Технологии активного камуфляжа достигают зрелости (часть 2)

Технологические вопросы

Камеры

Некоторые предложенные системы активного камуфляжа имеют камеры установленные прямо на маскируемом объекте, а некоторые системы имеют дистанционные ИК-камеры. Если схема системы такова, что камера должна устанавливаться прямо на маскируемый объект, то накладывается одно ограничение – камера должна быть либо активно закамуфлирована, либо быть достаточно маленькой. В настоящее время потребителям доступны множество моделей микрокамер, из них некоторые коммерческие миниатюрные цветные камеры могут подойти для определенных типов систем активного камуфляжа.

Разрешение и формирование изображения

При определении необходимого разрешения дисплея, необходимо принимать во внимание расстояние от дисплея до зрителя. Если наблюдатель находится всего в 2 метрах, тогда разрешение не должно намного превышать детализацию человеческого зрения на этой дистанции, то есть примерно 289 пикселей на см2. Если наблюдатель находится дальше (что обычно), то разрешение можно сделать ниже без ущерба для качества маскировки.

Кроме того, визуализация должна учитывать то, как меняется поле зрения наблюдателей в зависимости от расстояния, на котором они находятся от экрана. Например, человек, смотрящий на дисплей с расстояния 20 метров, может увидеть больше из того, что находится за дисплеем по сравнению с человеком, находящимся на расстоянии 5 метров. Следовательно, система должна определять с какого места смотрит наблюдатель, для того, чтобы подогнать изображение или размер изображения и определить его края.

Одним из решений по визуализации является создание 3-D цифровой модели окружающего пространства. Предполагается, что цифровая модель будет создаваться в реальном времени, так как вероятнее всего будет нецелесообразно досрочно моделировать местоположения реального мира. Стереоскопическая пара камер позволит системе определять местоположение, цвет и яркость. Процесс, названный визуализацией методом бегущего луча, предложен с целью перевода модели в 2-D изображение на дисплее.

Новые тканые нанокомпозитные материалы созданы с использованием магнитных и электрических полей с целью достижения точного положения функциональных наночастиц внутри и снаружи полимерных волокон. Эти нановолокна могут быть подогнаны с целью получения таких свойств как, например, подгонка окраски и контроль сигнатур в ближнем ИК-спектре для приложений активного камуфляжа

Схематическое представление активного камуфляжа, применяемого для маскировки человека, стоящего впереди группы людей

Дисплеи

Технологии гибких дисплеев разрабатывались более 20 лет. Были предложены многочисленные методы в попытке создать более гибкий, прочный, дешевый дисплей, также имеющий адекватное разрешение, контрастность, цветность, угол обзора и частоту обновления. В настоящее время, разработчики гибких дисплеев изучают требования потребителей с целью определения самой подходящей технологии вместо того, чтобы предложить единственное лучшее решение для всех приложений. Список имеющихся решений включает технологию световозвращающего проецирования RPT (Retro-reflective Projection Technology), органические светодиоды OLED (Organic Light Emitting Diodes), ЖК-дисплеи LCD (Liquid Crystal Displays),тонкопленочные транзисторы TFT (Thin Film Transistor) и электронную бумагу E-Paper.

Современные стандартные дисплеи (включая гибкие) предназначены только для прямого обзора. Следовательно, также должна быть разработана система, чтобы изображение было хорошо видно под различными углами. Одним из решений мог бы стать дисплей на основе массива полусферических линз. Также, в зависимости от положения солнца и наблюдателя, дисплей может быть значительно ярче или темнее окружающего пространства. Если имеется два наблюдателя, необходимо два разных уровня яркости.

В связи со всеми этими факторами, существуют большие ожидания от будущего развития нанотехнологий.

Технологические ограничения

В настоящее время, многочисленные технологические ограничения сдерживают производство систем активного камуфляжа для солдатских систем. Хотя некоторые из этих ограничений активно преодолеваются с предполагаемым решением в течение 5 – 15 лет (например, гибкие дисплеи), существуют еще несколько заметных препятствий, за которые еще необходимо преодолеть. Некоторые из них упомянуты ниже.

Яркость дисплеев. Одним из ограничений систем активного камуфляжа на базе дисплеев является недостаточная яркость для работы в условиях дневного освещения. Средняя яркость чистого неба составляет 150 Вт/м2 и большая часть дисплеев выглядят пустыми при полном дневном освещении. Будет необходим более яркий дисплей (с люминесценцией близкой к той, что есть в светофоре), что не является обязательным требованием в других областях разработки (например, компьютерные мониторы и информационные дисплеи не должны быть такими яркими). Следовательно, яркость дисплеев может стать тем направлением, которое будет сдерживать разработку активного камуфляжа. Кроме того, солнце в 230000 раз интенсивнее окружающего неба. Должны быть разработаны дисплеи равные по яркости солнцу для того, чтобы при прохождении системы перед солнцем она не выглядела подернутой дымкой или имела какие-то тени.

Вычислительные мощности. Основные ограничения активного управления изображением и его постоянного обновления с целью непрерывного обновления (незаметности) для человеческого глаза заключаются в том, что необходимо мощное программное обеспечение и большой размер памяти в управляющих микропроцессорах. Также, если учесть, что мы рассматриваем 3-D модель, которая должна строиться в реальном времени на основе методов получения изображений от камер, программное обеспечение и характеристики управляющих микропроцессоров могут стать главным ограничением. Кроме того, если мы хотим, чтобы эта система была автономной и переносилась солдатом, то переносной компьютер должен быть легким, небольшим и достаточно гибким.

Питание от батарей. Если принять во внимание яркость и размеры дисплея, а также необходимые вычислительные мощности, то современные батареи оказываются слишком тяжелыми и быстро разряжающимися. Если эта система должна переноситься солдатом на поле боя, необходимо разработать более легкие батареи большей емкости.
Положение камер и проекторов. Если рассматривать технологию RPT, то здесь значительным ограничением является то, что камеры и проекторы необходимо будет позиционировать заранее, и только для одного наблюдателя противника и что этому наблюдателю будет необходимо позиционироваться в точном положении перед камерой. Вряд ли это все будет соблюдаться на поле боя.

Камуфляж становится цифровым

В ожидании экзотических технологий, которые дадут возможность разработать истинный «покров невидимости», новейшим и значительным прогрессом в области камуфляжа является внедрение так называемых цифровых паттернов (шаблонов).

«Цифровой камуфляж» описывает микропаттерн (микрошаблон), формируемый некоторым количеством малых прямоугольных пикселей различных цветов (в идеале до шести, но обычно из соображений стоимости не более четырех). Эти микрошаблоны могут быть шестиугольными или круглыми или четырехугольными, они воспроизводятся в различных последовательностях по всей поверхности, будь это ткань или пластик или метал. Различные шаблонные поверхности схожи с цифровыми точками, которые формируют целостное изображение цифровой фотографии, но организованы они таким образом, чтобы размыть очертания и форму объекта.

Морские пехотинцы в боевой униформе MARPAT для лесистой местности

В теории, это гораздо более эффективный камуфляж по сравнению с макропаттернами стандартного камуфляжа, основанными на больших пятнах, в связи с тем, что он имитирует пестрые структуры и грубые границы, встречающиеся в природном окружении. Это основано на том, как человеческий глаз, и соответственно мозг, взаимодействует с пикселированными изображениями. Цифровой камуфляж лучше способен запутать или обмануть мозг, который не замечает шаблона, или заставить мозг видеть только определенную часть шаблона так, что действительные очертания солдата не различимы. Однако, для реальной работы пиксели должны рассчитываться уравнениями очень сложных фракталов, которые позволяют получить неповторяющиеся шаблоны. Формулирование таких уравнений непростая задача и поэтому цифровые камуфляжные шаблоны всегда защищаются патентами. Впервые представленный канадскими вооруженными силами как CADPAT и американским корпусом морской пехоты как MARPAT, цифровой камуфляж с того времени взял рынок штурмом и был принят многими армиями по всему миру. Интересно отметить, что ни CADPAT, ни MARPAT не доступны на экспорт, несмотря на то, что США не имеют проблем по продаже достаточно сложных систем вооружения.

Сравнение между обычными и цифровыми камуфляжными шаблонами для боевой машины

Канадский шаблон CAPDAT (лесная версия), шаблон MARPAT для морской пехоты (пустынный вариант) и новый сингапурский шаблон

Компания Advanced American Enterprise (AAE) заявила об усовершенствовании носимого активно/адаптивного камуфляжного «одеяла» (на фото). Устройство под обозначением Stealth Technology System (STS) доступно в видимом диапазоне и ближнем ИК-диапазоне спектра. Но это заявление, однако, вызывает значительную долю скептицизма

В настоящее время существует еще один подход... Исследователи из университета Ренселайера и Райса получили самый темный материал, когда-либо созданный человеком. Материал представляет собой тонкое покрытие, состоящее из разряженных массивов свободно выровненных карбоновых нанотрубок; он имеет общий показатель отражения 0,045%, то есть поглощает 99,955% падающего на него света. Как таковой, материал подходит очень близко к так называемому «суперчерному» объекту, который может быть фактически невидимым. На фото показано как новый материал с отражающей способностью 0,045% (в центре), значительно темнее 1,4% стандарта отражательной способности NIST (слева) и куска стекловидного углерода (справа)

Вывод

Системы активного камуфляжа для пехотинцев могли бы значительно помочь в скрытых операциях, особенно учитывая, что военные операции в городском пространстве становятся все более превалирующими. Традиционные камуфляжные системы сохраняют один цвет и форму, впрочем, в городском пространстве оптимальные цвета и шаблоны могут постоянно меняться каждую минуту.

Стремление только к одной возможной системе активного камуфляжа не представляется достаточно адекватным с целью проведения необходимой и дорогой разработки технологии дисплеев, вычислительных мощностей и мощности батарей. Впрочем, в связи с тем, что все это потребуется в других приложениях, вполне предсказуемо, что промышленность может разработать технологии, которые легко будут адаптированы для систем активного камуфляжа в будущем.

Тем временем, могут быть разработаны более простые системы, которые не дают в результате совершенной невидимости. Например, система, которая активно обновляет примерный цвет, будет более полезной по сравнению с существующими камуфляжными системами, вне зависимости от того, отображается ли идеальное изображение. Также, учитывая то, что система активного камуфляжа может быть более всего оправдана, когда позиция наблюдателя точно известна, можно предположить, что в самых ранних решениях могут быть использована для камуфляжа одиночная стационарная камера или детектор. Впрочем, в настоящее время доступно большое количество сенсоров и детекторов, не работающих в видимом спектре. Тепловой микроболометр или чувствительный сенсор, например, могут легко определить объект, маскируемый визуальным активным камуфляжем.

Использованы материалы:
Military Technology
en.wikipedia.org
www.defensereview.com
www.uni-stuttgart.de
www.baesystems.com

Источник: http://topwar.ru