A NOVA GERAÇÃO DE ÓCULOS DE VISÃO NOTURNA (OVN) ILUMINA A GUERRA

Michael J Gething • Os OVN continuam tendo demanda. • Os tubos intensificadores de imagem existentes continuam sendo melhorados. • A fusão de Imagem - tanto ótica como digital - está em desenvolvimento.

O artigo fala sobre o passado, presente e o futuro da Visão Noturna. Oficialmente não existe a Ger4, pois ainda não há a Digitalização / Fusão de imagens. Uma vez que a Digitalização / Fusão de imagens tornar-se realidade, poderemos então dizer que isso se chamará Ger4.

O crescimento de operações noturnas tem aumentando a demanda dos óculos de visão noturna, enquanto a melhoria da performance vem sendo facilitada pelos avanços na tecnologia dos tubos intensificadores de imagem. Relatado por Michael J Gething*

A natureza da guerra modificou-se para sempre desde o dia 11 de Setembro de 2001. Não se pode conduzir uma guerra essencialmente de guerrilha / contra-insurgência em lugares como o Afeganistão e o Iraque com numerosos blindados e a ameaça de ataque nuclear somente. Onde os soldados estão lutando hoje, a ênfase está em ter mobilidade suficiente para desdobrar a tropa no terreno, tratando com a ameaça imediata, 24/7, com potência de fogo adequada e suporte de helicópteros.

Desde os anos da primeira Guerra de Golfo, muitos soldados dos Estados Unidos e europeus têm sido temperados para a guerra no deserto. No caminho, muitas lições aprendidas, e durante esse tempo, a utilização de equipamentos para ampliar a observação, em ambientes mais ásperos, foram reaprendidas, muitas vezes por caminhos árduos. Com o desenvolvimento pós 1945, o OVN passou a não ser mais um ítem luxuoso de um único homem em um pelotão - como um soldado num clipe de televisão, a distribuição de OVNs um-por-homem é uma questão necessária.

Deste modo, o que pode um soldado no terreno esperar de um OVN hoje? A sua resposta deveria ser: “ser capaz de ver na escuridão”. Na maioria dos exemplos, “vendo na escuridão” significa um ambiente escuro ao ar livre, onde,

durante a maior parte do tempo e na maior parte de lugares, sempre poderemos encontrar a luz ambiente (luar e estrelas principalmente) disponível. Sem denegrir a parte ótica da construção de um OVN, ele é um tubo de intensificação de imagem (II ou I2) e é, ao mesmo tempo, o coração do dispositivo. Ele reúne e enfoca esta luz ambiente e converte-o em uma imagem.

É geralmente aceitável que o Exército dos Estados Unidos esteja equipado com o OVN AN/PVS-7. Este é um óculos de segunda geração (Gen 2) de tubo I2 que pode ver um veículo alvo a uma distância de 170-180 m numa noite de céu nublado. Por mais que a tecnologia do tubo possa ser utilizada, o ponto em questão é que quanto maior a quantidade de luz ambiente, melhor o alcance. Quanto melhor a tecnologia do tubo, melhor a performance em condições de baixa luminosidade e apesar das expectativas em contrário, nos últimos anos a tecnologia continua avançando. Como Mark Hewish indicou há quatro anos (ver IDR 5/2002, pp28-37) "a intensificação de imagem é a tecnologia que se recusou a morrer".

A organização principal do desenvolvimento de dispositivos de visão noturna (abrangendo apontadores de armamento, dispositivos de observação portáteis bem como OVNs) nos EU é o Diretório de Visão Noturna e Sensores Eletrônicos (NVESD) do Comando de Pesquisas, Desenvolvimento e Engenharia do Exército dos Estados Unidos (RDECOM) e do Centro de Comunicações e Pesquisa Eletrônica, Desenvolvimento e Engenharia (CERDEC). Baseado em Fort Belvoir, Virginia, esse órgão está sendo responsável por muitos dos avanços e desenvolvimentos diretos neste campo. O Exército dos Estados Unidos (e outros órgãos americanos) tem demonstrado ser um vasto mercado de tais produtos, como o AN/PVS-7, a série de OVNs com mais de 150.000 unidades em ação.

Qualquer um pode afirmar confiantemente que o Exército dos Estados Unidos é o cliente principal de OVNs no mundo, com as companhias americanas de dispositivos de visão noturna ITT (Roanoke, Virginia) e Litton Electro-Optical Systems - adquirida pela Northrop Grumman (Rolling Meadows, Illinois) no primeiro quarto de 2001 - competindo para desenvolver tecnologia I2 e produtos.

Como principal cliente de tais produtos, o NVESD considera-se a autoridade para designação dos níveis de tecnologia aplicados à visão noturna, seja ele I2 ou sistemas termais (IR). Assim, “as gerações” mencionadas aqui representam mais uma linha de fabricação padrão do que a evolução na performance visual das imagens. Contudo, o governo dos Estados Unidos impôs uma restrição na exportação de tubos de I2 manufaturados nos EUA, baseados no que se menciona como “Figura de Mérito”, que é calculado multiplicando a resolução (pares de linha por milímetro) pela razão de sinal de interferência (signal-to-noise ratio ou SNR).

Com o advento dos tubos Ger 3 em meados dos anos 1980, o Exército dos Estados Unidos iniciou a aquisição de tubos e sensores da série Omnibus (Omni), que geraram grandes volumes de produção. De fato, tal foi o ritmo de

desenvolvimento de materiais e técnicas de fabricação que os tubos Ger 3 manufaturados hoje têm duas vezes a eficiência dos tubos originais como também são significativamente mais baratos para produzir. Em meados dos anos 1980, um OVN AN/PVS-7 tinha um alcance de aproximadamente 50 m (contra um alvo de um homem parado) e custava cerca de U$ 6.000,00. O mesmo produto, comprado em 1998 tinha o alcance aumentado para 160 m e custava menos do que U$ 3.000,00.

Uma nova possibilidade de aumento no desempenho do tubo surgiu ainda em meados dos anos 1990, quando o Exército dos Estados Unidos exigia novos desenvolvimentos na tecnologia de tubos I2, cobrindo tanto a performance como a confiança - uma então chamada Quarta Geração (Ger 4). O advento da película de barreira de íon, o “pulo do gato” do Ger 2 para Ger 3, tinha aumentado a confiança do tubo em cinco vezes, mas degradou o SNR. Tentativas de desenvolver tubos Ger 3 sem a película estavam encaminhadas durante mais de uma década, mas ninguém ainda tinha conseguido o padrão de confiança desejado. Todavia, os militares e algumas pessoas da comunidade científica acreditavam que a remoção da película da barreira de íon seria a próxima progressão lógica na tecnologia de visão noturna, visando colher os frutos dos novos benefícios do fotocatodo de arseneto de gálio (GaAs). Foi demonstrado que os tubos sem película podem aumentar a capacidade dos OVNs em 20 por cento. Infelizmente, aqueles mesmos testes revelaram uma degradação imediata do novo tubo porque não houve nenhuma proteção do fotocatodo contra os íons perigosos gerados durante as operações normais. Apesar das dúvidas que um tubo sem película pudesse chegar alguma vez às 10.000 horas de vida ativa, padrão nos dispositivos Ger 3, ITT e Litton (Northrop Grumman) começaram pesquisas distintas para tubos sem película a partir de 1997.

Do ponto de vista da ITT, os assuntos relacionados ao equilíbrio de performance/vida útil foram atenuados pela crença de que o então chamado tubo Ger 4 poderia ser executado em fases graduais de produção. Essa suposição modificou-se drasticamente em fevereiro de 1998, quando o Exército dos Estados Unidos anunciou o Omni V, competição de aquisição de dispositivos intensificadores de imagem. Como parte de sua oferta, a Litton propôs o desenvolvimento e a entrega de um assim chamado Ger 4 de tubos sem película (filmless). Este movimento de surpresa valeu a pena e, em Junho de 1998, foi concedido a Litton 60 por cento do contrato Omni V, de dispositivos de visão noturna, e 40 por cento para a ITT.

Essa foi a primeira vez, desde o princípio (1985) das aquisições dos Omnibus e ao longo de muitos anos, que ITT não tinha assegurado a maior participação em uma concorrência de dispositivos de visão noturna. Foi uma situação pouco familiar para uma companhia que tinha recebido, até aqui, a ação majoritária nos contratos de equipamentos de visão noturna Ger 3 nos Estados Unidos. O desenvolvimento de um tubo filmless e de longa duração comprovou ser um desafio intimidante, a medida em que buscava maneiras de reduzir o número de íons nocivos ao tubo e desenvolver um fotocatodo que fosse resistente

aos danos dos íons. O caminho da Litton foi usar um “vidro” de alta performance para a sua placa de microcanais (MCP) que reduziu a emissão de gases desgarrados (espécie de veneno) absorvidos pela superfície e adotando uma política de super limpeza de todos os componentes durante a manufatura. Adicionalmente, o revestimento do fotocatodo foi modificado do óxido de césio para o óxido de césio fluoretado (mais resistente aos gases) e a adoção de um fotocatodo “de passagem” (gating), reduziram ainda mais tais emissões.

Ao longo do caminho, o tubo filmless revelou outras vantagens, inclusive reduções de florescimento de imagem e halo. A Litton (Northrop Grumman) trabalhou com o Laboratório Nacional Lawrence Livermore para tratar o problema de halo, causado por elétrons que se espalham entre o fotocatodo e a MCP (Placa de micro canais). Essencialmente, a regra é: quanto menor o espaço, menor o halo. O desenvolvimento do protótipo demonstrou uma redução no diâmetro de halo de 0.85 mm em um tubo Omni IV, operando sob as mesmas condições.

Outra exigência para os tubos filmless Omni V foi a adição de uma fonte de energia tipo “gated”, para controlar o efeito florescente, causado pela incidência de luzes brilhantes ou iluminação do cenário. Essa tecnologia controla a passagem de energia, ligando e desligando o fotocatodo em altas velocidades, reduzindo o fluxo de entrada de níveis de luz excessivamente altos. A passagem automática, denominada “autogating”, ajuda a reduzir o efeito da alta luminosidade, estendendo a utilização dinâmica dos OVNs em faixas como o alvorecer e crepúsculo. A Northrop Grumman a partir de então passava a oferecer tubos filmless, com autogating e redução de halo, em conjunto ou em combinações especificadas. O alcance do mais alto grau (Pináculo)

Para tratar da exigência gating, a ITT desenvolveu um relacionamento próximo com a Eletrônica K&M, um fabricante de fontes de energia de alta voltagem miniaturizadas. Em 1999 adquiriu essa companhia como sua subsidiária para dirigir este problema.

Quanto à situação da barreira de íon, a ITT desenvolveu um caminho alternativo. Ela decidiu por reduzir significativamente a espessura, em vez da remoção, da película protetora (barreira) de íons. Isso permitiu alcançar os requisitos de performance e as exigências na confiança da vida útil do tubo. A barreira mais fina também protegeria a importantíssima estrutura do fotocatodo de arseneto de gálio. A densidade resultante da nova película do tubo foi descrita pela ITT como “aproximadamente 10.000 vezes mais fino do que um fio de cabelo humano – com cerca de 40-50 angstrom [A] de espessura”. (Um fio de cabelo humano tem aproximadamente 750.000 angstrom de espessura. Um angstrom é igual a centésimo milionésimo de um centímetro.) Este tubo otimizado foi denominado “o Pináculo” porque a ITT considerou que ele representou o ápice da realização tecnológica, mas ainda assim permaneceria como um tubo Ger 3.

Com o Pináculo, os engenheiros da ITT tinham desenvolvido um dispositivo robusto que excedeu os padrões de confiança de ganho e SNR dos tubos 'de película grossa'. Reduzindo o efeito de halo, outra exigência do Omni V, com um menor espaçamento entre o catodo e MCP, o Pináculo possuía uma melhor performance do que os tubos Gen 3 existentes. A foto-sensibilidade foi 22 por cento melhor; o SNR melhorou quase 24 por cento; e o diâmetro de halo foi reduzido de 1.25 mm a 0.90 mm, segundo a ITT. O que é mais importante, o Pináculo forneceu um aumento de 20 por cento na acuidade visual.

Em conseqüência desses avanços tecnológicos, a ITT convenceu o Exército dos Estados Unidos a substituir os ainda não aprovados tubos Ger 4 filmless por seus tubos Pináculo como parte do Omni V, provendo o fabricante a garantia na otimização da performance e a sustentabilidade desses equipamentos. Parte do argumento da ITT foi que os preços do ciclo de vida do tubo Ger 4 filmless foram sete vezes mais altos do que aquele de película fina Pináculo. Optando pelo Pináculo ao invés do tubo filmless, a companhia reclamou economias em operação e preços de sustentabilidade de U$29 e U$21 milhões, respectivamente. O Pináculo pareceu o melhor acordo. No fim, o Exército dos Estados Unidos aumentou a ação da ITT no Omni V com opções de contrato de 40 para 50 por cento e depois a 100 por cento. Os primeiros sistemas equipados por pináculo foram entregues ao Exército dos Estados Unidos em fevereiro de 2001, com o cliente proclamando que aquela tecnologia era “o OVN com a melhor performance a integrar o nosso inventário”. Novos marcos

Um marco importante foi a aceitação dos militares do filme fino Pináculo sobre o tubo filmless com imperfeições. Muitas das modificações nos componentes e mudanças de processo que foram implementadas para o então chamado Ger 4 podem ser aplicadas nos tubos Ger 3 existentes.

Em outubro de 2001, o Dr John Pollard, chefe da equipe de cientistas do NVESD do Exército dos Estados Unidos, anunciou que o termo 'Ger 4' era retirado como um identificador da tecnologia dos tubo de nova geração. Este movimento, em efeito, suspendeu indefinidamente qualquer plano para obter um tubo filmless para o Exército dos Estados Unidos. O exército agora oficialmente usa o termo 'filme fino' ou “thin film” - e não a marca Pináculo da ITT - para identificar este avanço de tecnologia, embora dentro do círculo de fabricantes, o termo 'Gen 4' ainda possa ser encontrado.

O debate continuou como parte do processo de aquisição. A validação do tubo de Pináculo e o seu fabricante foram confirmados em maio de 2002, quando o contrato do Omni VI, estimado em quase U$ 450 milhões, para dispositivos de visão noturna foi firmado. A porção majoritária do contrato coube a ITT (usando tubos de filme fino), incluindo as opções, com 100 por cento dos elementos de aviação e 60 por cento (a porcentagem máxima admissível) para forças de terra. Embora não originalmente planejado, o Exército dos Estados Unidos concebeu o

Omni VII em setembro de 2005, com cada um dos contratantes (ITT e Litton) recebendo a mesma porcentagem do potencial total de até 370.486 dispositivos de visão noturna monoculares AN/PVS-14, 34.300 OVNs AN/PVS-7 e tubos de imagem sobressalentes associados.

Um contrato de entrega/quantidade indefinida (EI/QI) diferencia-se de um contrato de preços fixos porque é estruturado para conceder pagamentos baseados em grande parte na capacidade do contratante de entregar os produtos solicitados a tempo. Assim o valor total inicialmente anunciado não é indicativo do percentual recebido por cada contratante. O valor exato do prêmio é revelado quando as ordens reais são emitidas.

No caso das indústrias ITT, a companhia recebeu um prêmio inicial de mais de U$160 milhões para fabricação dos AN/PVS-14s e AN/PVS-7s, junto com mais U$40 milhões para facilidades de produção e equipamentos. O contrato de ED/IQ tem um valor potencial de U$1.39 bilhões previstos durante o período de cinco anos (2005-09). Sob o contrato Omni VII, a entrega das unidades de visão noturna começou em janeiro de 2006.

Reconhecendo as definições de geração dos Estados Unidos, o resto do mundo também considera o desempenho dos tubos da mesma maneira. Segundo Ben Vloon, gerente de vendas internacional da Photonis-DEP (criada em 2005 pela fusão da francesa Photonis com a Delft Eletronics Products [DEP] da Holanda, e impulsionados pela aquisição da Burle Industries dos EU), é o modo de fabricação que determina o custo de um tubo I2. A diferença técnica entre Ger 2 e Ger 3, diz ele, "é simplesmente a diferença na metodologia de produção, não o desempenho do tubo I2”. Imagem de alta resolução

O último tubo da companhia (Photonis) é o intensificador de imagem XR5 (sucessor do experimentado XD-4), que oferece uma imagem de alta resolução (tipicamente 72 lp/mm) e contraste, mais uma unidade de autogating integrada, conhecida como ÍRIS, para reduzir o ofuscamento. Ambos os tubos são declarados excelentes para operações em quaisquer condições de ambiente. O seu amplo alcance de sensibilidade espectral ajuda a obter uma imagem perfeita, indiferentemente do terreno onde o usuário opera o seu equipamento (selva, sobre água, neve, deserto ou rochoso). Isto, diz Vloon, é o resultado do aperfeiçoamento de parâmetros de desempenho que são cruciais para a boa observação, como o SNR, a função de transferência de modulação (MTF) e resolução (lp/mm) em qualquer circunstância dada.

Um antigo usuário de OVNs disse a Jane’s: "os operadores, assim como os compradores de carros, são um tanto ignorantemente convencidos que o Ger 3 é melhor do que Ger 2, pois é o resultado final que conta. O fato do HyperGen não sofrer grandes halos (resultado da menor distância entre o fotocatodo e MCP, aliado ao fato que é necessária uma menor voltagem através do intervalo com a

ausência da barreira de íon - o diâmetro do halo é diretamente proporcional a distância fotocatodo-MCP) e, conseqüentemente, agregar os benefícios relacionados ao SNR, compensa a menor sensibilidade. Isso faz deles tão bons quanto 'a linha principal' da Ger 3." Ele, contudo, admitiu que o tubo de Pináculo da ITT possui vantagens em relação ao emprego em baixa luminosidade.

Na virada do século, o Exército dos Estados Unidos identificava falhas nas suas capacidades de visão noturna terrestre. Em uma apresentação que delineava as necessidades do futuro da visão noturna para o soldado de infantaria, realizada em outubro de 2000, o Coronel F Jim Stone identificou os seguintes incrementos desejados: • Fusão de imagem multiespectral; ▪ Imageamento colorido; • Pouco peso; • Menor tamanho; • Reduzido consumo de energia; • Maior resolução; • Maior alcance; • Maior capacidade de facilitar as técnicas de movimentos individuais (IMT); e • Melhor confiança. Identificação de fusão de imagem

As deficiências observadas com as atuais opções de OVNs incluem: o baixo desempenho de contraste/brilho (em outras palavras um pobre alcance dinâmico); pouca compatibilidade com as técnicas de movimento individual (Individual Movement Techniques - IMT); baixa performance em um campo de batalha obscurecido; e capacidade de visualização reduzida em condições meteorológicas severas.

Ao mesmo tempo, a digitalização dos eletrônicos estava começando a despontar, incluindo a área de visão termal noturna (IR). Embora a I2, pela sua própria natureza, não fosse tão fácil digitalizar, ambas as tecnologias tinham suas possibilidades e limitações. A capacidade de transmitir imagem estava tornando-se importante ao mesmo tempo em que ocorria a proliferação de I2 ao redor do mundo. O Exército dos Estados Unidos estava ansioso por manter a sua liderança e esse fato levou à investigação de imagens de I2 e fontes termais (IR) fundidas, com a pretensão de combinar as possibilidades de ambas tecnologias em uma unidade.

Por conseqüência três níveis da fusão de imagem foram identificados: • fusão de superposição ótica - combinação ótica de múltiplas cenas espectrais; • fusão análoga - mistura análoga (vídeo) simples de sinais de RS-170; e

• fusão de imagem digital - baseada pela fusão píxel por píxel da imagem com a intensificação do cenário à base de algoritmo inteligente, que permitiria a expansão completa no domínio digital.

Em agosto de 2003, o Escritório Executivo do Programa (PEO) Soldado do Futuro - organização encarregada pelo desenvolvimento, produção, experimentação e apoio de tudo que o soldado dos Estados Unidos usa, transporta e opera – conduziu as avaliações dos projetos de visão noturna da ITT e Northrop Grumman Electro-Optics Systems (NGEOS) em Fort Benning, Geórgia.

A ITT já estava trabalhando com a Raytheon no desenvolvimento da tecnologia de fusão de imagem em visão noturna e o seu protótipo de OVN foi baseado no 1º nível, oferecendo um equipamento que oticamente combinou uma imagem I2 (provendo identificação clara do objetivo) com uma superposição de imagem termal (IR) de nova geração (provendo detecção melhorada do objetivo), levando em conta melhorar a mobilidade e a consciência situacional.

A proposta da NGEOS, trabalhando com a Insight Technology, era mais próxima ao conceito do 3º nível da fusão de imagem digital completa, desenvolvida em 100 dias. Segundo o Dr Joseph Estrera, chefe do departamento técnico da companhia, o dispositivo de fusão de imagem digital com campo-de-visão total (FoV) utilizava um tubo de 16 mm HD 12CMOS (Semicondutores de Óxido Metálicos Complementares) e um detector infravermelho de onda longa (LWIR) 8-12 ´m VOX, sem resfriamento. Com um comprimento de 7.3 polegadas (185.42 mm) e um peso de 3.89 libras (1.76 quilogramas), utilizava um display colorido de 1,280x1,024 píxel com um consumo de energia de 5 W, fornecido por oito baterias CR123 (provendo 4.5 horas da operação).

Em Fort Benning foram conduzidos os ensaios com a NGEOS com um hardware 'conceito' e um software 'beta'. Segundo o Dr Estrera, o equipamento sobreviveu a quatro semanas sem um fracasso catastrófico (em outras palavras, a incapacidade para continuar o teste). O sistema foi considerado "promissor, mas prematuro" por ter sido difícil de usar (um menu complexo). Além disso, o seu tamanho, consumo de energia e peso precisavam ser reduzidos. A paralaxe entre sensores e display causou fadiga ocular e dores de cabeça, aumentando o tempo de conclusão das tarefas. Os sensores não foram otimizados e forneceram a uma performance de alcance insuficiente (aproximadamente 50 por cento menor que o sistema de superposição).

Por isso, não foi nenhuma surpresa, quando em julho de 2004, foi concedida a ITT Night Vision, dois contratos que cobriam a fusão de sensores e intensificação de imagem eletrônica (EI2). O último elemento deste contrato foi discutido depois dentro dessa característica. O outro, do PEO, foi para 75 sistemas ENVG (agora designado AN/PSQ-20 e conhecido como o ENVG Ótico) para um posterior teste operacional. O protótipo ENVG da ITT/Raytheon, que oticamente combina uma imagem I2 (provendo clara identificação do alvo) com

uma superposição da última geração de imagem termal (IR) (provendo detecção melhorada do objetivo), permitindo melhor mobilidade e consciência situacional. Desenvolvimento de ENVG

Em abril de 2005, foi concedido a ITT um novo contrato do Centro de Aquisição do RDECOM (Research Development and Engineering Command) do Exército dos Estados Unidos, Divisão de Missões Únicas, para um número não especificado de ENVGs óticos. Segundo a ITT, o contrato tem o valor previsto de um potencial de U$ 560 milhões durante um período de cinco anos, com um prêmio inicial baseado em U$ 10 milhões durante o primeiro ano avaliado. Essas unidades iniciais foram submetidas a um rigoroso processo de qualificação para assegurar que eles estão prontos para incorporados. Desde o segundo quarto (2Q) do ano fiscal 2006 (FY06), o PEO informa que os testes de desenvolvimento estão em andamento. O futuro esquema para o AN/PSQ-20 foi delineado como prova operacional para o 2Q FY07, o requisito C no 3Q FY07, e o lançamento do material para a primeira unidade equipada no 4Q FY07.

No detalhe tecnológico, ENVG é o avanço com o mínimo de publicidade, com a ITT aplicando os requisitos do cliente. Um documento público do ENVG diz-nos que a unidade tem uma ampliação x1 e pesa 2 libras (com quatro baterias do tipo AA), que oferece 7.5 horas de fusão contínua (mais outras 7.5 horas só de I2). As exigências para o reconhecimento de um objetivo do tamanho de homem são afirmadas como 80 por cento em 150 m e 50 por cento em 300 m. O elemento termal (IR) funciona na banda de onda longa (8 para 12 ´m).

Contudo, observa-se que os valorosos esforços para combinar I2 com IR já tinham sido tentados para aplicações especiais e realizados. Na exposição Eurosatory em junho de 2004, a Sensor Technology Systems (STS), agora, como parte do Grupo O'Gara, demonstrou o seu AN/PVS-21 perfil baixo (LP NVG), que usa a ótica patenteada, dobrada com um raio-combiner transparente, montado com o que é agora a câmera do thermal de mícron dos sistemas ThermoVision do FLIR. Isto injeta uma imagem IR na imagem intensificada do campo de visão (FoV) (usando tubos Gen 2 ou 3), através do modelo 2750 de “Miniature Head-Up Display (M-HUD)”. No momento, a STS reivindica que esta facilidade fez do AN/PVS-21 a única opção para a produção de ENVG atualmente em serviço que combina as duas fontes de imagem.

A adição do M-HUD (ou equivalente) pode estender muito a capacidade do usuário, que tem a possibilidade de utiliza-lo em plena luz do dia. Com uma entrada de sinal de vídeo NTSC (National Television Standards Committee) ou PAL (Phase Alternate Line or Programme Array Logic), ele pode ser usado sozinho ou com o AN/PVS-21. O M-HUD projeta uma imagem que abrange aproximadamente 14º dos 40º do campo de visão (FoV) da imagem intensificada.

O módulo do display possui aproximadamente 20 milímetros de tamanho e acrescenta 38g ao óculos quando instalado. É capaz de expor as informações de um GPS pessoal ou de um computador, exibir imagens termais de câmeras de FLIR ou de um veículo de comando e controle.

O AN/PVS-21 está em serviço na Força Aérea dos Estados Unidos, Comando de Operações Especiais da Marinha (SOCOM), Canadá, Alemanha, Itália, Reino Unido e outros países da OTAN. A Itália, por exemplo, encomendou 500 LP/NVGs em 2004 num acordo de 8,9 milhões de dólares. Em Fevereiro de 2005 a Itália complementou a compra com mais 900 unidades, avaliadas em 15,3 milhões de dólares. Esses LP/NVGs estão sendo utilizados pelas Forças Especiais Italianas em apoio à Operação 'Iraq Freedom', conduzida pelos EUA, bem como em atividades de contra terrorismo e operações paramilitares no Afeganistão.

Apesar do OVN trazer vários benefícios à visão noturna, esses equipamentos possuem um inconveniente óbvio: o peso que ele acrescenta à cabeça e ao pescoço do soldado. Assim, não é visto com nenhuma surpresa, o fato da diminuição do peso e tamanho do equipamento ter se tornado outro aspecto importante no desenvolvimento do OVN. O que os fabricantes estão tentando realizar é a redução do “perfil” do óculos – ou seja, a distância entre a parte frontal e traseira do equipamento.

Os sistemas OVN necessitam de muitos componentes óticos para guiar a luz das lentes de entrada através do intensificador de imagem até as lentes de saída e a projeção no olho. Isto afeta não só o peso do sistema mas também a sua performance, pois cada parte da ótica absorve um pouco da luz. Um caminho para superar isso seria reduzir o peso e o tamanho da ótica, fato que está deixando muitos engenheiros ocupados. Lamentavelmente, a Jane´s é incapaz de oferecer qualquer exemplo de tais soluções técnicas pois os fabricantes se recusam a ser específicos.

Contudo, algumas discretas soluções em certos modelos de OVN podem ser vistas como a realização desses objetivos de redução. Entre eles: o STS AN/PVS-21 (acima mencionado); o Thales Angenieux Lucie; o Simrad GN2 da Noruega e o suíço Vectronix BIM4. Em adição a esta lista, o novo OVN de baixo peso da ITT Night Vision, conhecida como Mini-B, visto pela primeira vez na “Asian Aerospace” em Cingapura, fevereiro de 2006. Inserção de dados

Em serviço no Exército Francês, o “Lucie” pode ser equipado com os tubos de I2 XD4 Hypergen ou Ger 3 de 18 mm de diâmetro, controle automático de brilho e 51º de campo de visão. O sistema também possui um ampliador rápido de imagem que aumenta x4 ou x6. Também há um iluminador IR para melhorar a performance quando os óculos são usados em condições de luz extremamente baixa, fornecendo iluminação para tarefas de observação em distâncias próximas.

Em serviço em vários países não revelados, a série GN da Simrad NVG é baseada em um desenho ótico patenteado, que encurta o comprimento do equipamento à frente, melhorando o conforto. A série GN é compatível com os tubos I2 de 18 mm Ger 2 ou 3 e também é equipada com um diodo IR para melhoria da performance.

Lucie

Simrad GN

O OVN de baixo peso BIM4 é o último lançamento de dispositivos pessoais de intensificação de imagem da Vectronix. Com o desenvolvimento concluído, o BIM4 está na produção pré-série e é sabido que está sendo testado na Noruega e Suécia. Ele pode acomodar uma variedade de tubos intensificadores de 18 mm ,Ger 2 plus, XR-5 e Ger 3 (com controle automático de brilho e projeção de ponto brilhante), inclusive os últimos tipos de autogated.

Descrito como "um compacto intensificador de imagem monocular do soldado do futuro", o dispositivo de montagem no capacete pode incluir um módulo de importação de dados opcional, no qual mensagens e gráficos podem ser alimentados no campo de visão do soldado sobreposto ao cenário da noite - uma consideração importante na idade de operações centradas em rede.

A companhia enfatiza que o baixo peso e a curta projeção à frente (perfil) do design do monóculo BIM4 reduzem a tensão no pescoço, e que além disso um novo compartimento de bateria montado atrás do capacete atua como contrapeso. O base de montagem no capacete permite que o soldado posicione o monóculo em qualquer olho, deixando o outro olho adaptado para a noite com um largo campo de visão periférico.

O ITT F2525 Mini-B (Miniature Individual Night Imager - Binocular) foi

desenvolvido do modelo F5050 (AN/PVS-23) para tropas de forças especiais, que haviam solicitado um equipamento menor e mais leve. Mantendo a configuração binocular, o Mini-B possui colimação independente dos monóculos e, segundo a ITT, fornece uma melhor performance do que um OVN monocular.

Aproximadamente 14 por cento mais leve do que AN/PVS-23, o Mini-B é acionado por uma única bateria AA, pode ser submerso a 20 m e usado em bases de capacete ou como um monocular portátil. A base de capacete, segundo a ITT, permite uma menor sobrecarga devido a um novo sistema de montagem que reduz o braço de momento do OVN.

BIM4

Como pode ser observado, dois de quatro exemplos acima mencionados

incluem a opção de expor dados externos e muitas outras companhias estão trabalhando no fornecimento de inserção de dados em seus sistemas. Esta exigência é conduzida por programas de modernização de equipamentos dos soldados, que cresceram rapidamente nos últimos anos em todo o mundo. Basicamente a tecnologia para permitir isto já existe (por exemplo, com o sistema STS AN/PVS-21 anteriormente mencionado). Isso é possível, por um caminho convencional, de 'ver através' ou HUD ótico. O aspecto negativo desta exigência (e soluções iniciais) é que eles acrescentam peso e são muito complexos quanto a serviço e manutenção.

Além do trabalho de inserção dados (já mencionado), surge a necessidade de capturar imagens e apresentá-lo em um formato digital ao usuário além de permitir a transmissão via cadeia de comando. Isto pode ser feito vinculando um intensificador de imagem a um CCD (charge-coupled device) ou CMOS em conjunto e pondo a eletrônica associada no sistema. Esses eletrônicos incorporam um software de algoritmos para aperfeiçoar a imagem e inserir a simbologia que o usuário recebe via rádio de seu canal de dados de combate, combinando todas as informações em uma solução simples. Isto é a verdadeira inovação. O programa soldado do futuro A maioria dos principais fabricantes neste campo são normalmente orientados pelos ministérios da defesa buscando soluções para o programa soldado do futuro, entre eles o desenvolvimento do ENVG digital, de março de 2004 e o contrato com a ITT para o EI2, que é o suporte do programa Força do Futuro do Exército americano. Isso foi cedido pelo NVESD através do contrato de engenharia de alta tecnologia e serviços técnicos administrado pela CACI Technologies. O sistema EI2 será projetado para gerar a imagem eletrônica do campo de batalha, que pode ser potencialmente transmitida a outros usuários e posições remotas. A ITT está trabalhando no desenvolvimento do sensor e eletrônica de uma câmera que irá acoplada ao capacete do usuário. O contrato necessitou a

Mini-B

entrega de uma amostra completa e integrada até o final de 2005, com protótipos de trabalho disponíveis em meados de 2006. Este trabalho da ITT, seguindo o programa de tecnologia do Exército dos Estados Unidos, parece ser apontado como um pacote de upgrade digital proposto para o ENVG, tirando proveito da imagem processada para melhorar a claridade de imagem e a consciência situacional do soldado. Também será possível importar e exportar arquivos digitais (inserção de dados/mapa) ou imagem pela cadeia de comando. Entre os ítens que são de responsabilidade da ITT estão o consumo de energia e os 'displays' de HUD - ENVGs digitais não estão longe dos dispositivos de visão direta. A NGEOS estava trabalhando desde 2003 e em março de 2005, tinha produzido um novo desenho modular de ENVG Digital, reduzindo tamanho (comprimento de 6.3 polegadas), consumo de energia e peso (3.2 libras). As modificações incluíram um novo "Micro" não resfriado LWIR, avançado imageamento digital e simplificado menu de operação. Em paralelo, o trabalho da NGEOS na fusão de imagem digital foi identificado pelo Exército dos Estados Unidos e aplicado também em outro projeto - o de Mira Multiespectral Fundida para Armamento (FMWS - Fused Multispectral Weapon Sight). A companhia entregou o seu primeiro FMWS ao cliente em Outubro de 2004. Desde feita, o programa soldado do futuro ainda tem de selecionar um contratado e o sistema, mas aguarda o enceramento do desenvolvimento e demonstração do ENVG Digital para o período FY09-10. Na Europa, Ben Vloon da Photonis-DEP disse a Jane's que depois da cooperação (com clientes não especificados) e desenvolvimento, "a companhia conseguiu juntar um intensificador de imagem, um CCD/CMOS e uma unidade de controle de câmera em um alojamento de tubo único, que tem as mesmas dimensões mecânicas dos tubos AN/PVS-7". Vloon descreve os resultados desta revolução de visualização digital como "enorme". Ele explica-os nos mínimos detalhes como se segue: • imagens digitais podem ser combinadas. Combinando a saída de uma imagem digital de um intensificador de imagem com a saída de imagem digital de um sensor termal [IR] produz-se a capacidade de visão noturna total no sentido verdadeiro da frase. "Mesmo sem luz, você pode operar agora em todas as direções ou," afirma ele, "em cavernas." • imagens digitais podem ser retrabalhadas (em outras palavras estabilizadas). "Coloque-se em um carro que trafega um caminho acidentado. Agora estabilize a imagem e use-a como se você estivesse dirigindo em uma estrada interestadual à noite." • imagens digitais podem ser projetadas. A aplicação principal aqui está em telas para motoristas de viaturas blindadas. "Os mais antigos periscópios de motoristas de carros de combate eram baseados em sistemas óticos. Agora você pode desenvolver um sistema com um perfil externo mínimo (fora do carro) e muito pequeno e leve no interior."

Indo a uma etapa além dessa, Vloon sugere "se você tiver um sensor de visada direita no exterior e gira-lo em alta velocidade por 360º, você obterá a visão total ao redor da sua posição". (A 'metade do caminho de casa' para alcançar a visão de Vloon é utilizar múltiplos sensores ao invés de um sensor girando, e vários projetos já estão em andamento.) • imagens digitais podem ser transmitidas. Enviando imagens aos centros de comando e controle pode-se influenciar a tomada de decisão em mais alto nível. A digitalização de intensificadores de imagem está forçando uma modificação sutil em fabricantes que se concentram somente na produção de tubos. A Photonis-DEP, líder entre as companhias fora dos EUA, acredita-o terá "de concentrar-se na padronização digital para fazer os nossos produtos cumprirem as exigências dos nossos clientes". Ele espera o desenvolvimento de softwares mais orientados ao processamento de dados e imagem. Este é o maior passo - Vloon descreveu-o a Jane's como "uma inovação radical". O impacto da digitalização não significa que o intensificador de imagem (e, consequentemente, o OVN) no seu formato atual não será mais necessário daqui a cinco anos. A tecnologia de converter fótons em elétrons e multiplicá-los é fundamental para muitas aplicações. Vloon prevê um futuro de pista dupla - padrão e digital - seguindo lado a lado. "Isto significa que continuaremos nos concentrando nas melhorias que podem ser feitas nos atuais tubos e também em todas as implicações acima mencionadas," ele diz. O evidente é que nos EUA a fusão de imagem digital está bem abaixo do nível de desenvolvimento esperado e com a Europa se movendo para equiparar-se. Obviamente, a aparência física dos OVNs vai se modificar sutilmente, bem como a tecnologia quando a utilização total da digitalização completar a sua migração dos laboratórios para os soldados no campo de batalha. Como dito, há muitas centenas de milhares de intensificadores ainda sendo produzidos e que ficarão em serviço por muitos anos. Muitos serão recondicionados e sofrerão 'upgrades' pelo maior tempo possível. 'O domínio da noite' é um elemento principal daquela tática militar básica - surpresa II/I2 o Jogo de Geração dos Estados Unidos Após 50 anos passados, a tecnologia de tubos de I2 desenvolveu-se por uma série de 'gerações', cada uma das quais foi definida por avanços tecnológicos específicos. O Diretório de Sensores Eletrônicos e Visão Noturna do Exército dos Estados Unidos (NVESD) foram responsáveis por muitos dos avanços neste campo, seja como incentivador ou com o desenvolvimento direto. Como tal, ele considera-se a autoridade na designação dos níveis de tecnologia aplicados à visão noturna, seja ela I2 ou termal (IR).

Os primeiros dispositivos de visão noturna, desenvolvidos na década de 40, foram de fato baseados em conversão de imagem e não em intensificação. Classificados como Geração Zero (Ger0), eles necessitavam que uma fonte ativa de luz infravermelha invisível (IR) fosse montada no objetivo ou perto do dispositivo para iluminar a área do alvo. Nos anos 60, com o envolvimento dos Estados Unidos no Vietnam viu-se a introdução do 'starlight scope', que usou três tubos intensificadores de imagem (II) unidos em série. O tubo I2 usa um fotocatodo tri-alcalino como sua superfície de entrada e é um sensor passivo (não transmite). Ele absorve a energia luminosa (fótons) e, em troca, lança a energia elétrica (elétrons) na forma de uma imagem. Esses 'primeira geração' (Ger1) foram sistemas pesados e grandes, proveram uma imagem clara no centro, mas distorcida nas bordas. O desenvolvimento da placa de microcanal (MCP) multiplicadora de elétrons foi o catalisador da segunda geração (Ger2). Foram desenvolvidos e postos à disposição em tubos de 18 mm para os óculos de visão noturna (OVNs) ou em tubos de 25 mm para dispositivos de observação e miras. A MCP é um disco de vidro coberto por metal que acelera e multiplica os elétrons produzidos pelo fotocatódo tri-alcalino. Esses elétrons viajam do fotocatodo à MCP, uma placa delgada com aproximadamente de 6-10 milhões de furos, onde eles são multiplicados centenas de milhares de vezes. Os elétrons então são projetados de encontro a uma tela de fósforo onde são convertidos novamente em imagem visível com a ajuda de uma fonte de energia interna. O 'ganho' anteriormente fornecido por três tubos de I2 em série foram eliminados, melhorando assim a nitidez da imagem (inclusive a distorção das bordas que é encontrado nos sistemas de Ger0 e Ger1). A MCP também forneceu uma resposta mais robusta à introdução de luzes brilhantes no campo de visão do tubo (FoV). Os tubos de Ger2 eram menores e mais leves do que os Ger1, permitindo o desenvolvimento de menores dispositivos portáteis e óculos montados em capacetes. A vida útil de um tubo Ger2 é estimada entre 2,000 e 4,000 horas. A terceira geração (Ger3) de tubos I2 foi desenvolvida nos anos 70 e apresentada durante os anos 80. Esses tubos apresentam duas melhorias tecnológicas: o fotocado de arseneto de gálio (GaAs) e a adição de uma barreira de césio oxidada que cobre (filme) a MCP e tem a função de proteger o fotocatodo de íons desgarrados. O fotocatodo de GaAs aumenta a sensibilidade do tubo para freqüências na faixa do infra-vermelho próximo (nominalmente entre 750 e 2500 nanômetros), melhorando a performance do sistema em condições de baixa luminosidade e oferecendo maiores distâncias de detecção. O revestimento de barreira de íon na MCP aumentou a vida útil dos tubos Ger3 tubos para aproximadamente 10000 horas.

O último OVN da ITT Night Vision é o MINI-B, de número de modelo destinado F2525, e foi mostrado pela primeira vez na feira Aeroespacial Asiática em fevereiro de 2006. (Jane's/IDR/Michael J Gething)

Esta figura mostra o OVN AN/PVS-7, I2 padrão em operação no Exército dos Estados Unidos. (Northrop Grumman)

A figura abaixo demonstra uma fusão píxel-por-píxel de imagem infravermelha e intensificada, produzida pela NGEOS. (Northrop Grumman)

Um exemplo de fusão de imagem de NGEOS, mostrando os dois elementos sensores, ambos ao lado da imagem fundida ao centro. (Northrop Grumman)

O ENVG ITT AN/PSQ-20 é esperado para reequipar as primeiras unidades operacionais do Exército dos Estados Unidos no quarto trimestre de 2007. (PEO)

O AN/PVS-21, OVN de baixo perfil da STS tem a provisão de incluir um elemento IR para a fusão ótica sobreposta. (STS)

Da Noruega vem o OVN da série GN de baixo peso e perfil da Simrad Optronics, recentemente vendido à Venezuela. (Simrad)

O conjunto lente/tubo do OVN BIM4 de baixo peso e perfil da Vectronix, projetado para aplicações no projeto 'soldado do futuro'. (Vectronix)

Essas visões mostram a diferença na nitidez da imagem usando um tubo I2 com uma alta razão de ruído (SNR) - esquerda - e um SNR baixo (direita). (USMC via Photonis)

Tradução e adaptação Maj Cav Sergio dos Santos Botelho Ch Div Doutrina e Padronização Centro de Instrução de Aviação do Exército norma_ovn@yahoo.com.br Set/2009 Texto original: New generation of night-vision goggles illuminates warfare Michael J Gething