Seekers and Electro‑Optical Systems

Published by Aerospace Channel

وقتی می‌گوییم فلان موشک یا پهپاد مجهز به «سیستم اپتیکی» است، تصور عمومی خیلی سریع به سمت یک دوربین معمولی کشیده می‌شود؛ یک دوربین معمولی که از محیط فیلم و عکس می‌گیرد و تصویر را به اپراتور یا رایانه منتقل می‌کند. اما در سامانه‌های نظامی، واژه «اپتیک» معنای بسیار گسترده‌تری دارد.

چیزی که ما به‌عنوان یک دوربین می‌بینیم، ممکن است در واقع مجموعه‌ای از چند حسگر باشد که هرکدام جهان را در یک بخش کاملاً متفاوت از طیف الکترومغناطیسی مشاهده می‌کنند. یک حسگر ممکن است نور مرئی را ببیند، دیگری نور مادون‌قرمز نزدیک (NIR) یا مادون‌قرمز کوتاه‌موج (SWIR) را دریافت کند و حسگر دیگری اساساً به جای نور بازتاب‌شده، تابش حرارتی خود اجسام را در باندهای MWIR یا LWIR مشاهده کند.

به همین دلیل، یک هدف واحد می‌تواند در مقابل هرکدام از این دوربین‌ها ظاهر کاملاً متفاوتی داشته باشد. یک خودرو در تصویر مرئی، صرفاً بدنه و رنگ خود را نشان می‌دهد. همان خودرو در SWIR ممکن است بر اساس جنس مواد و میزان بازتاب در طول‌موج‌های مختلف دیده شود. در تصویر حرارتی نیز ممکن است موتور، اگزوز و سایر نقاط گرم آن کاملاً برجسته شوند؛ حتی اگر محیط اطراف در تاریکی مطلق قرار داشته باشد.

بنابراین، وقتی درباره سیستم‌های اپتیکی یک پهپاد، موشک، هواگرد یا سامانه شناسایی صحبت می‌کنیم، در واقع با یک «چشم» واحد طرف نیستیم. در بسیاری از سامانه‌های مدرن، چند چشم متفاوت به‌طور هم‌زمان به یک صحنه نگاه می‌کنند؛ چشم‌هایی که هرکدام اطلاعاتی را می‌بینند که دیگری اساساً قادر به دیدن آن نیست.

اما پیش از ورود به خود سامانه‌های اپتیکی، باید ابتدا محدوده‌ای را که این حسگرها در آن فعالیت می‌کنند از منظر فیزیکی بررسی کنیم. تفاوت میان Visible، NIR، SWIR، MWIR و LWIR صرفاً تفاوت چند عدد در طول موج نیست؛ هرکدام در بخشی از طیف قرار گرفته‌اند که قوانین انتقال انرژی، رفتار اتمسفر و نحوه برهم‌کنش تابش با ماده در آن متفاوت است.

در این بحث، عملاً از محدوده حدود 0.4 میکرومتر تا 14 میکرومتر حرکت می‌کنیم؛ یعنی از نور مرئی تا مادون‌قرمز بلند. فرکانس این محدوده تقریباً از 750 تراهرتز در انتهای کوتاه‌موج مرئی تا حدود 21 تراهرتز در انتهای LWIR کاهش پیدا می‌کند. از آنجا که انرژی فوتون با رابطه E = hf = hc/λ تعیین می‌شود، کاهش طول موج به معنی افزایش فرکانس و انرژی فوتون است؛ اما اهمیت عملی این موضوع در سامانه‌های تصویربرداری بیشتر از آنجا ناشی می‌شود که با تغییر طول موج، مکانیزم غالب تعامل تابش با ماده نیز تغییر می‌کند.

تقسیم‌بندی مورد بحث تقریباً شامل این باندهاست:

Visible: حدود 0.4 تا 0.7 µm

NIR: حدود 0.7 تا 1 µm

SWIR: حدود 1 تا 2.5 µm

MWIR: حدود 3 تا 5 µm

LWIR: حدود 8 تا 14 µm

در میان این باندها دو موضوع بنیادی وجود دارد که تقریباً تمام تفاوت‌های بعدی از آن‌ها ناشی می‌شوند: منشأ فوتون‌هایی که از صحنه دریافت می‌شوند و نحوه عبور آن فوتون‌ها از جو و برهم‌کنش آن‌ها با ماده.

NIR | Near-Infrared

محدوده: تقریباً 0.7–1.0 µm، معادل حدود 300–430 THz و انرژی فوتونی حدود 1.24–1.77 eV. مرز NIR در برخی استانداردها تا 1.1، 1.4 یا 1.7 µm نیز تعریف می‌شود.

از نظر فیزیکی هنوز عمدتاً یک باند بازتابی (Reflective) است؛ یعنی در شرایط طبیعی، بخش اصلی سیگنال از تابش خورشید یا منابع مصنوعی آمده و پس از برهم‌کنش با سطح هدف دریافت می‌شود، نه از تابش حرارتی خود جسم.

مهم‌ترین ویژگی NIR، تغییر محسوس Reflectance Spectrum مواد نسبت به مرئی است. ساختار الکترونی و میکروسکوپی سطوح باعث می‌شود موادی که در مرئی مشابه‌اند، در NIR رفتار بازتابی کاملاً متفاوتی داشته باشند. پوشش گیاهی نمونه کلاسیک است: جذب کلروفیل در قرمز کاهش می‌یابد و پس از حدود 0.7 µm یک جهش شدید بازتابی موسوم به Red Edge ایجاد می‌شود.

از نظر اتمسفری، افزایش طول موج باعث کاهش شدید Rayleigh Scattering می‌شود؛ شدت این پراکندگی تقریباً متناسب با معکوس توان ۴ طول موج است. بنابراین NIR در مقایسه با بخش آبی/سبز مرئی، از این نظر انتقال جوی بهتری دارد. اما در مه، دود و گردوغبار، پراکندگی ذرات معلق خصوصاً Mie Scattering می‌تواند غالب شود؛ بنابراین NIR را نباید ذاتاً «ضد دود» یا «ضد مه» دانست، چونکه محدودیت های قابل توجهی دارد.

آب و رطوبت نیز در NIR رفتار طیفی مشخصی دارند و با افزایش طول موج، جذب آب افزایش پیدا می‌کند؛ با این حال حساسیت طیفی به رطوبت و ترکیب مواد در NIR معمولاً از SWIR محدودتر است.

یکی از مزیت‌های مهم NIR، طول موج کوتاه و در نتیجه قابلیت دستیابی به تفکیک مکانی بالا است. برای یک دهانه اپتیکی مشخص، NIR نسبت به MWIR/LWIR محدودیت پراش کمتری دارد. همچنین تابش خورشیدی NIR در روز فراوان است و در شب می‌توان با NIR Illumination صحنه را به‌صورت فعال روشن کرد. البته محدودیت‌های ساختاری زیادی دارد و در سامانه‌های با فاصله زیاد، عملاً غیرقابل اجرا است. ایجاد یک نور مصنوعی در NIR برای محیط تنها در فواصل نزدیک عملی است.

محدودیت اصلی آن نیز همین ماهیت بازتابی است: در تاریکی واقعی، با حذف فوتون‌های محیطی، سیگنال به‌شدت افت می‌کند. یک جسم گرم صرفاً به دلیل دمای بالا الزاماً در NIR برجسته نمی‌شود؛ زیرا قله تابش حرارتی اجسام در دماهای معمول در طول‌موج‌های بسیار بلندتر، عمدتاً MWIR/LWIR، قرار دارد.

پس اصولاً NIR با دوربین Thermal  که ما می‌شناسیم متفاوت است.

SWIR | Short-Wave Infrared

محدوده: تقریباً 1–2.5 µm، معادل حدود 120–300 THz و انرژی فوتونی حدود 0.5–1.24 eV. در برخی سامانه‌ها، SWIR را تا حدود 3 µm نیز تعریف می‌کنند.

در SWIR همچنان عمدتاً یک باند بازتابی است، اما نسبت به NIR، برهم‌کنش تابش با ماده به‌شدت غنی‌تر می‌شود. در این محدوده، ارتعاشات مولکولی و Overtone/Combination Bands باعث ایجاد نواحی جذب مشخص می‌شوند؛ به همین دلیل ترکیب شیمیایی و ویژگی‌های فیزیکی مواد، اثر بسیار بیشتری بر طیف بازتاب دارد.

مهم‌ترین نمونه، آب است. جذب H₂O در حوالی 1.4 و 1.9 µm بسیار شدید است؛ بنابراین رطوبت سطح، پوشش گیاهی، خاک، آب و بسیاری از مواد آلی می‌توانند در SWIR امضای طیفی مشخصی ایجاد کنند. این ویژگی SWIR را از یک تصویر صرفاً «ظاهری» به ابزاری برای تفکیک جنس و وضعیت مواد تبدیل می‌کند.

از نظر اتمسفری، SWIR در برخی پنجره‌های طیفی انتقال بسیار مناسبی دارد و نسبت به مرئی پراکندگی Rayleigh بسیار کمتری تجربه می‌کند. در نتیجه، در شرایط haze، دود و غبار سبک می‌تواند کنتراست بسیار بهتری نسبت به مرئی ارائه دهد. با این حال، در دود یا مه شدیداً متراکم، پراکندگی ذرات همچنان می‌تواند محدودکننده باشد و SWIR ذاتاً نفوذکننده مطلق نیست. اما برخلاف دید مرئی که در این ناحیه ذاتاً کور می‌شود، SWIR دید حداقلی بهتری ارائه می‌دهد.

یکی از ویژگی‌های مهم SWIR، امکان استفاده از تابش خورشیدی، نور مصنوعی یا Active SWIR Illumination است. بنابراین برخلاف تصور رایج، SWIR الزاماً محدود به روز نیست؛ در شب نیز با منبع مناسب می‌توان صحنه را در SWIR روشن کرد. با این حال، در نبود نور محیط یا منبع فعال، سیگنال بازتابی به‌شدت کاهش می‌یابد.

در واقع SWIR تصویربرداری حرارتی واقعی نیست. تابش حرارتی اجسام در دمای محیط عمدتاً در طول‌موج‌های بلندتر قرار دارد و بنابراین یک جسم صرفاً به دلیل گرم بودن، الزاماً در SWIR برجسته نمی‌شود. همین ویژگی در محیط هایی دود با دمای بالا بسیار پرکاربرد است. در یک محیط پوشیده از آتش و دود داغ، عملکرد این دوربین تفاوت خاصی با دود سرد نمی‌کند و دید پس‌زمینه اصلی به دلیل دمای بالای دود، مختل نمی‌شود.

مزیت مهم دیگر SWIR، طول موج کوتاه‌تر آن نسبت به باندهای حرارتی است؛ بنابراین با اپتیک مشابه، قابلیت دستیابی به تفکیک مکانی بالاتر و جزئیات ظریف‌تر دارد.

محدودیت اصلی همچنان همان بازتاب است. اگرچه می‌توان با روش های مصنوعی همانند NIR محیط را روشن کرد، اما در فواصل دور برای کاربرد نظامی (هدایت موشک و پهپاد) کاربردی نیست. در نتیجه در تاریکی کامل بدون روشن‌کننده، عملکرد آن افت می‌کند.

به طور کلی SWIR در جایی ارزشمند است که بخواهیم علاوه بر شکل و ساختار، رفتار طیفی و جنس مواد را نیز از صحنه استخراج کنیم؛ به‌خصوص در شرایطی که نور مرئی به‌تنهایی کنتراست کافی ایجاد نمی‌کند. این موضوع زمانی جالب می‌شود که توانایی تفکیک جنس مواد توسط SWIR وارد حیطه نظامی می‌شود. در حالی که اهداف فریب، از جنس چوب، پلاستیک و فوم و ... ، به سختی توسط دید مرئی قابل شناسایی و تفکیک هستند، توسط SWIR به سادگی از ساختار های فلزی و کامپوزیتی تشخیص داده می‌شود.

تصور کنید دو جنگنده روی رمپ پروازی است، یکی فریب و دیگری واقعی. در حالی که نور مرئی توانایی چندانی در تفکیک این دو هدف ندارد، با SWIR تفاوت فاحش به سادگی مشخص می‌شود و هدف اصلی از فریب مشخص می‌شود.

MWIR | Mid-Wave Infrared

محدوده: تقریباً 3–5 µm، معادل حدود 60–100 THz و انرژی فوتونی حدود 0.25–0.41 eV. این بازه یکی از مهم‌ترین پنجره‌های انتقال اتمسفری در مادون‌قرمز است.

در MWIR، سهم تابش حرارتی خود اجسام نسبت به باندهای Visible/NIR/SWIR اهمیت بسیار بیشتری پیدا می‌کند. طبق قانون پلانک، با افزایش دمای جسم، شدت تابش افزایش یافته و طبق قانون جابه‌جایی وین، قله طیفی آن به سمت طول موج کوتاه‌تر منتقل می‌شود. در نتیجه، اجسام با دمای بالا می‌توانند در MWIR سیگنال بسیار قدرتمندی ایجاد کنند.

این ویژگی باعث می‌شود منابع حرارتی با دمای بالا مانند شعله، اگزوز، موتور، توربین و سطوح داغ کنتراست بسیار بالایی نسبت به محیط ایجاد کنند. به‌خصوص برای اهدافی که اختلاف دمای قابل‌توجهی با پس‌زمینه دارند.

مزیت مهم MWIR نسبت به LWIR(که این راه هم توضیح می دهیم)، حساسیت بالاتر به اهداف داغ و همچنین وجود پنجره انتقال جوی مناسب در حدود 3–5 µm است. از طرف دیگر، طول موج کوتاه‌تر آن نسبت به LWIR امکان تفکیک مکانی بالاتر را با دهانه اپتیکی مشابه فراهم می‌کند.

اما MWIR همچنان تحت تأثیر جذب اتمسفری قرار دارد. بخار آب، CO₂ و سایر مولکول‌ها در طول‌موج‌های مشخص نوارهای جذبی ایجاد می‌کنند؛ بنابراین حتی درون بازه 3–5 µm نیز تمام طول‌موج‌ها عملکرد یکسانی ندارند. شرایط رطوبت، فاصله و مسیر جوی می‌تواند برد مؤثر را تغییر دهد.

یک نکته مهم دیگر، Solar Background است. برخلاف LWIR، در MWIR سهم تابش خورشیدی و بازتاب آن می‌تواند در برخی شرایط روزانه قابل‌توجه باشد؛ بنابراین MWIR کاملاً از محیط نوری مستقل نیست.

البته این حساسیت شدید به دمای بالا نیز دردسر های خاص خود را دارد. در محیط های بسیار گرم همانند چند متری نازل موتور جت، شدت تأثیر دما روی MWIR به حدی بالاست که آن قسمت بیشتر شبیه یکی توده حرارتی بزرگ و مطلق نمایش داده می‌شود. همچنین چنین رفتاری، در باقی تصویر هم اثر می‌گذراد و می‌تواند جزئیات قابل توجهی را از دست بدهد. این موضوع زمانی مهم‌تر می‌شود که در یک محیط حرارتی با دمای بالا حضور داریم. دید شدیداً وابسته به این حرارت دریافتی می‌شود و با تأثیر بر محیط، جزئیات بیشتری از دست می‌رود.

این موضوع هم کاربرد خود را دارد. به عنوان مثال در طراحی یک موشک حرارتی، به کارگیری این سامانه، می‌تواند مزیت بزرگی باشد؛ زیرا تفکیک حرارت موتور جت و فلر پرتاب شده از جنگنده (دو حالت حرارتی بسیار گرم)، با تفکیک خوبی می‌تواند از محیط اطراف انجام شود و جنگنده، از فلر بهتر تشخیص داده شود(البته بستگی به شرایط دوربین هم دارد).

به‌طور خلاصه، اگر SWIR بیشتر به رفتار طیفی و بازتابی مواد مربوط باشد، MWIR وارد قلمروی می‌شود که دمای خود هدف به یک منبع اصلی اطلاعات تبدیل شده است؛ خصوصاً زمانی که هدف داغ‌تر از محیط باشد.

LWIR | Long-Wave Infrared

محدوده: تقریباً 8–14 µm، معادل حدود 21–37 THz و انرژی فوتونی حدود 0.09–0.16 eV. این بازه یکی از مهم‌ترین پنجره‌های انتقال اتمسفری در مادون‌قرمز حرارتی است.

در LWIR، تابش حرارتی اجسام در دما های معمول محیط در محدوده بسیار مناسبی قرار می‌گیرد. برای جسمی در حدود 300 کلوین، طبق قانون وین، طول موج بیشینه تابش حدود 9.7 µm است؛ بنابراین بخش بزرگی از انرژی تابشی اجسام نزدیک دمای محیط در محدوده LWIR قرار می‌گیرد.

نکته اساسی اینجاست که در LWIR، وجود منبع روشنایی خارجی برای شکل‌گیری سیگنال حرارتی ضروری نیست. هر جسم بر اساس دما و Emissivity خود تابش می‌کند و همین تابش، اطلاعات اصلی صحنه را تشکیل می‌دهد. به همین دلیل، اختلاف دمای انسان، خودرو، موتور، زمین، ساختمان و پس‌زمینه می‌تواند به کنتراست حرارتی تبدیل شود.

یکی از مزیت‌های اصلی LWIR، عملکرد مستقل از نور مرئی است؛ بنابراین تاریکی شب به‌خودی‌خود مانع تصویربرداری نمی‌شود. همین ویژگی LWIR را به یکی از مهم‌ترین باندها برای دید حرارتی و کشف اهداف در شب تبدیل کرده است.

اما LWIR نیز کاملاً مستقل از محیط نیست. بخار آب، CO₂ و سایر گازهای جوی در این محدوده جذب دارند و به همین دلیل پنجره 8–14 µm به‌عنوان یک ناحیه نسبتاً مناسب برای انتقال جوی انتخاب می‌شود، نه اینکه کل محدوده کاملاً شفاف باشد. رطوبت بالا، بارش، مه و مسیرهای طولانی جوی می‌توانند باعث کاهش انتقال و کنتراست شوند.

از طرف دیگر، تابش حرارتی خود اتمسفر نیز وارد مسئله می‌شود. بنابراین حسگر عملاً تنها با «تابش هدف» مواجه نیست و تابش و جذب مسیر جوی نیز در سیگنال نهایی دخالت دارند.

محدودیت مهم دیگر LWIR، وابستگی شدید کنتراست به اختلاف دما و Emissivity است. اگر هدف و پس‌زمینه از نظر دمایی مشابه باشند، کنتراست حرارتی کاهش می‌ یابد. همچنین سطوح فلزی براق یا کم‌گسیل می‌توانند تابش محیط را منعکس کنند و تفسیر حرارتی را پیچیده‌تر کنند.

طول موج بلندتر LWIR نیز نسبت به NIR و SWIR یک هزینه فیزیکی دارد: برای رسیدن به تفکیک زاویه‌ای مشابه، دهانه اپتیکی بزرگ‌تر لازم است و محدودیت پراش شدیدتر می‌شود. بنابراین دستیابی هم‌زمان به برد زیاد و جزئیات مکانی بالا در LWIR به اپتیک و آشکارساز پیشرفته‌تری نیاز دارد.

یک محدودیت مهم دیگر، تابش حرارتی شدید است. شعله، انفجار، موتور بسیار داغ یا پس‌زمینه‌های حرارتی شدید می‌توانند کنتراست صحنه را مختل کرده یا در برخی سامانه‌ها باعث اشباع آشکارساز شوند. بنابراین «حرارتی بودن» به معنی مصونیت از همه شرایط نامساعد نیست.

با وجود همه این معایب، عملکرد مستقیم این باند در محیط نسبت به مرئی، آن را مورد علاقه همگان می‌کند. برخلاف سامانه های دیگر که عملکرد محدودی در شب دارند و یا به طور کامل ناتوان هستند، LWIR اساساً برای کار به نور مرئی نیازی ندارد و این یعنی کاربرد در عملیات شبانه. با LWIR دید محیطی بسیار خوبی در شب حاصل می‌شود.  همچنین در شب، به واسطه اختلاف دمای محسوس تر با روز، در صورت وجود دود و مه و گردوخاک، عملکرد LWIR می‌تواند مناسب باشد و اهداف در پس‌ زمینه هنوز قابل تشخیص باشند. اما در روز، همچنان به علت اثر حرارتی خورشیدی و نیز اجسام بازتاب دهنده قوی، عملکرد سامانه در دود غلیظ و با حرارت بالا، مه و گردوخاک می‌تواند محدودتر باشد.

به‌صورت خلاصه، اگر SWIR عمدتاً بازتاب و ویژگی طیفی ماده را آشکار می‌کند، LWIR بیشتر توزیع دما و تابش حرارتی صحنه را به تصویر تبدیل می‌کند؛ به همین دلیل دو حسگر می‌توانند از یک هدف واحد، اطلاعات کاملاً متفاوتی استخراج کنند.

مقایسه عملکردی:

در این تصویر، عملکرد یک دوربین MWIR که در فاصله حدوداً ۱۲ کیلومتری از یک فرودگاه واقع شده است، به خوبی مشهود است.

همانطور که گفته شد و پیداست، اثر حرارت بالای خروجی موتور جت هواپیما های مختلف در تصویر قابل رویت است.

یکی از مزایای این دوربین، ایجاد یک کنتراست تقریباً صفر و یکی برای نمایش اشیاء است. همانطور که پیداست، بدنه هواپیما بسیار تیره نمایش داده شده، در حالی که موتور کاملاً سفید است. دلیل اصلی این نیست که مثلاً بدنه هواپیما در حالت بسیار سردی است، دلیل این است که در این نوع دوربین، کنتراست با شدت بیشتری در ناحیه های نزدیک به گرما اعمال می‌شود. این موضوع، باعث تشخیص ساده‌تر شکل و شیپ هواپیما ها و تجهیزات موجود می‌شود.

محدودیت بزرگ آن هم حذف جزئیات است. همانطور که پیداست، نه شکل موتور به سادگی قابل تشخیص است و نه جزئیات دقیق‌ تر هواپیما. این درحالی است که اگر از دوربین SWIR استفاده میشد، بسیاری از جزئیات، حتی جزئیات بسیار کوچک موتور هم قابل رویت بود. (جزئیات در دوربین SWIR در نزدیکی منبع گرمایی حذف نمی‌شوند، چون اساساً این دوربین با طول موج حرارتی فاصله دارد.)

وقتی از معجزه دوربین SWIR در دود صحبت می‌کنیم، منظورمان چنین چیزی است!

این تصاویر، مربوط به ویدیوی تبلیغاتی منتشر شده توسط شرکت L3Harris ، برای دوربین های WASCAM نسخه MX-25 این شرکت است. (این شرکت یکی از غول های فناوری در زمینه این دوربین‌هاست و نمونه تولیدات آن، هم‌اکنون روی بسیاری از پهپادهای رزمی جهان، هلیکوپترها و حتی هواپیما های AC-130 نصب است.)

همانطور که پیداست، در تصویر پایین، محیط با دود پر شده و در دید بصری، امکان مشاهده وجود ندارد. همه چیز پشت دود پنهان شده است.

از طرفی اگر بخواهیم از دوربین LWIR یا MWIR برای مشاهده این وضعیت استفاده کنیم، وجود کوچکترین اختلاف حرارتی بین دود و منبع دود و محیط، می‌تواند دید را به طور قابل ملاحظه ای مختل کند. (البته اینجا چون تراکم دود قابل توجه نیست، این دو دوربین هم‌چنان دید حداقلی ارائه می‌دهند.)

تا بالآخره در تصویر بالا، دوربین SWIR روشن میشود! اصلاً انگار دودی وجود ندارد! منطقه پشت دود، به طور کاملاً واضح و شفاف، با همه جزئیات قابل مشاهده است و هیچگونه خللی در عملکرد دوربین مشاهده نمی‌شود.

باید توجه داشت که دوربین SWIR در شب اصلاً بلااستفاده نیست. عملکرد این دوربین، اساساً در محیط های با نور بسیار کم نیز اثبات شده است و میتوان به طور جدی روی آن حساب کرد.

در محیط مورد نظر، وجود کوچکترین منابع نوری، برای عملکرد مناسب دوربین SWIR کافی است و می‌تواند دید بسیار خوبی ایجاد کند.

علاوه‌بر این، در این دوربین ها مجموعه ای از الگوریتم های پردازش به کار می‌رود تا دید در شب برای SWIR بهینه شود. یکی از این الگوریتم‌ها، کاهش اثر منابع نوری در تصویر است. در این روش، منابع نوری قدرتمند در شب، به صورت عمدی اثر کمتری در تصویر می‌گیرند تا کنتراست ایجاد شده برای تشخیص بخش های کم‌نور تر در تصویر محسوس تر باشد. با اینکار، نواحی حتی بسیار دورتر از منبع نوری هم سهم کافی در تصویر پیدا می‌کنند و جزئیات آنها قابل تشخیص تر می‌شود.

عملکرد این دوربین زمانی مختل می‌شود و به طور جدی زیر سوال می‌رود که تقریباً هیچ فوتونی برای دریافت وجود نداشته باشد. یعنی مثلاً وسط یک بیابان به دور از مناطق مسکونی و نبود نور ماه.

بالاخره، کدام یک برای طراحی یک سیستم اپتیک برای هدایت یک موشک بالستیک، کروز یا پهپاد مناسب تر است؟!

برای این سوال، یک جواب مطلق وجود ندارد. کاربرد مورد نظر ما و محیط مورد استفاده باید به طور جدی بررسی شود.

به عنوان مثال، کشورهای هدف‌ما، اکثراً مناطق بسیار گرم و خشک هستند. پس از منظر بارندگی و ابر و مه، شاید محدودیت جدی برای کشور ما وجود نداشته باشد.

از طرف دیگر محیط پر از دود، چیزی شبیه مناطق جنگی اوکراین است. یک محیط پر از دود آتش‌سوزی و بمباران و ... . که در مورد اهداف کشور ما تقریباً چنین محدودیتی وجود ندارد. البته مسئله ریزگرد ها و غبار در کشور های عربی باید در بررسی و ارزیابی نیروهای مسلح برای استفاده از اپتیک مناسب قرار بگیرد.

از طرفی بسیاری از پایگاه های نظامی کشورهای عربی و بخصوص اسرائیل، در فاصله بسیار کمی از شهرها بنا شده اند. همانند پایگاه های حاشیه خلیج فارس که منطقه ای بسیار پرنور و فعال است. این یعنی دید مناسبی می‌تواند برای دوربین SWIR ایجاد شود و شاید نیازی به LWIR یا دوربین های دیگر نباشد.

از طرف دیگر، برای اجرای برخی عملیات های خاص، همانند عملیات های سرکوب پدافند، وجود دوربین‌های خاصی مثل LWIR و MWIR می‌تواند مزایای قابل توجهی ایجاد کند. به هیچ عنوان نمی‌توان اثر حرارتی رادارهای پرتوان سامانه هایی همانند پاتریوت یا THAAD را نادیده گرفت. علاوه بر این، اثر حرارتی ناشی از Power Unit های سامانه های پدافندی(بخصوص در THAAD) بسیار جدی و قابل توجه است و می‌توان روی آن نیز برای شناسایی راحت تر سامانه حساب ویژه ای باز کرد.

جدای از سیستم رادار و Power Unit سامانه و ... ، اثر حرارتی ایجاد شده توسط یک لانچر پدافندی هم بسیار مهم است. یک موشک پدافندی پس از شلیک، حرارت زیادی در نزدیکی خود لانچر، بدنه لانچر و زمین اطراف ایجاد می‌کند که می‌تواند همانند یک چراغ روشن در این دوربین ها باشد.

علاوه بر این، وجود یک دوربین MWIR در ثانیه‌های اولیه پرتاب می‌تواند خط واضحی از مسیر حرکت موشک پدافندی را به طور واضح مشخص کند.(همان کنتراست شدید ایجاد شده این‌جا می‌تواند شدیداً مفید باشد.)

بعلاوه که هرگز نمی‌توان گفت تنها یک دوربین برای نیاز عملیاتی کافیست. گاهی به کارگیری دو یا چند سنسور به صورت همزمان و تطبیق نتایج آن می‌تواند اطلاعات ارزشمندی در اختیار اپراتور قرار دهد.

به عنوان مثال به کارگیری همزمان دوربین های SWIR و LWIR در یک پهپاد پرسه‌زن(همانند هاروپ)، می‌تواند قابلیت ویژه‌ای در شناسایی دقیق اهداف، اولویت بندی اهداف و نیز تشخیص اهداف اصلی از فریب ایجاد کند.

یکی از نمونه‌های جالب بکارگیری همزمان چندین سنسور در یک سامانه پایش محیطی، در سامانه SkEye WAPS ساخت شرکت Elbit Systems اسرائیل وجود دارد. این سامانه، به لطف تجمیع تعداد قابل توجهی از سامانه‌های نامبرده به صورت همزمان و در همه جهات، کاربرد های عملیاتی بسیار جالبی را عموماً در پهپادهای هرمس۹۰۰ و هرمس۴۵۰ فراهم می‌کند.

فرض کنید پهپاد هرمس۹۰۰ مجهز به سامانه SkEye WAPS برفراز آسمان غزه یا جنوب لبنان در حال پرواز است. ارتفاع پروازی بالا و پوشش دقیق دوربین‌ها، منطقه وسیعی را به صورت همزمان اسکن می‌کند. ناگهان نیروهای مثلاً حزب‌الله لبنان، اقدام به شلیک راکت، موشک بالستیک یا ... به طرف هدفی در اسرائیل می‌کنند.

این سامانه بلافاصله و به لطف سنسور های متعدد و تطبیق داده های آنها با یکدیگر، بی‌درنگ موقعیت دقیق شلیک راکت یا موشک را پیدا کرده و اگر خود موقعیت مناسبی جهت شلیک نداشته باشد، به اولین واحد آماده اجرای آتش اطلاع می‌دهد! بسته به آمادگی قبلی یگان زرمی، منطقه مورد نظر لحظاتی بعد بمباران می‌شود یا ارتباطات و لجستیک عملیات به صورت دقیق دنبال می‌شود تا محل تمرکز، تجمع و پشتیبانی پیدا و آنجا نیز از بین برود.(اکنون بهتر متوجه اهمیت این پهپاد ها و پرواز آنها برفراز یک پایگاه موشکی کشورمان می‌شوید!)

به طور کلی انتخاب واحدی برای یک سامانه اپتیک وجود ندارد و شرایط محیطی، عملیاتی و نیاز داخلی در انتخاب سنسور مناسب بسیار موثر است. همچنین تجربه ثابت کرده که وجود چندین سنسور با هم در یک سامانه می‌تواند قابلیت های ویژه‌ای در سامانه ایجاد کند و توان دشمن را برای خنثی سازی سلاح کاهش دهد.

همچنین جدای از تکنولوژی فیزیکی دوربین‌ها و سنسورها، کار بر روی الگوریتم‌های پیشرفته شناسایی، فیلتر و دسته‌بندی تصاویر و اطلاعات هم اهمیت بالایی در کیفیت سامانه دارد. بخصوص امروزه که هوش مصنوعی به طور جدی در حال ورود به دنیای نوین نظامی است، بکارگیری آن می‌تواند قابلیت های یک سامانه را دگرگون کند.

چه بسا یک سامانه اپتیکی، از نظر فیزیکی بی‌همتا باشد اما به دلیل ضعف در موارد مذکور نرم‌افزاری، کاربرد عملیاتی محدودی داشته باشد؛ و چه بسا سامانه اپتیکی، که از نظر فیزیکی چندان هم قدرتمند و مدرن نیست، اما به لطف قابلیت های متعدد پایش تصویر، الگوریتم های اصلاح و فیلتر و بهبود سازی و ... و نیز بهره‌گیری از هوش مصنوعی در کنار اپراتور انسانی، قابلیت های عملیاتی ویژه ای برای نیروی نظامی خود ایجاد کند.

FINISH