El futuro de la visión nocturna a menudo se cita como “multiespectral” o “espectral completo”, pero esto no cubre completamente todo el rango de desarrollo. Aquí hay un artículo que escribí hace aproximadamente un año, que todavía está bastante actualizado: la única excepción ahora sería la continuación del desarrollo en lo que se conoce como intensificación “fuera de banda”, que se trata de imágenes de señal ultra-baja en El espectro fotónico en áreas no actualmente fotografiadas.
La visión nocturna ha avanzado mucho, pero al igual que otras tecnologías, ha cambiado bastante en las últimas décadas. La mayoría de la visión nocturna todavía se basa en la tecnología de Cathode Ray Tube incluso hoy en día, pero eso está cambiando.
Durante más de un siglo, hemos sabido hacer tubos de rayos catódicos, y muy poco ha cambiado con respecto a la misma tecnología fundamental que se desarrolló en un momento en que las computadoras ni siquiera se imaginaban. Sin embargo, el mundo digital se desarrolló y terminamos con dos formas de hacer las cosas, y aunque los tubos de imagen aún son analógicos, o al menos funcionan como análogos, el procesamiento de imágenes combinado con sensores digitales ha creado una familia de equipos completamente nueva.
Sin embargo, a pesar de que la tecnología digital sustituye a la tecnología analógica en casi todas las áreas, los tubos intensificadores de imagen se han mantenido en la posición número 1 de tecnología de visión nocturna desde su inicio. Este artículo analiza algunas de las tecnologías existentes, las tecnologías emergentes y cómo podrían afectar nuestro uso de los tubos de imagen y nuestra percepción de la tecnología de visión nocturna.
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Mucho de esto puede parecer ciencia ficción, pero para ser justos, también lo hizo la visión nocturna cuando se desarrolló por primera vez. He incluido enlaces al estado actual de desarrollo para cada una de las tecnologías menos comunes.
Térmico
La versión térmica apenas es nueva y, si bien las primeras versiones eran fundamentalmente de naturaleza analógica, estaban formadas por líneas y espejos de escaneo y pantallas que utilizaban la persistencia de la visión para crear una imagen. Las imágenes térmicas ahora cubren los rangos espectrales LWIR y MWIR, y los desarrollos como el TCAD (Dispositivo de objetivo colimado térmico) permiten el equivalente de apuntar con láser mientras se usa el térmico, específicamente contra objetivos humanos.
El térmico existe como un producto independiente, o como una mejora de otras tecnologías de imagen, como “Fusión térmica”, donde una imagen intensificadora está superpuesta con una imagen térmica o contorno térmico, con dispositivos como el COTI que permite el ajuste posterior al intensificador de imagen COTS. Sistemas de visión nocturna.
Sin embargo, la mayor parte del desarrollo de imágenes térmicas durante la última década parece haber ocurrido en dos áreas distintas: la inclinación y la composición de la matriz del plano focal (el sensor), que incluye avances en materiales, que se extienden a materiales que pueden operar tanto en las regiones MWIR como LWIR. El espectro y la otra área son los algoritmos que procesan la información.
Como resultado, los dispositivos NV térmicos son cada vez más pequeños, más baratos y ofrecen una imagen mejor que los de hace una década, mientras que la tecnología y el rendimiento del intensificador de imágenes no han cambiado mucho en el mismo período.
Además, ahora se incluyen las térmicas incluso en los sistemas basados en teléfonos celulares y otras soluciones integradas ahora las están haciendo mucho más disponibles de lo que han estado en cualquier otro momento.
En el extremo puntiagudo del desarrollo, la velocidad de fotogramas está aumentando, junto con la resolución y la sensibilidad de los FPA ha mejorado para detectar variaciones más pequeñas en la temperatura. El resultado de esto es que las imágenes modernas comienzan a parecerse más a las imágenes de photoshop, que muestran detalles finos en los que antes solían mostrar temperaturas similares a una sombra, lo que da como resultado imágenes que muestran a personas o animales como siluetas de un solo color.
Si bien las imágenes térmicas ya se aceptan como una alternativa a la intensificación de imágenes, y también existen con esta tecnología “fusionada” en las que se combinan con la intensificación de imágenes, su mayor debilidad sigue siendo el consumo de energía, con pantallas y procesadores digitales modernos que contribuyen significativamente a el problema.
Esta no es la única área en la que los dispositivos térmicos aún no han alcanzado niveles similares de calidad que los sistemas basados en el Intensificador de Imágenes han disfrutado durante más de dos décadas. Un problema común con todos los monoculares térmicos es que la mayoría de los fabricantes térmicos parecen tener una idea extraña de lo que es el aumento de “unidad”, con un +/- 50% que parece encajar en el soporte también, e incluso mejores modelos a menudo están fuera por arriba al 20%.
Aún así, la tecnología térmica es probablemente la única otra solución seria para muchos requisitos de imágenes con poca luz y especialmente sin luz en el nivel portátil en este momento.
Digital
La intensificación de la imagen digital no es tan nueva, pero ha estado limitada en el pasado por los bajos niveles de sensibilidad, lo que dificulta la imagen bien en niveles de poca luz, especialmente los que se acercan a NL6.
El desarrollo de SWIR y NIR fuera de banda se ha extendido recientemente, y está empezando a parecer que la NV digital se extenderá a través de la gama completa de SWIR hasta aproximadamente 1.7 micrones.
Resúmenes de optoelectrónica
Al igual que los sistemas térmicos, los sistemas digitales incluyen de manera similar una matriz de plano focal o un sensor que puede detectar una imagen de luz fuera del rango visible, y luego muestra esto en una pantalla pequeña, aunque a diferencia de la tecnología térmica, la mayoría de las tecnologías digitales no requieren tanto procesamiento de imágenes y así, los requisitos de alimentación para la mayoría de los sistemas digitales todavía están causados por la pantalla. Además de esto, las resoluciones de pantalla de tamaño micro actuales disponibles normalmente no superarán XVGA o 1024 × 768, lo que a su vez limita el tamaño práctico y la resolución del sensor en sí.
No obstante, los sistemas digitales existen ampliamente, pero solo en la última década, ya que logró la sensibilidad necesaria para convertirlo en una alternativa práctica a los tubos intensificadores de imagen. Desafortunadamente, este nivel de tecnología digital todavía no está ampliamente disponible para el público, por lo que la mayoría de los sistemas digitales existentes funcionan al mismo nivel que los equipos de visión nocturna de primera generación.
La excepción a esta regla son los sistemas basados solo en SWIR, para los cuales las cámaras ya están disponibles en la actualidad, sin embargo, el costo de estas unidades actualmente mantiene a muchos de los mercados civiles fuera de las aplicaciones de seguridad.
Los sistemas digitales que operan en el espectro SWIR también tienen la ventaja de que muchos particulados en el aire que oscurecen la luz atmosférica del espectro visible son lo suficientemente pequeños como para que la luz de alrededor de 1500-1700nm no esté significativamente dispersa, lo que hace que SWIR sea muy útil para ver a través del humo y otros oscuros atmosféricos.
El costo y el uso de la energía siguen siendo los mayores obstáculos que esta tecnología debe superar si va a desafiar seriamente a los intensificadores de imágenes como la principal tecnología utilizada en la visión nocturna militar y civil.
Imagen pulsada por láser y multiplexado en el tiempo.
La generación de imágenes por pulsos con láser no es nueva, y es algo que se puede incorporar a un sistema basado en IIT, ya que fue el desarrollo de intensificadores de imágenes que llevaron a la obtención de imágenes por pulsos con láser en primer lugar. Más comúnmente disponible a través de los fabricantes rusos, es un sistema basado en láser activo que utiliza la activación rápida para mostrar solo los reflejos de luz desde una cierta distancia. Debido a esto, aborda problemas relacionados con la dispersión hacia atrás que hacen que sea difícil ver a través de algunos oscuros, como el agua y el humo.
Estos sistemas también se pueden usar, cuando se combinan con el procesamiento de imágenes, para crear modelos 3D del entorno que los rodea, haciéndolos muy similares a LIDAR en la aplicación.
Los sistemas controlados por láser pulsado generalmente involucran la fuente del láser y la cámara de imágenes que forma parte del mismo dispositivo, sin embargo, también pueden incluir fuentes externas, permitiendo usos como la posibilidad de utilizar la visión nocturna en áreas bien iluminadas. Normalmente, la iluminación artificial cerca de los equipos de visión nocturna afecta la efectividad de la tecnología.
Sin embargo, al multiplexar por división en el tiempo un intensificador de imagen con cualquier luz que ilumine un área, se pueden separar dimensionalmente en el tiempo para que la luz no interfiera con el funcionamiento del intensificador de imagen, lo que permite la visualización a distancia completa por parte de los dispositivos de visión nocturna. Haciendo desaparecer la iluminación local de la imagen.
Imagen virtual
(Realidad aumentada / Realidad falsa / Realidad mixta / Realidad virtual superpuesta)
Sistemas de imágenes: PNNL reconocido por transferir innovación al mercado
Las imágenes virtuales no son una tecnología de imágenes por sí mismas, sino más bien un reflejo de que no necesitamos imágenes reales para operar en un entorno. Un ejemplo sería una imagen virtual de un entorno en el que las imágenes físicas se reemplazan por las imágenes generadas. , no basado en imágenes fotónicas o de radio, sino en el conocimiento de que están allí y de sus características, por ejemplo, tamaño, forma, color, posición, etc. Un ejemplo podría ser que un sistema de detección identifique el sonido de una pieza común de El hardware, por ejemplo, un transportista de personal, y el uso de varios métodos, sabe qué es, dónde está, aproximadamente en qué dirección se dirige y, por lo tanto, construye un modelo virtual del elemento y lo superpone a la imagen actual. Los objetivos y amenazas deben identificarse a través o detrás de los obstáculos, y pueden ser tan simples como un ícono, o tan complicados como un modelo completo.
Un ejemplo de una imagen virtual compuesta de datos LIDAR en tiempo real (edificios) y datos virtuales (el tanque) en base a otra información conocida. Inmediatamente, queda claro que algunas partes de este entorno recreado, como las ventanas, normalmente no serían visibles para el observador dada su ubicación.
Las imágenes virtuales también incluyen mostrar elementos que simplemente no se pueden detectar fácilmente, pero que son bien conocidos, por ejemplo, sensores ocultos alrededor de un objetivo basado en la detección de radio, rutas de patrullaje conocidas, vehículos que se espera que estén ocultos, áreas de personal dentro de un edificio , paredes dentro de un edificio, etc.
Estos aspectos de una imagen virtual no se pueden ver o detectar normalmente, pero si se conoce su posición, entonces al sostener un modelo físico en 3D del área circundante y conocer la posición y la orientación de la persona que usa el dispositivo, es posible mostrarlos Con absoluta precisión a través de un sistema de imagen virtual.
La imagen virtual también incluye el uso médico, y puede que algún día tenga un valor inmenso para los tiradores civiles, identificando direcciones seguras en las que se puede tomar una vacuna, o incluso puede mostrar a otros miembros del grupo ocultos de la vista al incluir datos de telemetría e información de ubicación.
Las imágenes virtuales se encuentran más comúnmente hoy en día en soluciones de realidad aumentada, que superponen la información sobre las imágenes reales, pero también se pueden usar en ausencia de imágenes reales si el modelo es lo suficientemente detallado y preciso. Esta tecnología aún es exclusiva, y existen conexiones entre la realidad aumentada y la imagen virtual; no son lo mismo. La realidad aumentada puede incluir la imagen virtual, pero la imagen virtual también puede ser independiente. Las imágenes virtuales son críticas para técnicas como imágenes fantasma y reflexivas, ya que ninguna de ellas produce una imagen real, sino que produce una representación de lo que existe dentro de un espacio determinado.
Las tecnologías para llevar la imagen a los ojos pueden incluir auriculares VR, guías de ondas ópticas e imágenes retinales directas.
LIDAR
(Un video musical hecho de LIDAR Virtual Imaging)
LIDAR es en cierto modo la versión fotónica del radar, y permite imágenes complicadas con información de profundidad incluida. Hasta este punto, puede proporcionar imágenes directas o imágenes virtuales de un objeto.
LIDAR también es una tecnología completamente activa, ya que debe suministrar la fuente de luz que utiliza para crear una imagen y, como tal, tiene un uso limitado para aplicaciones militares, pero se usa ampliamente donde la cobertura no es un requisito. La tecnología proporciona beneficios significativos con respecto a los detalles finos que pueden detectarse, y esto puede mostrarse con suficiente contraste para que el espectador no pase por alto los detalles. En este sentido, LIRAD es excepcional para visualizar los cables de las líneas eléctricas aéreas, lo que puede ser bastante difícil de detectar visualmente incluso durante el día. También puede seleccionar objetos bastante difíciles de ver debido a la velocidad del objeto, como hélices y rotores de helicópteros.
Militarmente, el LIDAR puede ser útil para identificar objetos a distancia, especialmente dentro de un FOV muy estrecho, donde aprovecha al máximo la tecnología activa.
Imagen cuántica de fantasmas
El arma secreta del ejército es este físico cuántico, pionero de “Imágenes fantasma”
o
¡Abucheo! La óptica detrás de la imagen de “fantasma”
y
Las ‘imágenes fantasma’ de ARL atraviesan la turbulencia en el campo de batalla – Defence Systems
Una tecnología de imágenes virtuales desarrollada recientemente, utiliza el entrelazamiento cuántico para ver algo que los modelos de imágenes directas no pueden ver. Es similar a LIDAR, excepto que se puede usar para ver objetos que se colocan de tal manera que cualquier fotón que golpee el objeto sea absorbido (materiales sigilosos) redirigido o reflejado en una dirección diferente y no se pueda volver a detectar.
Lo hace atrapando fotones, luego disparando un fotón a un detector y el otro a un sensor. En lugar de recibir fotones reflejados o información del objetivo, el fotón enmarañado se mide para determinar si algo le ha pasado al fotón de imágenes y, a partir de esto, se construye una imagen virtual.
Debido a esto, la imagen fantasma es una tecnología efectiva para detectar objetos ocultos o ver a través de oscuros. Aunque al borde de la ciencia ficción, poder detectar algo que no se puede ver en absoluto.
Esta tecnología ya se ha demostrado en condiciones de laboratorio, pero aún no se sabe que funcione en el campo.
Imagen reflexiva
(Procesamiento de imágenes de luz reflejada)
2012 en el MIT
Las imágenes reflexivas son una tecnología de imágenes que permite que los objetos se vean a la vuelta de una esquina al convertir objetos normales en objetos similares a espejos. Puede funcionar de forma pasiva o activa, y lentamente construye un modelo de detalles ocultos u oscuros basado en el procesamiento matemático del análisis de la luz reflejada. – Una tecnología de este tipo es muy útil, ya que proporciona la capacidad de ver objetos que están ocultos detrás de paredes u ocultos por objetos físicos, pero para los cuales existe un camino para la luz. Hasta este punto, la tecnología actual funciona lo suficientemente bien como para identificar potencialmente si existe una amenaza dentro de una habitación cuando la puerta abierta de la habitación se puede ver y usar con fines de imagen.
Ya se ha confirmado que es posible en el laboratorio, utilizando una puerta normal como el reflector para mirar dentro de una habitación. Aunque la puerta difunde la luz, también se ilumina con diferentes niveles de luz que se reflejan en los objetos dentro del área objetivo y, a través del procesamiento de imágenes de los diferentes niveles de luz, se puede construir una imagen original. Las tecnologías de escaneo activo aumentan la precisión y confiabilidad de estos sistemas.
Imagen de audio
Ejemplo: la primera cámara de sonido portátil del mundo lista para el mercado
o
Alta resolución: Sorama presenta la adquisición de sonido de 1024 canales: Sorama Cam
La imagen virtual de audio es otra tecnología altamente efectiva, similar a la sonda, pero el uso de mapas de sonido para crear imágenes. En su forma más simple, puede detectar la ubicación de los sonidos. En una matriz de plano focal de presión sonora más compleja, puede proporcionar una imagen del sonido, ubicando tonos específicos incluso en un entorno ruidoso.
Algunas veces conocidas como cámaras de sonido, estos dispositivos están disponibles en el campo y tienen la capacidad de seleccionar disparos de rifle individuales durante una batalla, en medio de ruido mecánico y químico, con una precisión milimétrica. También tienen la capacidad de localizar fuentes de ruido difíciles de encontrar. y son excelentes para encontrar la fuente de sonidos inusuales en un motor, cuando ya existen otros ruidos y dificultar el rastreo de la ubicación del ruido específico que se está buscando.
Las matrices de audio actuales tienen una resolución bastante limitada, pero podrían estar integradas en los cascos (el tamaño de la matriz es bastante importante en la actualidad) y se pueden superponer como una forma de imagen virtual o realidad aumentada.
Si bien la imagen de sonido es una tecnología pasiva, podría mejorarse con un sonar para proporcionar una imagen virtual del entorno de un sensor que luego se transmitiría a los ojos del usuario. Este nivel de tecnología todavía no está disponible, pero es probable que exista en los próximos diez años. Los sistemas pasivos también pueden usar ondas de presión de sonido ambiental para construir una imagen, y a menos que los objetos que se están viendo sean silenciosos y no haya ruido de fondo, tal sistema no requiere ningún componente activo.
Debido a que las imágenes de audio se pueden combinar con imágenes virtuales, eliminando el requisito de la modificación de imágenes en tiempo real, es posible crear un mundo virtual en 3D a través de imágenes virtuales que reflejen, con precisión, los objetos que son difíciles de capturar en tiempo real a través de imágenes de audio. solo.
Imágenes UWB
(Radar de banda ultra ancha, radar de pared, iradar, radar de impulso).
https://ipo.llnl.gov/technologie…
También conocidos como “detectores de latidos cardíacos”, estos ya se consideran un elemento básico militar en casi todos los juegos de call-of-duty, pero su existencia en realidad es un poco diferente. Estos sistemas a menudo son portátiles, pero son bastante grandes, por lo que a menudo deben en ambas manos. Aunque esto significa que en la actualidad son más grandes de lo que serían adecuados para que todos puedan transportar, dentro de un entorno de imágenes virtual, solo una persona necesitaría usar una para permitir que todos los integrantes de su escuadrón vean lo que estaba sucediendo. El otro lado de la pared.
Las versiones simples pueden detectar movimiento, mientras que las matrices grandes (y portátiles) pueden detectar imágenes adecuadas para identificar personas o amenazas, incluida la detección de minas terrestres y la ubicación de conductos y cables bajo tierra a una profundidad de varios metros.
Aunque es una tecnología activa y los sistemas actuales son bastante grandes, a medida que el software de imágenes mejora, esto puede llegar a un punto en el que se puede montar en la cabeza, lo que permite la ubicación de objetivos a través de las paredes a distancias de hasta 50 yardas. UWB también está bien adaptado para detectar la trayectoria de vuelo de proyectiles pequeños y puede que algún día un sistema de advertencia le permita al usuario saber si está siendo atacado, aunque en un mundo de medidas y contramedidas, el uso de tal sistema activo puede dejar al usuario Como objetivo en cualquier caso.
SQUIDs (MRI)
Los dispositivos superconductores de interferencia cuántica son los sistemas de detección magnética más sensibles que conoce el hombre.
Durante mucho tiempo no estuve seguro de que en realidad se estuvieran usando para aplicaciones tanto externas como industriales, pero cuando aparecieron repentinamente como un complemento de ITAR, quedó claro que también se estaban utilizando en el desarrollo militar. La mayoría del trabajo civil con tecnología de IRM basada en SQUID parece basarse en la detección de amenazas en el aeropuerto y, en este sentido, ya está bastante avanzado, sin embargo, dado que estas cosas pueden detectar los campos magnéticos dentro del cuerpo humano a un rango de más de 100 metros, y se espera que lo sean. capaces de realizar exploraciones de IRM utilizando solo los campos magnéticos de la tierra en el futuro, podrían proporcionar la base para futuros sistemas de detección.
Intensificadores de imagen.
Aunque este artículo no trata sobre intensificadores de imágenes, se trata de cómo se comparan con las tecnologías modernas y futuras.
En la actualidad, uno de los beneficios más importantes de los intensificadores de imagen es que utilizan niveles de energía extremadamente bajos para producir una imagen funcional del entorno; al trabajar con una eficiencia muy alta, producen imágenes de luz con casi el mismo nivel de luz que un solo LED. podría producir
En el pasado, se esperaban 40 horas de la mayoría de los tubos de imagen, pero con el avance tecnológico, los tubos modernos están actualmente avanzando hacia el uso continuo de 80 horas con una sola batería AA, lo que los hace inmensamente adecuados para el campo de batalla donde no requieren reabastecimiento constante o recargar. También tienen un calentamiento insignificante y, por lo tanto, no son fáciles de detectar por medios térmicos.
Además de esto, el consumo de energía real es lo suficientemente bajo como para que la recarga solar sea práctica, lo que significa que un solo NOD podría alimentarse a sí mismo a través de la luz solar recolectada durante el día, incluso con un panel de carga muy pequeño, aunque la larga vida útil de las baterías muy pequeñas parece han impedido desarrollos de sych.
El tamaño de los intensificadores de imagen modernos sigue siendo extremadamente pequeño en comparación con otras tecnologías, y los principales contribuyentes al tamaño son los componentes ópticos, incluido el inversor de imagen. La precisión efectiva de los IITS y la configuración óptica que, de manera más simple, son compatibles con el aumento de la unidad, junto con una pantalla más grande, hace que sea muy práctico utilizar componentes baratos y, en general, la rentabilidad de los intensificadores de imagen sigue siendo casi óptima para lo que producen.
El termal parece estar muy cerca, especialmente con una gran utilización de la tecnología, ya que no necesitan luz y son equivalentes en funcionamiento tanto de día como de noche, incluso si sufren una falta de contraste térmico dos veces al día.
A las personas que les gusta el COTI les va bien con la energía, pero aún así solo brindan alrededor de 3 horas de uso con una batería que brindaría hasta 100 horas de uso con un intensificador de imagen, e incluso entonces el COTI se beneficia del hecho de que todavía se necesita un intensificador de imagen Para amplificar la imagen a niveles visibles.
Esto en sí mismo marca la mayor diferencia entre los intensificadores de imagen y otros equipos. Solo en los equipos basados en intensificadores de imagen, las personas que devuelven el kit están defectuosas cuando la única falla es “La batería está descargada”.
El segundo diferenciador importante es la resolución. Los intensificadores de imagen aún brindan más detalles de imagen que un televisor HD, que los sistemas térmicos y digitales aún están luchando por alcanzar. No es una comparación de manzanas por manzanas, porque los intensificadores de imagen siguen sufriendo pérdidas de resolución relacionadas con el MTF más que los dispositivos digitales, pero en general, la imagen de un tubo moderno es nítida y detallada.
El precio es el tercer factor, ya que tanto los costos de fabricación digitales como los térmicos están bajando de precio y es probable que las técnicas de fabricación y la escala de producción produzcan nuevas caídas, ya que gran parte de la tecnología es de doble uso.
Un cuarto factor es la naturalidad de la imagen. Los intensificadores de imagen, mientras proporcionan una imagen que está ligeramente inclinada hacia el infrarrojo cercano, todavía proporcionan una imagen que se reconoce al instante en comparación con las imágenes de luz diurna, sin necesidad de procesamiento adicional.
Los sistemas digitales pueden hacer lo mismo, pero incluso ahora, los intensificadores de imagen recientes están aumentando los niveles de contraste y combinando lo que se puede lograr digitalmente incluso en el borde del desarrollo.
Y parece que hay más novedades por venir. Las imágenes en color son posibles y, si bien los sistemas actuales son voluminosos, no hay ninguna razón para que las tecnologías de fabricación futuras no hagan que las imágenes en color sean estándar, incluso a altas resoluciones.
En general, mientras que el futuro de la visión nocturna está empezando a parecer muy avanzado, con características que superan con creces las tecnologías actuales, los intensificadores de imagen aún reinan en la actualidad y probablemente lo harán durante la próxima década, incluso si están mejorados por otras tecnologías. .