Оптические средства добывания конфиденциальной информации
Оптико-механические приборы
Зрение человека играет исключительно важную роль в познании окружающего мира, так как примерно 90 % получаемой информации приходится именно на зрение и только 10 % — на другие органы чувств. Интерес к секретам конкурентов, с долей иронии, также может рассматриваться как тяга к познанию. Отсюда и стремление определенной категории людей к прослушиванию конкурентов и получению некоторой зрительно осязаемой информации, например, о содержании интересующих документов и фотографий, о внешнем виде собеседников или передаваемых предметов во время конфиденциальной встречи.
Однако мудрая природа, дав людям такой важный для восприятия окружающего мира прибор, существенно ограничила его возможности. Так, основными характеристиками человеческого глаза являются следующие:
>- мгновенное угловое поле зрения:
в горизонтальной плоскости составляет 65...95°;
в вертикальной плоскости — 60...72°;
>- расстояние наилучшего зрения — 250 мм;
>- время удержания взглядом изображения — 0,06 с;
>- область спектральной чувствительности лежит в диапазоне 0,37...0,72 мкм (рис. 1.4.1).
В соответствии с приведенной характеристикой максимальная восприимчивость для дневных условий соответствует темно-зеленому излучению с длиной волны Х = 0,54 мкм (поэтому на зеленом цвете глаз отдыхает), а в сумеречное время — излучению с длиной волны Х = 0,507 мкм — голубой цвет. Отсюда и известное выражение, что ночью все кошки серые.
Естественно и вечное стремление людей расширить границы своего зрения. Люди старались улучшить все характеристики зрения и создали огромное количество оптических приборов: для увеличения дальности наблюдения — зрительные трубы, бинокли и телескопы, для расширения области спектральной чувствительности — так называемые приборы ночного видения, для расширения поля зрения — системы телевизионного наблюдения, а для фиксации изображения — фотоаппараты, кино- и видеокамеры.
Наиболее древними из перечисленных являются так называемые оптико-механические приборы, позволяющие зрительно приблизить удаленные предметы. Несмотря на свой «преклонный возраст» они до сих пор очень популярны и практически незаменимы для наблюдения за конкурентами с больших расстояний или из укрытий.
Принцип действия таких приборов основан на том свойстве, что один и тот же предмет виден под большим углом при меньшей "дальности (рис. 1.4.2).
Так, если невооруженным глазом предмет виден под углом y1 , а оптическая система создает изображение, видимое под углом y2 то видимое увеличение, или кратность увеличения определяется выражением:
В простейшем случае такая телескопическая система представляет собой двухкомпонентную афокальную систему, изображенную на. рис. 1.4.3. Чем больше ее длина, тем меньше угол y1 (y111 < y11 при R11 > R1), а, следовательно, больше видимое увеличение Г. Так как величина угла y2 согласована с размерами и воспринимающей способностью глаза и для нормальных условий составляет значение y2 = 60°, то видимое увеличение оптико-механического прибора может быть оценено по диаметру входного отверстия объектива D, выраженного в миллиметрах:
Г[крат]=0,43D[мм].
(Хотя более Точное значение величины Г лежит в пределах от 0,2 до 0,75 D).
Ряс. 1.4.2. Схема формирования воображения на сетчатке глаза:
один и тот же предмет виден под большим углом (y2>y1) при меньшей дальности (R2 < R1)
Рис. 1.4.3. Двухкомпонентная телескопическая афокальная система
Однако надо иметь в виду, что чем больше кратность увеличения, тем меньше мгновенное угловое поле зрения q, которое связано с величиной угла y2, соотношением q = y2,
В отверстия объектива и окуляра могут быть вставлены различные линзы (выпуклые, вогнутые, выпукло-вогнутые и др.), но для целей получения конфиденциальной информации лучше всего подходят двояковыпуклые линзы. Такая оптическая система известна под названием системы Кеплера, или астрономической трубы.
Достоинством системы Кеплера является то, что в плоскости изображения может быть установлена сетка (шкала). Она позволяет решать измерительные задачи по определению дальности до объекта наблюдения, в то время как другие оптические системы не могут быть использованы для этих целей.
Для того чтобы измерить расстояние R до объекта наблюдения, необходимо знать ориентировочный линейный размер объекта L, выраженный в метрах, и его угловой размер У. Последний определяется по шкале оптической системы в условных единицах, называемых тысячные (рис. 1.4.4, а). Величина У измеряется, исходя из цены деления шкалы (расстояния между двумя соседними делениями). Эта цена составляет 5 тысячных, такому же значению соответствует собственный размер малого штриха деления. Расстояние между двумя большими делениями и размер штриха большого деления — 19 тысячных.
Значение расстояния R (м) рассчитывается по формуле:
Так, например, на рис. 1.4.4, а представлен случай, когда в поле зрения оптической системы находятся человек и автомобиль.
Рис. 1.4.4. Определение расстояния до объекта:
а — по шкале, установленной в оптической системе Кеплера;
б — с использованием линейки или других подручных средств
Известно, что средний рост человека составляет 1 м 70 см (L = 1,7 м), а его угловой размер для случая, изображенного на рисунке, У= 10 тысячных, таким образом расстояние от наблюдателя до человека составляет величину:
Длина другого объекта — автомобиля около 4,5 м (L = 4,5м), его угловой размер — У= 15 тысячных, следовательно дальность до автомобиля в рассметриваемом примере имеет значение:
Однако необходимо знать, что существует метод оценки дальности до объекта и с помощью подручных средств, например обычной линейки. Он основан на том, что угловой размер 1 мм на удалении 50 см от глаз составляет около 2 тысячных. Таким образом, если определить величину видимого размера объекта на удалении 0,5 м от глаз, то примерное расстояние будет иметь значение:
где d [мм] — видимый размер объекта на удалении 0,5 м. Для случая, изображенного на рис. 1.4.4, б, линейный видимый размер фигуры имеет значение d » 10 мм, а реальный размер — L » 0,5 м. Следовательно, дальность до объекта:
Вместо линейки может быть использован любой другой небольшой предмет геометрические размеры которого известны: спичечная коробка, карандаш, пластиковая карта, бумажная купюра и т. п.
Основной недостаток оптической системы Кеплера — переворачивание изображения, из-за чего наблюдатель видит все вверх ногами. Для устранения недостатка в систему вводят компоненты, обеспечивающие восстановление нормального положения изображения. В качестве таких элементов используют либо дополнительные линзы (рис. 1.4.5, а), например в подзорных трубах или телескопах, либо призмы (рис. 1.4.5, б), например в биноклях (рис. 1.4.6) или артиллерийских панорамах.
Для ведения скрытного наблюдения необходимо тщательно выбирать позицию с учетом местных условий и окружающего ландшафта. Для этих целей идеально подходят густая листва деревьев, различные строения, места складирования крупногабаритных предметов. Однако в ряде случаев оказывается затруднительно выбрать удобное место, и наблюдение приходится вести из-за угла, через препятствие и т. п. В этом случае хорошую услугу могут оказать упомянутые выше артиллерийские панорамы или другие оптические системы перископического типа, имеющие достаточно малые геометрические размеры входного объектива и изменяющие направление распространения оптических лучей.
Простейший перископ может быть изготовлен своими силами с использованием всего двух параллельно расположенных зеркал (рис. 1.4.7). Каркас для него также несложно сделать, применяя плотный картон, древесно-волокнистую плиту (ДВП), пластик.
Ведя скрытое наблюдение за объектом с помощью оптико-механического прибора, необходимо помнить о таком коварном демаскирующем
Рис. 1.4.5. Восстановление нормального изображения в приборах с оптической системой Кеплера:
а — зрительные трубы и телескопы; б — бинокли и артиллерийские панорамы
факторе, как солнечные блики на стекле вашей оптической системы, которые могут быть видны на расстоянии, достигающем нескольких километров. Чтобы не быть обнаруженным, необходимо выбирать позицию. Для наблюдения таким образом, чтобы прямые солнечные лучи не попадали на оптические стекла. Также надо знать, что существуют профессиональные оптические приборы, например военного назначения, с так называемой просветленной оптикой. Их отличительной особенностью является то, что на поверхность стекла входного объектива нанесена специальная пленка, толщина которой подобрана таким образом, чтобы лучи света, отраженные пленкой и стеклом, взаимно компенсировались,
Рис. 1.4.6. Оптико-механические приборы для наблюдения за объектами с больших расстояний:
а — полевой бинокль с 20-кратным увеличением; б — бинокль фирмы Pentax с 10-кратным увеличением; в — 8-кратный монокуляр фирмы Pentax с блендой; г — 8-кратные мини-монокуляры для скрытного наблюдения; д — 6-кратный бинокль фирмы Olympus
Рис. 1.4.7. Перископическая система для скрытного наблюдения
исключая появление бликов. Приборы с просветленной оптикой имеют
характерный темный цвет входных линз объектива.
Хорошей защитой от бликов может служить и бленда — специальный козырек в виде раструба, надеваемого на объектив оптического прибора. Она, во-первых, предотвращает попадание прямых солнечных лучей на вход объектива, а, во-вторых, существенно ослабляет переотражение лучей за счет специальной формы внутренней поверхности (рис. 1.4.6, в; 1.4.8).
В качестве примера современного оптико-механического прибора можно привести компактный бинокль британской фирмы ВСВ International.
ВСВ Compact 8х21 — оптический прибор для наблюдений, выполненный в ударопрочном и пыленепроницаемом корпусе с резиновым покрытием. При габаритных размерах 9,5х7х4 см его масса не превышает ;• 200 г. Линзы диаметром 21 мм имеют мгновенный угол поля зрения 7° и 8-кратное увеличение, что дает возможность наблюдать за участком местности шириной 130 м на дальности до 1000 м. Фокусировка и оптическая сила линз регулируются в зависимости от индивидуальных особенностей наблюдателя.
Приборы ночного видения
Рассмотренные выше оптико-механические приборы позволяют вести наблюдение при освещенности, близкой к нормальной (в светлое время суток), и при удовлетворительных погодных условиях (ясно или слабая дымка).
Естественно, что в жизни возникают ситуации, когда условия наблюдения затруднены — это вечернее или ночное время суток, чердаки, подвалы и т. п. В этих условиях неоценимую услугу могут оказать так называемые 
Рис. 1.4.8. Устройство защиты оптической системы от солнечных бликов
приборы ночного видения и тепловизоры, работающие в ближнем инфракрасном (ИК) диапазоне длин волн (X = 0,8...1 мкм).
Основное отличие между первыми и вторыми заключается в том, что тепловизоры реагируют на температурный контраст и поэтому принципиально не работают без охлаждения оптического приемника. Именно это обстоятельство говорит за то, что применение тепловизоров в интересах промышленного шпионажа маловероятно — преимущества при таком целевом назначении они дают незначительные, а по массогабаритным характеристикам существенно уступают приборам ночного видения. Так, на* пример, переносной тепловизорД-4 имеет габариты 195х212х260 мм и массу 3,4 кг, аналогичные характеристики и у прибораТМ-100. Это, примерно, в 4—10 раз больше, чем у приборов ночного видения, а «легкий и компактный» тепловизионный датчикV3900 (GEC-Masrconi Ltd — Великобритания), вообще имеет массу около 32 кг. Вследствие этого обстоятельства тепловизионные системы здесь рассматриваться не будут.
Главными достоинствами приборов ночного видения являются:
>- возможность наблюдения объекта в полной темноте или в условиях слабой освещенности;
>- меньшее по сравнению с видимой областью спектра затухание электромагнитных волн ИК-диапазона в осадках.
К недостаткам приборов следует отнести:
>- значительно худшую разрешающую способность, связанную с большой длиной волны (человека, например, можно опознать только по силуэту, так как черты лица не распознаются);
>- нечувствительность человеческого глаза к ИК-излучению.
Для того чтобы объединить достоинства оптико-механических приборов и ИК-приборов и устранить (уменьшить) недостатки последних приборы ночного видения строятся по схеме, изображенной на рис. 1.4.9.
Здесь оптико-механическая система аналогична рассмотренным выше оптико-механическим приборам, и именно она определяет такие характеристики прибора, как мгновенный угол поля зрения и кратность увеличения.
Электрооптический преобразователь преобразует ИК-излучение в видимое, выводя его на небольшой встроенный экран. Эта часть устройства принципиально не работает без источника электрического питания, что можно отнести к еще одному из недостатков приборов ночного видения. В качестве устройства фиксации изображения обычно выступает человеческий глаз или фотоаппарат.
Приборы ночного видения могут работать как в пассивном, так и в активном режиме. Пассивный режим применяется при наличии собственного излучения объекта наблюдения и в условиях слабого рассеянного излучения случайных искусственных или естественных источников, уровень которого превышает 10-5 лк (см. рис. 1.4.16). Активный режим используется в условиях полного отсутствия освещения. Он сопровождается применением источника подсветки объекта наблюдения. Таким источником может быть лазер, например полупроводниковый или на стекле с неодимом, или специальный ИК-прожектор. Прожекторы с мощностью излучения до 100—120 Вт функционируют, как правило, от автономных источников с напряжением питания 12 В. Диапазон расстояний, подсвечиваемых такими прожекторами, варьируется в диапазоне 10... 110 м, в зависимости от мощности источника и ширины луча, вид последнего формируется специальными насадками.
Технические характеристики ряда приборов ночного видения и источников подсветки приведены ниже, а внешний вид некоторых из них — на рис. 1.4.10 и 1.4.11 соответственно.
Устройства ночного видения
РКЗОО — прибор ночного видения, предназначенный для получения фотоснимков на стандартную пленку 35 мм. Применяется с объективами, имеющими фокусное расстояние 75 мм (светосила — F 1,4), фокусное расстояние — 135 мм (светосила — F 1,8) или 180 мм (светосила — F 2,8), угол зрения — 13,7°. Габариты: диаметр — 75мм,
Рис. 1.4.9. Структурная схема прибора ночного видения
Рис. 1.4.10. Приборы ночного видения:
а — монокуляр DEDAL-0410; б — монокуляр RETRON RN-M02; в — бинокуляр RETRON RN-B03; г — активный ночной наблюдательный прибор с импульсной лазерной подсветкой; д — очки ночного видения OR 11
Рис. 1.4.11. Средства подсветки объекта наблюдения ИК-лучамк
а — лазерный источник излучения фирмы Dedal; б — инфракрасный лазерный осветительный прибор РК765; в - ИК-прожектор РК-325; г - ИК-прожекторы фирмы Dennari
длина — 350 мм; вес — 1,9 кг. Для фиксации изображения может комплексироваться с фотоаппаратом или видеокамерой.
PK1260-S — прибор ночного видения, предназначенный для получения фотоснимков объектов, находящихся на расстоянии до 10 км. Использует обычную фотопленку 35 мм.
РК1245 — прибор для наблюдения удаленных объектов в условиях слабой освещенности (до 10-5 лк), фокусное расстояние объектива — 25 мм, светосила — F 1,4, угол зрения — 40°. Напряжение питания — 6,75 В, время непрерывной работы — 20 часов. Вес — 980 г. Выполнен в виде бинокля;PK1245-S — в виде шлем-маски.
РК305 — прибор ночного видения активного типа, предназначенный для наблюдения объектов в условиях полного отсутствия освещенности. Имеет объектив с фокусным расстоянием 135 мм и светосилой объектива F 2,8. ИК-прожектор имеет мощность 35 Вт и обеспечивает дальность наблюдения до 350 м. Собственный источник питания с напряжением 8 В обеспечивает время непрерывной работы 1,5 часа. Габариты прибора — 250х280х80 мм, вес — 1,3 кг.
Dedal-220 — монокулярный прибор ночного видения с угловым полем зрения прибора 28° в вертикальной и горизонтальной области. Диаметр объектива — 37 мм, светосила — F 1,0, кратность увеличения — 1,3. Усиление яркости изображения, создаваемое прибором, достигает 30 000. Габаритные размеры — 122х58х58, вес — 8 кг. Время непрерывной работы — 40 часов.
Dedal-040 — прибор ночного видения, выпускаемый как в монокулярном, так и бинокулярном исполнении. Угловое поле зрения прибора в зависимости от конструктивного исполнения лежит в диапазоне 14°... 17°. Диаметр объектива — 85—100 мм, светосила — F 1,5...F 2,0, кратность увеличения — 1,9... 3,2. Усиление яркости изображения, создаваемое прибором, достигает 50 000. Габаритные размеры монокуляра — 210х76х93, бинокуляра — 325х76х103 мм, вес, соответственно, 1,12 и 1,52 кг. Время непрерывной работы — 50 часов.
Spylux — прибор ночного видения индивидуального применения. Заключен в прочный и компактный корпус, дает высококонтрастное изображение с хорошим разрешением при низких уровнях освещенности. Прибор имеет окуляр с регулированием фокусировки, кнопку включения— выключения и держатель объектива типа С с адаптером, дающим возможность менять объектив в соответствии с условиями наблюдения.
Стандартно прибор поставляется с объективом диаметром 75 мм и светосилой F 1,4. Масса прибора — 0,5 кг, напряжение питания — 2,0... 5,0 В, потребляемый ток — 16 мА.
EEV Nite-Watch Plus — самый компактный и легкий из приборов ночного видения фирмы EEV (Великобритания). Его масса (с объективом и батареей) составляет 330 г, габаритные размеры — диаметр 46х120 мм. Его легко спрятать в кармане. Прибор может комплексироваться через адаптеры с различными кино-, фото- и видеокамерами. Усиление яркости в приборе составляет не менее 20 000. Продолжительность непрерывной работы от одной батареи — 3 часа. Источник питания — литиевый элемент типа DL1/3N с напряжением 2,5...3,5 В. Потребляемый ток — 18 мА.
EEV Black Watch — прибор, специально разработанный для таких применений, как скрытое фотографирование и видеонаблюдение. Усиление яркости изображения, создаваемое прибором, достигает 2 000 000, что позволяет получать высококачественные фотографии в самых неблагоприятных условиях.
Источники ИК-подсветки
РК765 — ИК-лазер с длиной волны 0,85 мкм и мощностью излучения в импульсе 180 мВт. Имеет форму цилиндра диаметром 65 мм и длиной 200 мм, напряжение питания — 12 В.
IL-7/LR — лазерный ИК-прибор подсветки, предназначенный для использования с приборами ночного видения при очень низких уровнях освещенности. Расходимость пучка регулируется от интенсивного карандашного пучка для точечной подсветки до пучка с расходимостью 40°. Масса прибора — 130 г с батареей электропитания, габариты — 63х50х20 мм. Длина волны излучения — 0,83 мкм, минимальная выходная мощность — 15 мВт. Электропитание — батарея литиевых элементов типа АА с напряжением 3,5 В. Продолжительность непрерывной работы — 5—20 часов.
PK1420-S — ИК-прожектор, предназначенный для подсветки фотографируемого объекта ИК-лучами. Дальность подсветки — 10—100 м. Диаметр прибора — 130 мм, длина — 240 мм, вес — 720 г.
РК325 — ИК-прожектор, работающий в диапазоне длин волн 0,82...0,98 мкм. Мощность — 110 Вт, дальность подсветки достигает 500 м. Напряжение питания — 220/110/12 В. Габариты: диаметр — 260 мм, длина — 200 мм. Вес — 2 кг.
Minilight 500 — миниатюрный ИК-излучатель на основе галогенной дихроичной лампы. В зависимости от модификации мощность лампы может быть 20 или 50 Вт. Напряжение питания — 12В. ИК-фильтр, предназначенный для задержки видимого света, пропускает излучение с длиной волны 0,84 мкм. Размеры источника излучения — 65х65х115 мм, масса — 350 г.
AVS IR-1/48V — светодиодный ИК-излучатель с длиной волны излучения 0,88 мкм. Минимальная дальность подсветки — 70 м, расходимость пучка — 30°, потребляемая мощность — 48 Вт. Питание осуществляется от источника постоянного напряжения 10—14 В. Габаритные размеры — 160х160х100 мм.
При ведении наблюдения с использованием приборов ночного видения необходимо учитывать следующие факторы:
>- оптимальная дальность ведения наблюдения составляет несколько десятков метров;
>- в поле зрения прибора не должно быть ярких источников света, так как их излучение может ослепить прибор или даже вывести из строя;
>- работать в активном режиме следует только в том случае, если точно известно, что объект наблюдения не использует приборы ночного видения, иначе вы будете им обнаружены.