui convertit la résistance en tension de sortie et compense le rayonnement de fond. Une exigence importante d'un microbolomètre est le travail sous vide et une optique germanium "transparente à la chaleur", ce qui complique sérieusement le travail des concepteurs et des fabricants. Et le capteur lui-même doit avoir un substrat fiable avec des inclusions de germanium ou d'arséniure de gallium. Pour comprendre toutes les subtilités du travail du microbolomètre, il convient de noter que les fluctuations de la température du cristal de 0,1 K entraînent une infime variation de résistance de 0, 03%, qu'il faut suivre. Toutes choses étant égales par ailleurs, le silicium amorphe présente certains avantages par rapport aux oxydes de vanadium - l'uniformité du réseau cristallin et une sensibilité élevée. Cela rend l'image pour l'utilisateur plus contrastée et moins sujette au bruit, par rapport à une technique similaire sur VOx. Chaque pixel du microbolomètre est unique à sa manière - il a le sien, légèrement différent de ses homologues, gain et décalage, qui affectent l'image finale. En augmentant le nombre de pixels, en diminuant le pas entre eux (jusqu'à 9-12 microns) et en les miniaturisant, les concepteurs tentent, entre autres, de réduire le niveau de bruit dans l'image. Les pixels « mauvais » ou défectueux sont un problème sérieux dans la fabrication de microbolomètres, obligeant les ingénieurs à développer des mécanismes logiciels pour éliminer les points blancs ou noirs sur l'écran et les particules scintillantes. Ceci est généralement organisé par interpolation, c'est-à-dire que le signal sortant du pixel "cassé" est remplacé par une dérivée de la valeur des voisins. Le paramètre le plus important de la matrice est la valeur NETD (Noise Equivalent Temperature Difference) ou la température à laquelle le microbolomètre distingue le signal du bruit. Bien sûr, le capteur doit être rapide, donc le paramètre suivant est la constante de temps ou la vitesse à laquelle l'imageur réagit aux changements de température. Le facteur de remplissage ou facteur de remplissage est une caractéristique matricielle traduisant le niveau de remplissage du microbolomètre en éléments sensibles, plus il est grand, meilleure est l'image vue par l'opérateur. Les matrices de haute technologie peuvent se vanter d'une couverture de 90% de la matrice avec un nombre de pixels atteignant 1 million. L'utilisateur peut observer le champ de bataille en deux versions - monochrome et palette de couleurs. Les produits militaires et de sécurité génèrent généralement une image monochrome, car la clarté des chiffres de l'ennemi et de son équipement est bien supérieure à la version couleur.
Les développements des scientifiques américains concernant l'utilisation du graphène comme capteur infrarouge semblent prometteurs. Ils essaient d'introduire ce matériau 2D partout, et maintenant c'est le tour des technologies d'imagerie thermique. Considérant que 70 à 80% du coût d'une caméra thermique non refroidie est constitué d'un microbolomètre et d'une optique germanium, l'idée de créer des capteurs thermoélectriques en graphène est très tentante. Selon les Américains, une couche de graphène relativement bon marché sur un substrat de nitrure de silicium suffit, et le prototype acquiert déjà la capacité de distinguer une personne à température ambiante.
Tant à l'étranger qu'en Russie, une grande attention est accordée aux développements liés à l'athermalisation des systèmes optiques des caméras thermiques, c'est-à-dire à la résistance aux températures ambiantes extrêmes. Les lentilles sont utilisées à partir de matériaux chalcogénures - GeAsSe et GaSbSe, dans lesquels les indices de réfraction des rayons dépendent peu de la température. LPT et Murata Manufacturing ont développé une méthode de production de telles lentilles par pressage à chaud, suivi d'un tournage au diamant de lentilles asphériques et hybrides. En Russie, l'un des rares fabricants de lentilles athermiques est JSC NPO GIPO - Institut d'État d'optique appliquée, qui fait partie du holding Shvabe. Le matériau de la lentille est en verre sans oxygène, en séléniures de zinc et de germanium, et le boîtier est en alliage d'aluminium à haute résistance, ce qui garantit finalement aucune distorsion dans la plage de -400C à + 500C.
En Russie, en plus du 1PN116 mentionné de FSUE TsKB Tochpribor (ou "Shvabe-devices"), un viseur d'imagerie thermique beaucoup plus léger "Shahin" (JSC TsNII "Cyclone"), nommé pour la "vigilance" en l'honneur des espèces prédatrices de faucon, caractérisé par la matrice française d'Ulisse avec 160x120 pixels (ou 640x480) et une plage de reconnaissance d'une hauteur de 400-500 mètres. Dans les dernières générations, le microbolomètre importé a été remplacé par un modèle domestique.
Plus loin sur la liste: viseur d'imagerie thermique PT3 de Novossibirsk "Shvabe - Defense and Defense" avec une résolution matricielle de 640x480 éléments, pesant 0,69 kg et, qui est devenu le "gold standard", une plage de détection d'un chiffre de croissance de 1200 m Le pas de pixel de ce viseur n'est pas un indicateur exceptionnel et est de 25 microns, ce qui forme une résolution d'image finale modeste. Soit dit en passant, la holding a organisé la production d'un viseur de chasse basé sur une conception militaire sous le code PTZ-02. Un autre représentant de l'école de design domestique est le viseur à imagerie thermique Alfa TIGER de la division Shvabe-Photopribor, qui semble être un monopole, avec un récepteur microbolométrique de l'ordre de 7 à 14 microns avec une résolution de 384x288 pixels. Dans "TIGRA" l'opérateur travaille avec un micro-écran OLED monochromatique de 800x600 pixels, dont 768x576 sont réservés à l'affichage d'une image thermique. Une différence importante par rapport aux premiers modèles de viseurs thermiques russes est la durée de fonctionnement augmentée de 30 minutes - vous pouvez désormais vous battre dans la plage infrarouge pendant 4,5 heures. Sa modification "Alpha-PT-5" possède un photodétecteur PbSe rare avec stabilisation thermique électrique. Le viseur universel PT-1 de NPO NPZ est capable de se combiner avec de nombreux types d'armes légères grâce à une monture et une mémoire spéciales, dans lesquelles la balistique et le réticule sont programmés pour une large gamme d'armes. En serrant l'œilleton avec les muscles de l'œil, le micro-écran s'allume et en le desserrant, il s'éteint - c'est le type de système d'économie d'énergie mis en œuvre dans le PT-1. Des microbolomètres américains sont installés sur l'appareil d'imagerie thermique de visée et d'observation « Granite-E » de l'ISPC « Spectrum ». La technique à vision "large-polaire" est présentée par la société sous l'appellation longue NF IPP SB RAS "KTP PM" sous l'indice TB-4-50 et a un champ de vision de 18 degrés par 13,6 degrés.
D'ailleurs, la société propose une gamme de trois tailles standard de viseurs d'imagerie thermique TB-4, TB-4-50 et TB-4-100, équipés d'un microprocesseur moderne pour le traitement d'images basé sur l'architecture HPRSC (High Performance Reconfigurable super informatique). Une direction distincte est les nouveaux viseurs d'imagerie thermique Mowgli-2M sous l'indice 1PN97M, installés sur la famille MANPADS de type Strela-2M, Strela-3, Igla-1, Igla, Igla-S et la plus récente Verba . Ils développent et assemblent des viseurs au LOMO de Saint-Pétersbourg et se distinguent, bien sûr, par une vaste portée de détection de 6000 m. Une alternative à Mowgli peut être les viseurs TV / S-02 de la société BELOMO de l'étranger proche, conçus pour armes légères lourdes - fusils de gros calibre, lance-grenades et, en fait, MANPADS. Avec une masse ne dépassant pas 2 kg, le viseur biélorusse démontre une impressionnante portée de détection humaine de 2000 mètres et de reconnaissance de 1300 mètres.
Dans cette partie des "Chroniques d'imagerie thermique", nous avons parlé de certaines vues individuelles d'imagerie thermique nationales et de leurs homologues de l'étranger proche. À venir, des analogues étrangers, des imageurs thermiques de chars, ainsi que des dispositifs d'observation et de reconnaissance individuels.
