Введение
Тип термографической камеры
Инфракрасные камеры переднего обзора (FLIR), обычно используемые на военных и гражданских самолетах, используют термографическую камеру, которая регистрирует инфракрасное излучение. Датчики, установленные в инфракрасных камерах переднего обзора, а также в других камерах тепловидения, используют обнаружение инфракрасного излучения, как правило, испускаемого источником тепла (тепловое излучение), для создания изображения, предназначенного для вывода на видео. Они могут использоваться для помощи пилотам и водителям в управлении транспортными средствами ночью и в тумане, или для обнаружения теплых объектов на фоне более холодных объектов. Длина волны инфракрасного излучения, регистрируемая камерами тепловидения, составляет от 3 до 12 мкм и значительно отличается от длины волны, используемой при ночном видении, которое работает в диапазоне видимого и ближнего инфракрасного излучения (0,4–1,0 мкм).
Дизайн
Инфракрасный свет подразделяется на два основных диапазона: длинноволновый и средневолновый. Длинноволновые инфракрасные камеры (LWIR), иногда называемые «дальнее инфракрасное излучение», работают в диапазоне 8–12 мкм и способны обнаруживать источники тепла, такие как горячие части двигателя или тепло человеческого тела, на расстоянии нескольких километров. Наблюдение на больших расстояниях с использованием LWIR затруднено из-за поглощения, рассеяния и преломления инфракрасного света воздухом и водяным паром. Некоторые длинноволновые камеры требуют криогенного охлаждения детектора, как правило, в течение нескольких минут перед использованием, хотя некоторые умеренно чувствительные инфракрасные камеры не нуждаются в этом. Многие тепловизоры, включая некоторые камеры переднего обзора в инфракрасном диапазоне (например, некоторые системы улучшенного обзора LWIR (EVS)), также не охлаждаются. Камеры средней волны (MWIR) работают в диапазоне 3–5 мкм. Они способны видеть почти так же хорошо, поскольку эти частоты меньше подвержены поглощению водяным паром, но обычно требуют более дорогостоящего сенсорного массива, а также криогенного охлаждения. Многие системы камер используют цифровую обработку изображений для повышения качества изображения. Сенсорные массивы инфракрасных камер часто демонстрируют значительные различия в чувствительности между пикселями из-за ограничений производственного процесса. Для решения этой проблемы чувствительность каждого пикселя измеряется на заводе, и преобразование, чаще всего линейное, сопоставляет измеренный входной сигнал с выходным уровнем. Некоторые компании предлагают передовые технологии «синтеза», которые объединяют изображение видимого спектра с изображением инфракрасного спектра для достижения лучших результатов, чем при использовании изображения одного спектра.
Этимология
Термин "ориентированные вперед" используется для различения фиксированных тепловизионных систем, ориентированных вперед, от инфракрасных систем боковой съемки, также известных как "пуш-брум" (push broom) системы, и других тепловизионных систем, таких как системы визуализации, установленные на карданном подвесе, портативные системы визуализации и тому подобное. Системы "пуш-брум" обычно используются на самолетах и спутниках. Системы боковой съемки обычно включают в себя одномерный (1D) массив пикселей, который использует движение самолета или спутника для перемещения поля зрения 1D массива по поверхности земли, создавая двухмерное (2D) изображение со временем. Такие системы не могут использоваться для визуализации в реальном времени и должны быть направлены перпендикулярно направлению движения.
История
В 1956 году компания Texas Instruments начала исследования в области инфракрасных технологий, что привело к заключению нескольких контрактов на разработку линейных сканеров, а с добавлением второго зеркала сканирования – к изобретению первой инфракрасной камеры переднего обзора в 1963 году, серийное производство которой началось в 1966 году. В 1972 году TI разработала концепцию унифицированного модуля, что значительно снизило стоимость и позволило повторно использовать общие компоненты.
Стоимость
Стоимость оборудования для тепловидения в целом резко снизилась после разработки и производства недорогих портативных и стационарных инфракрасных детекторов и систем, основанных на микроэлектромеханических технологиях, для коммерческого, промышленного и военного применения. Ранее в старых конструкциях камер для сканирования изображения использовались вращающиеся зеркала, направляющие его на небольшой сенсор. В современных камерах от этого метода отказались, что позволило упростить конструкцию и снизить стоимость. Технология не требующая охлаждения, применяемая во многих продуктах систем улучшенного обзора при полете (EFVS или EVS), снизила стоимость до незначительной доли от цены более ранних систем с охлаждением, при сопоставимой производительности. EVS стремительно становится стандартом для многих операторов самолетов с неподвижным и вращающимся крылом – от самолетов Cirrus и Cessna до крупных бизнес-джетов.
Полицейские действия
В 2001 году Верховный суд Соединенных Штатов постановил в деле *Kyllo v. United States*, что осуществление наблюдения за частной собственностью (якобы для обнаружения высокоэмиссионных ламп, используемых при незаконном выращивании каннабиса) с помощью тепловизионных камер без ордера на обыск со стороны правоохранительных органов нарушает защиту от необоснованных обысков и арестов, гарантированную Четвертой поправкой к Конституции США. В 2004 году в решении по делу *R. v. Tessling* Верховный суд Канады установил, что использование воздушной инфракрасной съемки (FLIR) при наблюдении полицией допускается без необходимости получения ордера на обыск. Суд решил, что общий характер данных, собираемых FLIR, не раскрывает личной информации об обитателях и, следовательно, не нарушает права Тесслинга, закрепленные в статье 8 Хартии прав и свобод (1982). Ян Бинни разграничил канадское законодательство по отношению к решению по делу *Kyllo*, согласившись с мнением меньшинства в *Kyllo* о том, что государственные должностные лица не должны воздерживаться от использования своих чувств или оборудования для обнаружения выбросов в общедоступном пространстве, таких как избыточное тепло, следы дыма, подозрительные запахи, не имеющие запаха газы, взвешенные частицы или радиоактивные выбросы, любой из которых может указывать на угрозу для общества. В июне 2014 года самолет DHC 8M 100, принадлежащий канадской национальной программе воздушного наблюдения и оснащенный инфракрасными датчиками, сыграл ключевую роль в поисках Джастина Бурка, скрывавшегося после убийства трех сотрудников Королевской канадской конной полиции в Монктоне. Экипаж самолета использовал свою передовую тепловизионную камеру, чтобы обнаружить тепловую сигнатуру Бурка в густых зарослях в полночь. В ходе протестов в Балтиморе в 2015 году ФБР провело 10 воздушных разведывательных миссий с 29 апреля по 3 мая, в ходе которых, по словам пресс-секретаря ФБР Кристофера Аллена, осуществлялся сбор "инфракрасных и цветных изображений, полнокадрового FLIR-видео". Для сбора данных в ночное время использовалась многосенсорная камера FLIR Talon, оснащенная инфракрасным лазерным целеуказателем (невидимым для случайных наблюдателей) для освещения. Американский союз гражданских свобод выразил обеспокоенность по поводу внедрения новых технологий наблюдения без судебного контроля и общественного обсуждения. По словам Натана Весслера, юриста ACLU, "мы постоянно сталкиваемся с подобной ситуацией, когда речь идет о развитии технологий наблюдения. К тому времени, когда детали становятся известными, программы уже прочно укореняются, и их практически невозможно отменить, а также очень сложно установить ограничения и контроль".