Phát triển công nghệ nhìn đêm

Công nghệ nhìn đêm

Các công nghệ nhìn đêm đang được ứng dụng trên thế giới hiện nay là: Khuếch đại ánh sáng yếu, truyền hình ánh sáng yếu, cảm biến độ nhạy cao, ảnh nhiệt. Trong đó, khuếch đại ánh sáng yếu và ảnh nhiệt là hai công nghệ đang được sử dụng phổ biến. Công nghệ khuếch đại ánh sáng yếu là công nghệ ra đời sớm nhất và được sử dụng rộng rãi hiện nay, cả trong lĩnh vực quân sự và dân sự. Lịch sử phát triển của công nghệ này được phân chia làm nhiều thế hệ (Gen-generation) của bộ biến đổi quang điện (EOP).

Trong khi đó, công nghệ ảnh nhiệt (Thermal imaging) ra đời vào thập niên 1960, được xem là công nghệ bổ trợ rất tốt cho công nghệ khuếch đại ánh sáng yếu vào thời điểm đó. Ở công nghệ ảnh nhiệt, đầu thu ảnh nhiệt sẽ thu bức xạ nhiệt (ở vùng hồng ngoại, thông thường trong dải 3-5µm và 8-12µm) phát ra từ đối tượng quan sát và biến đổi tín hiệu nhiệt thành tín hiệu hình ảnh.

Khác biệt chính của hai công nghệ trên là dải phổ mà chúng hoạt động. Trong khi khuếch đại ánh sáng yếu bị giới hạn bởi dải bước sóng nhỏ hơn 1,2µm thì phần lớn các sự vật, con người, động vật... trên Trái đất đều phát ra bức xạ nhiệt có bước sóng từ 3µm trở lên. Tuy nhiên, vì mỗi công nghệ chỉ hoạt động trên một dải phổ nhất định nên hình ảnh quan sát được từ công nghệ cũng bị giới hạn, làm cho thông tin thu được trên hình ảnh bị mất đi nhiều, hạn chế khả năng quan sát trong các điều kiện khác nhau.

Để giải quyết vấn đề trên, có 3 hướng cơ bản: Sử dụng nhiều thiết bị quan sát độc lập; sử dụng thiết bị quan sát đa kênh (đa cảm biến); sử dụng thiết bị quan sát trộn ảnh (Fusion imaging). Thiết bị trộn ảnh đã trở thành một xu hướng công nghệ mới trong lĩnh vực quang điện tử hiện nay.

Thiết bị có từ hai cảm biến trở lên, hình ảnh được tích hợp với nguyên lý chung của trộn ảnh là sử dụng nhiều hình ảnh riêng biệt ghép trộn vào nhau để tạo ra một hình ảnh với hàm lượng thông tin nhiều hơn so với mỗi hình ảnh ban đầu, giúp người quan sát có thêm nhiều thông tin về đối tượng quan sát.

Thiết bị trộn ảnh quang học “Made in Việt Nam"

Hiện nay, có hai phương pháp trộn ảnh cơ bản, đó là trộn ảnh điện tử và trộn ảnh quang học. Trong hoạt động quân sự, trộn ảnh điện tử có ưu điểm là tín hiệu thu được từ thiết bị là dạng số, vì vậy dễ dàng truyền đến trung tâm chỉ huy, hoặc chia sẻ tới các thiết bị khác.

Tuy nhiên, hiện nay, các thiết bị còn nhiều nhược điểm do tín hiệu được xử lý trước và sau trộn nên khó đáp ứng quan sát thời gian thực; phần cứng chưa tối ưu để nhỏ, gọn, lại sử dụng năng lượng lớn và không phù hợp với các thiết bị đeo đầu, cầm tay.

Trong khi đó, trộn ảnh quang học với cách thức ghép chồng lên nhau nhiều hình ảnh riêng biệt thu được từ các kênh quan sát bằng hệ quang-cơ khí đã khắc phục được các nhược điểm của phương pháp trộn ảnh điện tử nên nhiều nước trên thế giới sử dụng phương pháp này để nghiên cứu, sản xuất các thiết bị nhìn đêm. 

Nhờ làm chủ công nghệ, cán bộ, kỹ sư Phòng Kỹ thuật quang hồng ngoại, Viện Vật lý Kỹ thuật (Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự) đã nghiên cứu thành công “Thiết bị trộn ảnh quang học ứng dụng kỹ thuật tách biên ảnh nhiệt”.

Trung tá Hà Công Nguyên, Trưởng phòng Kỹ thuật quang hồng ngoại cho biết: “Đây là thiết bị phức tạp. Trước hết, nhóm đề tài tiến hành thiết kế và gia công hệ chiếu ảnh, trong đó gia công các thấu kính và lăng kính nhỏ có độ khó lớn, đòi hỏi trình độ gia công điêu luyện. Ngoài ra, để làm nổi bật hình ảnh ảnh nhiệt trước khi trộn, nhóm đề tài sử dụng các phương pháp tách biên và xử lý phủ màu ảnh nhiệt. Một trong những nội dung khó là cơ cấu cơ khí phải gọn nhẹ, hiệu chỉnh được đồng trục hai kênh ảnh nhiệt và khuếch đại ánh sáng yếu, bảo đảm hình ảnh trộn sai lệch trong giới hạn cho phép nên chúng tôi sử dụng nguyên lý chiếu ảnh dạng vô tiêu (trộn ảnh trước). Qua đó, mô-đun ảnh nhiệt có thể tháo rời và dùng cho nhiều loại khí tài khác nhau”.

Sau gần hai năm nghiên cứu, chế tạo, “Thiết bị trộn ảnh quang học ứng dụng kỹ thuật tách biên ảnh nhiệt” đã được thử nghiệm quan sát trong các điều kiện khác nhau. Trong đêm tối, mục tiêu bị che khuất bởi các vật thể như bãi cỏ, lùm cây, hay mục tiêu lẩn khuất trong rừng, mục tiêu có nguồn sáng mạnh chiếu vào thì thiết bị trộn ảnh quang học đều có thể quan sát rõ ràng (trong khi thiết bị khuếch đại ánh sáng yếu và các thiết bị khác khó phát hiện, nhận dạng mục tiêu).

Các chỉ tiêu kỹ thuật, chiến thuật của “Thiết bị trộn ảnh quang học ứng dụng kỹ thuật tách biên ảnh nhiệt” do Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự nghiên cứu tương đương với các thiết bị đang được trang bị ở một số nước tiên tiến trên thế giới...