Методы экспериментальных исследований спектральных характеристик средств визуально-оптической разведки и эффективности их подавления активными методами

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Перечень условных обозначений

Введение

1. Средства визуально-оптической разведки и методы их подавления

1.1 Классификация и основные характеристики средств визуально-оптической разведки

1.2 Методы подавления средств визуально-оптической разведки

1.3 Выводы к разделу 1 и постановка задачи на исследование

2. Методы экспериментальных исследований спектральных характеристик средств визуально-оптической разведки и эффективности их подавления активными методами

2.1 Методика проведения измерений спектральных характеристик средств визуально-оптической разведки

2.2 Результаты оценки спектральной чувствительности средств визуально-оптической разведки

2.3 Определение оценки эффективности подавления средств визуально-оптической разведки активными методами

Заключение

Выводы

Перечень ссылок

Приложения



Перечень условных обозначений

ПЗС - прибор с зарядовой связью

ИК - инфракрасный

ЭОП - электронно-оптический преобразователь



Введение

Защитой информации от утечки по визуально-оптическому каналу называют комплекс мероприятий, полностью исключающих или уменьшающих возможность выхода конфиденциальной информации за пределы контролируемой зоны за счет распространения света.

Самым привычным для человека носителем информации об объектах является видимое человеческим глазом излучение. Таким образом, большую часть информации человек получает по визуально-оптическому каналу.

В оптическом (видимом и инфракрасном) диапазоне информация разведкой добывается путем визуального, визуально-оптического, фото- и киносъемки, телевизионного наблюдения, наблюдения с использованием приборов ночного видения и тепловизоров. Наибольшее количество признаков добывается в видимом диапазоне. Возможность наблюдения объектов определяется величиной падающего потока света (освещенность), отраженного от объекта света (отражающие свойства) и контрастом объекта на фоне окружающих его предметов.

Таким образом, одной из главных задач в области защиты информации является предотвращение утечки данных по визуально-оптическому каналу активными методами. Выбор метода зависит от многих факторов, в частности от: технического обеспечения, ценности информации, условий реализации метода, средств для съема информации, которые могут быть использованы злоумышленником и т.д.



1. Средства визуально-оптической разведки и методы их подавления

1.1 Классификация и основные характеристики средств визуально-оптической разведки

Так как физическая природа носителя информации в видимом и инфракрасном диапазонах одинакова, то различные средства наблюдения, применяемые для добывания информации в этих диапазонах, имеют достаточно общую структуру.

Ее можно представить в виде, приведенном на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 - Типовая структура средства наблюдения в оптическом диапазоне

Большинство средств наблюдения содержит оптический приемник, включающий оптическую систему, светоэлектрический преобразователь, усилитель и индикатор.

В зависимости от вида светочувствительного элемента оптические приборы делятся на:

- визуально-оптические;

- фотографические;

- оптико-электронные.

В визуально-оптических средствах наблюдения светочувствительным элементом является сетчатка глаза человека. В традиционных фотоаппаратах и киноаппаратах - фотопленка.

Способы визуализации изображения для разных типов оптического приемника могут существенно отличаться.

Изображение в виде зрительного образа формируется в мозгу человека, на фотопленке - в результате химической обработки светочувствительного слоя, на экране технического средства - путем параллельного или последовательного съема электронов с мишени, усиления электрических сигналов и формирования под их действием видимого изображения на экране оптического приемника.

Характеристики средств наблюдения определяются, прежде всего, параметрами оптической системы и светочувствительным элементом. Зависят они и от способов обработки электрических сигналов и формирования изображения при индикации.

Основу оптической системы представляет объектив, отображающий объект в плоскости светочувствительного элемента. Объективы строятся на основе комбинации линз и зеркал.

Основными характеристиками средств наблюдения, исходя из которых, реализуется метод их подавления инфракрасными лучами, являются:

- разрешающая способность;

- спектральная чувствительность

Разрешающая способность фотографирующей системы определяется качеством применяемого объектива, зернистостью фотопленки и условиями фотографирования. Она всегда будет в 2-4 раза меньше, чем разрешающая способность фотопленки или объектива.

Опытным путем установлена следующая зависимость для разрешающей способности фотографирующей системы при воспроизведении деталей малого контраста:

, (1.1)

где RK=1 - разрешающая способность при контрасте деталей, К=1;

К - контраст деталей по эффективным яркостям.

На рисунке 1.2 показана зависимость разрешающей способности от контраста фотографируемых деталей.

Рисунок 1.2 - Зависимость разрешающей способности от контраста

Спектральная чувствительность приемника - это характеристика, которая показывает чувствительность приемника к излучениям в зависимости от длины волны. Все средства визуально - оптического наблюдения имеют разную чувствительность, большинство из них наиболее чувствительны в видимом диапазоне (фотоаппараты), приборы ночного виденья (тепловизоры) имеют максимум спектральной чувствительности в области ИК диапазона.

Спектральная чувствительность играет важную роль при выборе фотоприемного устройства в процессе проектирования оптико-электронных приборов. Определение такого рода характеристик на этапах научно-исследовательской и опытно-конструкторской работ в производстве выполняется с применением дорогостоящих измерительных схем, наиболее габаритной и сложной в настройке частью которой является монохроматор [3]. Щелевая диафрагма такого прибора существенно снижает энергию потока излучения, что зачастую вынуждает метрологов использовать мощные источники излучения, например, лампы накаливания, а также механические модуляторы [2].

С целью упрощения было предложено модифицировать схему лабораторной установки, заменив монохроматор и модулятор набором светодиодных (СДИ) излучателей. [Коваль]

Светодиод - это полупроводниковый источник света в виде малогабаритного диода из соединений 3-5 групп элементов таблицы Менделеева, относятся к электролюминесцентным излучателям. При прямом напряжении в p-n - диоде происходит инжекция носителей заряда. При рекомбинации электронов и дырок выделяется энергия излучения. Спектральный интервал излучения светодиодов достаточно узкий и относится к видимой или к инфракрасным областям спектра. Излучения диодов на основе GaAsP и GaP лежит в видимой области спектра. (Шредер)

Как известно, эталонным приемником излучения является человеческий глаз. Спектральная характеристика глаза имеет максимум на длине волны 555 нм, что соответствует излучению зеленого цвета. Именно поэтому суть метода измерения спектральной чувствительности базируется на сравнении чувствительности приемника к излучению на длине волны 555 нм и излучениям на длинах волн исследуемого диапазона. Таким образом, для измерения спектральной чувствительности приемника, используется специальная лабораторная установка с размещенными в ней светодиодными излучателями и амперметр. С помощью амперметра измеряется ток опорного (зеленого) светодиода, при котором его излучения и излучения испытуемого светодиода воспринимается фотоприемником одинаково. После этого рассчитывается плотность потока мощности каждого излучателя. Для построения кривой спектральной чувствительности, определяется некий коэффициент К, который равен отношению плотности потока мощности опорного светодиода к плотности потока мощности испытуемого. На графике строится зависимость коэффициента К от длины волны излучений испытуемого светодиода.

Качество изображения зависит как от яркости и контрастности проецируемого изображения, так и от помех. Помехи создают лучи света, попадающие на вход приемника от других источников света, и шумы светоэлектрического преобразователя. На экране светоэлектрического преобразователя при посторонней внешней засветке наблюдается ухудшение контраста изображения аналогичное варианту прямого попадания на экран телевизионного приемника яркого солнечного света [1].

Фоторазведка имеет существенные преимущества перед другими способами разведки, поскольку она позволяет получать оптические изображения объектов наиболее высокого качества.

Средства фотографической разведки широко используются при выведывании информации по визуально-оптическом каналу. К таким средствам относятся фото- и видео камеры. Фотографический аппарат представляет собой оптико-механический прибор для получения оптического изображения фотографируемого объекта на светочувствительном слое.

Одним из важных признаков классификации является назначение фотоаппарата. По этому признаку они делятся на общие и специальные. В настоящее время в результате достижений в микроэлектронике появилось принципиально новое направление в фотографировании - цифровое электронное фотографирование. Цифровой фотоаппарат представляет собой малогабаритную цветную телевизионную камеру на ПЗС, электрические сигналы с выхода которой преобразуются в цифровой вид и запоминаются полупроводниковой памятью фотоаппарата.

Информация о движущихся объектах добывается путем кино- и видеосъемки с помощью киноаппаратов и видеокамер. При киносъемке изображение фиксируется на светочувствительной кинопленке, при видеозаписи - на магнитной пленке. Устройство кинокамеры близко к устройству фотоаппарата с той принципиальной разницей, что в процессе киносъемки пленка скачкообразно продвигается с помощью грейферного механизма перед кинообъективом на один кадр. Закрытие объектива на время продвижения кинопленки осуществляется заслонкой, вращение которой перед объективом синхронизировано с работой грейфера. Внутри и вне помещений киносъемка движущихся людей производится на 8- и 16-миллиметровую пленку с частотой 8-32 кадра в секунду.

Спектральная чувствительность фотоматериалов определяет участок спектра, используемый для разведки. Противник может вести разведку в различных зонах оптического спектра и выявлять такие различия в спектральной отражательной способности объектов и фонов, которые визуально не воспринимаются.

В соответствии с цветностью получаемого изображения светочувствительные материалы делятся на две группы: черно-белые и цветные.

По относительной спектральной чувствительности черно-белые фотоматериалы можно разделить на несенсибилизированные и спектрально-сенсибилизированные. Несенсибилизированные фотоматериалы обладают чувствительностью к сине-фиолетовой части видимого спектра (рисунок 1.3, а), что обусловлено собственной чувствительностью галогенида серебра. Ортохроматически сенсибилизированные слои чувствительны к сине-фиолетовой и желто-зеленой части спектра (рисунок 1.3, б).

Панхроматически сенсибилизированные слои (рисунок 1.3, в) чувствительны ко всей видимой области спектра.

Поэтому панхроматически сенсибилизированные слои наиболее предпочтительны для черно-белых фотографий цветных объективов (Шредер).

Рисунок 1.3 - Относительная спектральная чувствительность фотослоев: а - несенсибилизированный; б - ортохроматическая сенсибилизация; в - панхроматическая сенсибилизация.

В качестве источника освещения использовалась лампа накаливания



1.2 Методы подавления средств визуально-оптической разведки

Мероприятия по защите от оптических средств разведки основываются на изменении объема и содержания информации, поступающей к разведывательному средству от фона и скрываемых объектов.

Существуют активные и пассивные методы защиты информации от визуально-оптической разведки.

К пассивным методам относят:

- организационные меры (выбор помещений, обращенных окнами в контролируемые зоны, использование светонепроницаемых стекол, занавесок, использования оконных стекол с односторонней проводимостью света и т.д.);

- пространственное скрытие (обеспечивается размещением объектов защиты в точках пространства, неизвестных злоумышленнику или недоступных для наблюдения);

- временное скрытие;

- структурное скрытие (путем изменения его видовых признаков под признаки других объектов).

К активным методам энергетического скрытия относятся засветка изображения или ослепление светочувствительного приемника.

Засветка возникает, когда изображение помехи накладывается на изображение объекта и фона. При этом уменьшается контраст изображения по отношению к фону.

При превышении мощности помехи на входе приемника значения, соответствующего его динамическому диапазону, возникают искажения информации вплоть до ее полного разрушения. Чрезмерно большая мощность помехи может привести к необратимым изменениям в светочувствительных элементах [4].

Одним из примеров засветки является контровой свет.

Контровой свет - это свет, направляющийся в сторону объектива. Он располагается вдали за снимаемым объектом. Этот свет создает блики и фактуру, приближает цвета к монохромной гамме.

Иногда контровой свет высвечивает контуры объекта - если человек, то волосы, границы рукавов и штанин будут подсвечены, а сам объект будет тёмным (если не было дополнительной фронтальной подсветки, например, вспышки).

Хорошие снимки в контровом свете получаются, если научится правильно его использовать. Проще всего задействовать вспышку. Тогда объект будет не менее ярким, чем фон, Главное не пересветить объект. Позаботиться об этом можно с помощью установки менее мощного импульса.

Также можно прикрыть саму вспышку бумажным листом или салфеткой белого цвета - они отлично выполняют функцию рассеивателя. Выполнив указанные манипуляции, можно предотвратить появление бликов на исследуемом объекте, сделать свет мягким и ровным.

Однако фотовспышка не всегда бывает под рукой, а в некоторых ситуациях она попросту бесполезна. Чтобы сделать качественные снимки в таком случае, нужно выставить правильные настройки камеры:

Режим экспозамера лучше взять точечный. Тогда количество освещения будет замеряться по тому объекту, который находится в фокусе и который совпадает с точкой замера.

Выбрать экспокоррекцию с положительным значением. Это сделает более четкими попавшие в тень детали. Точную величину можно определить на месте, сделать тестовые снимки с разными настройками коррекции и выбрать наилучший [5].

Один из способов подавления средств визуально-оптической разведки основан на чувствительности средств наблюдения к излучениям инфракрасного диапазона. Преимущества такого подавления в том, что ИК свет является не видимым для человека. Это дает возможность размещать источники ИК излучения как возле защищаемого объекта, так и на самом объекте. В таком случае объект будет виден человеку, но при этом защищен от фото- и видеосъёмки.

Таким способом подавления иногда пользуются автолюбители для скрытия номерных знаков автомобилей от радаров замера скорости, которые оснащены ИК-камерой, работающей в диапазоне инфракрасных излучений Номер крепится в рамку, в которую вмонтированы ИК излучатели (рисунок 1.4).

Рисунок 1.4 - Инфракрасные излучатели

На снимке камеры вместо номерных знаков будет видно яркое пятно, создаваемое инфракрасными излучателями (рисунок 15) [6].

Рисунок 1.5 - Пример засветки фотокамеры инфракрасными излучателями

Также, известна разработка японских профессоров Isao Echizen и Seiichi Gohshi, в котором также используется излучение ИК диапазона. Они создали портативное устройство Privacy Visor в виде массивных очков, способных препятствовать распознаванию лиц специализированными системами (рисунок 1.6). В Privacy Visor установлены 11 светодиодов "ближнего" ИК-диапазона. Они расположены на очках в области глаз и носа. Диоды создают помехи, и распознавание лица системами персонификации становится невозможным.



Рисунок 1.6 - Устройство Privacy Visor

К разработке данного устройства японских ученых толкнули правовые аспекты повсеместного внедрения систем персональной идентификации - от общественных мест до частных территорий. Общественность Японии, впрочем, как и общественность других стран обеспокоена такой ситуацией. Дело в том, что даже "бытовое" программное обеспечение Google Picasa может вполне адекватно распознать человека.

В итоге профессора решили создать недорогое и доступное техническое решение сложившейся проблемы [7]. Актуальными работами профессора Isao Echizen близкими к данной теме являются: "Use of Specular reflection for Short-Wavelength-Pass-Filter Detection to Prevent Recording of Screen Images."; "Tag detection for Preventing Unauthorized Face Image Processing."; "Anonymizing Face Images by Using Similarity-Based Metric." и другие. На данный момент публикации закрыты для свободного доступа.

В Украине до таких разработок еще не дошли, но использование ИК светодиодов активно распространяется.

Для защиты от видеонаблюдения инфракрасные светодиодные излучатели закрепляют на головном уборе, таким образом скрывая лицо от видеосъемки (рисунок 1.7) [8].



Рисунок 1.7 - Пример защиты лица от средств видеонаблюдения с помощью инфракрасных излучателей

1.3 Выводы к разделу 1 и постановка задачи на исследование

Исходя из выше изложенного, можно сделать следующие выводы: способы подавления средств визуально-оптического наблюдения с помощью инфракрасного излучения находятся на стадии активного развития. Они дают возможность избежать нежелательной утечки информации, а, следовательно, и ущерба, обеспечивают защиту личных данных, предотвращают разведывательные действия с помощью фото- и видеоаппаратуры, при этом не оказывая никакого воздействия на человека.

Основным параметром, определяющим уязвимость средств визуально-оптической разведки к ИК засветке, является их спектральная чувствительность.

Причем следует отметить, что чувствительность ПЗС-матриц и пленок фотоаппаратов смещена в область ИК излучения относительно чувствительности человеческого глаза (рисунок А.1), что потенциально делает их уязвимыми к подавлению ИК светом.

Однако, из доступных источников не ясны следующие особенности данного метода:

- спектральная чувствительность типовых средств визуально-оптической разведки в области ИК диапазона и ее влияние на качество съема информации при воздействии на приемник инфракрасного излучения;

- применение данного метода в реальных условиях;

- способы его реализации;

- эффективность применения для подавления различных классов устройств фото- видеосъемки



2. Методы экспериментальных исследований спектральных характеристик средств визуально-оптической разведки и эффективности их подавления активными методами

2.1 Методика проведения измерений спектральных характеристик средств визуально-оптической разведки

Для проведения измерений используется лабораторная установка (рисунок 2.1), люксметр MASTECH MS 6610 c диапазоном от 0 до 50 000 лк, амперметр.

Лабораторная установка (рисунок 2) состоит из: испытательной камеры 1, блока управления светодиодами 2, люксметра 3, амперметра 4, двух крышек испытательной камеры 5.

В испытательной камере размещено 6 светодиодных источников света видимого и ИК диапазона: 460 нм (синий свет), 525 нм (зеленый свет), 585 нм (желтый свет) 625 нм (красный свет), 850 нм, 940 нм (ИК диапазон).

Рисунок 2.1 - Лабораторная установка

Блок управления содержит два управляемых источника тока. Выход первого источника тока подключен к светодиодному источнику зелёного света (источник питания опорного источника света). Выход второго - коммутируется между светодиодными источниками синего, желтого, красного света и излучения ИК диапазонов. На рисунке 2.2 изображен общий вид лабораторной установки, готовой к проведению измерений.



Рисунок 2.2 - Общий вид лабораторной установки

где:

1- клеммы Х1-Х2;

2- клеммы Х3-Х4;

3- люксметр (используется для измерения освещенности во время калибровки источника зеленого света);

4- амперметр;

5- крышка с отверстием для ограничения дневного света и фиксации люксметра (во время калибровки источника зеленого света) и испытуемых средств визуально-оптической разведки (для определения их спектральной чувствительности);

6- ручка переключения испытательных источников света;

7- источник питания мА;

8- источник питания мА;

9- светочувствительный датчик люксметра;

10- блок со светодиодами (источник зеленого, синего, желтого, красного и ИК света);

11- ручки регулировки яркостью источника зеленого света;

12- испытуемая камера.



Рисунок 2.3 - Схема электрическая принципиальная блока управления

Методика проведения измерений состоит из следующих этапов:

1. Определение зависимости освещённости, создаваемой источником зеленого света, от величины потребляемого тока.

Этап проводится для построения графика зависимости плотности потока мощности и освещенности излучаемых зеленым источником света от величины потребляемого тока, который будет использоваться в дальнейшем для определения спектральной чувствительности приемников. На данном этапе второй источник тока должен быть отключён (контактная перемычка между клеммами Х1 - Х2 должна отсутствовать).

Выполнить следующие действия:

- подключить испытательную камеру 1 к блоку управления светодиодами 2 (см. рисунок 2.1);

- включить амперметр в цепь источника зеленого света к клеммам Х3-Х4 (см. рисунок 2.2);

- накрыть испытательную камеру крышкой с отверстием равным в диаметре светочувствительному датчику люксметра (см. рисунок 2.2);

- установить люксметр на крышке камеры;

- с помощью ручек регулировки яркостью опорного светодиода установить минимальное значение тока, при котором люксметр определяет значение яркости излучаемого света;

- записать в таблицу 2.2 установленную величину тока и показание люксметра;

- увеличить в два раза величину тока через светодиодный излучатель зелёного света;

- изменять значение тока до тех пор, пока величина тока через светодиодный излучатель зелёного света не достигнет 340 мА;

- записать показания люксметра и амперметра в таблицу 2.2.

2. Расчет плотности потока мощности опорного источника света.

Исторически сложилось так, что сначала развивалась метрология световых измерений. Именно глаз на протяжении более 200 лет был тем самым эталонным приемником излучения, на основе которого и проводились все оценки и измерения силы света, яркости, освещенности. Позже был создан прибор для измерения освещенности (люксметр), который имеет спектральную характеристику, идентичную глазу стандартного наблюдателя.

Для расчета чувствительности средств, обладающих спектральными характеристиками, отличными от спектральной чувствительности глаза, применение светотехнических единиц (люкс, люмен и т.п.) не совсем корректно. Метод оценки и расчета чувствительности в энергетических единицах (ватт, джоуль, количество фотонов) свободен от указанных недостатков.

Измерением световых величин занимается фотометрия, а измерениями излучения во всем оптическом диапазоне - радиометрия. В соответствии с этим световые единицы (люкс, люмен и т.п.) часто называют фотометрическими, а энергетические единицы (ватт, джоуль и т.п.) - радиометрическими. Соответствие фотометрических и радиометрических единиц приведено в таблице 1 (приложение А).

Для построения графика спектральной чувствительности средств визуально-оптической разведки используются радиометрические величины, а именно плотность потока мощности (П), которая рассчитывается из освещенности, создаваемой источником света. Пересчет освещенности в плотность потока мощности осуществляется по формуле (2.1).

, [Вт/м²] (2.1)

оптический разведка спектральный визуальный

где Еv - освещенность, создаваемая источником света (по показаниям люксметра),

V(л) - значение относительной спектральной чувствительности глаза человека на длине волны излучаемого света л (см. приложение Б), V(555) = 1,

(1/683) [Вт/лм] - коэффициент пересчета фотометрической величины в радиометрическую для л = 555 нм.

3. Определение плотности потока мощности излучения зелёного света, яркость которого воспринимается испытуемым приемником одинаково с излучениями на длинах волн (л=460 нм; л=585 нм; л=625 нм) видимого и ИК диапазона (; л=850 нм; л=940 нм). Были выбраны следующие средства наблюдения: видеорегистратора Convoy DVR-05HD, цифровой фотоаппарат Sony DSC P200 и камера мобильного телефона Lenovo S850.

Для проведения работы выполнить следующие действия:

- вместо люксметра установить на крышку испытуемую камеру, предварительно подобрав крышку с подходящим диаметром отверстия;

- замкнуть клеммы Х1 Х2 (см. рисунок 2.2) испытуемых светодиодов контактными перемычками;

- ручкой переключения испытуемых источников света включить синий светодиод (л = 460 нм);

- с помощью ручек регулировки яркостью опорного источника света добиться того, чтобы яркость зеленого и испытуемого светодиодов воспринималась исследуемой камерой одинаково (рисунок 2.4);

- записать значения тока в таблицу 2.1;

- определить Пзелён.экв для каждого испытуемого светодиода из графика зависимости плотности потока мощности от тока (рисунок 2.5);

- все значения Пзелён.экв записать в таблицу 2.1;

- аналогичные действия повторить с источниками желтого, красного, ИК (ближнего и дальнего диапазонов) света.

Рисунок 2.4 - Пример подстройки яркости зеленого светодиода под яркость испытуемых источников

Таблица 2.1 - Шаблон таблицы результатов экспериментальной оценки спектральной чувствительности средств визуально-оптической разведки

л, нм	460 нм (синий)	585 нм (желтый)	525 нм (зеленый)	625 нм (красный)	850 нм (ИК)	940 нм (ИК)
Пизлуч, мВт/м2			-
Iз_экв_ярк, мА			-
Пзелен.экв, мВт/м2			-
K(л)			1

4. Рассчитать плотность потока мощности Пизлуч(л) [Вт/м²] по формуле 2.2, излучаемую каждым из используемых источников света при номинальном токе (вывод формулы 2.2 см. приложение Б).

Техническое описание используемых испытательных излучателей (светодиодов) приведено в приложениях В-Ж. Расчёт плотности потока мощности излучаемого света по данным, приведенным в техническом описании светодиодов, выполняется по формуле (2.3).

Формула (2.3) действительна только для расчета плотности потока мощности светодиодов с излучениями в видимом диапазоне, вывод формулы приведен в приложении И.

Пизлуч(л) , [Вт/м2], (2.3)

где Ф - номинальное значение силы излучаемого света (Luminous Intensity), см. техническое описание на испытательные светодиоды, приложение В…Е;

R - глубина камеры лабораторной установки,

б - значение угла на который приходится 50% световой энергии излучаемой светодиодом (50% Power Angle),

V(л) - значение относительной спектральной чувствительности глаза человека на длине волны излучаемого света л (см. приложение А).

Для измерений, выполняемых с помощью излучателей ИК диапазона, формула (3) будет иметь следующий вид:

Вт/м² (2.4)

где Р - номинальное значение излучаемой мощности (Radiant Power), см. техническое описание на испытательные ИК светодиоды, Приложение Ж.

5. Определение спектральной чувствительности приемников.

Определить соотношение между мощностью зеленого и исследуемых светодиодов: источника синего, зеленого, желтого, красного и ИК света ближнего и дальнего диапазонов по формуле:

, (2.5)



где Пизлуч - плотность потока мощности, которую излучает источник света на определенной длине волны;

Пзел.экв - плотность потока мощности, излучаемой опорным (зеленым) источником света с эквивалентной яркостью.

2.2 Результаты оценки спектральной чувствительности средств визуально-оптической разведки

Результаты измерения зависимости освещённости, создаваемой источником зеленого света, от величины потребляемого тока занесены в таблицу 2.2.

Таблица 2.2 - Результаты измерения зависимости освещённости, создаваемой источником зеленого света, от величины потребляемого тока

I, мА	0,023	0,044	0,1	0,18	0,35	0,485	0,8	1	2
Е, лк	0,034	0,0848	0,356	0,95	2,341	3,565	6,417	7,99	16,636
П, мВт/м2	0,05	0,124	0,521	1,391	3,428	5,22	9,395	11,7	24,35
I, мА	3,9	5	8	10	21	42	85	170	340
Е, лк	33,1	41	61,114	72	143	250	455	766	1392
П, мВт/м2	48,46	60	89,47	105,41	209,37	366	666,17	1121,52	2038

По полученным результатам построили график зависимости плотности потока мощности излучаемой зеленым светодиодом от потребляемого тока (рисунок 2.5).



Рисунок 2.5 - Зависимость плотности потока мощности и освещенности излучаемых зеленым светодиодом от потребляемого тока

По техническим характеристикам на светодиоды и формуле 2.3 рассчитали плотность потока мощности Пизлуч(л), излучаемую каждым из используемых источников света при номинальном токе.

Определили плотность потока мощности Пзелен.экв мВт/м² излучаемую зеленым светодиодом эквивалентным по яркости излучению на длинах волн (л=460 нм; л=585 нм; л=625 нм) видимого и ИК (; л=850 нм; л=940 нм) диапазона, изменяя и подстраивая яркость под каждый источник регуляторами яркости.

Значения мощности определяли по графику изображенному на рисунке 2.5.

Далее вычислили коэффициент К по формуле 2.4.

Все результаты оценки спектральной чувствительности типовых средств визуально - оптической разведки занесли в соответствующие таблицы.

Таблица 2.3 - Результаты экспериментальной оценки спектральной чувствительности для цифрового фотоаппарата Sony DSC P200

л, нм	460 нм (синий)	590 нм (желтый)	555 нм (зеленый)	625 нм (красный)	890 нм (ИК)	940 нм (ИК)
Пизлуч(л), мВт/м2	13027	1745	2038	4088	4090	1590
Iз_экв_ярк, мА	250	75	340	42.5	0.07	0.01
Пзелен.экв, мВт/м2	1550	600	2038	380	0.3	0.1
K(л)	0.118	0.343	1	0.0929	7.3E-5	0.0001

Таблица 2.4 - Результаты экспериментальной оценки спектральной чувствительности для камеры мобильного телефона Lenovo S850

л, нм	460 нм (синий)	590 нм (желтый)	555 нм (зеленый)	625 нм (красный)	890 нм (ИК)	940 нм (ИК)
Пизлуч(л), мВт/м2	13027	1745	2038	4088	4090	1590
Iз_экв_ярк, мА	220	220	340	190	0.12	0.07
Пзелен.экв, мВт/м2	1400	1400	2038	1240	0.73	0.31
K(л)	0.10746	0.803	1	0.3033	0.00017	0.000194

Таблица 2.5 - Результаты экспериментальной оценки спектральной чувствительности для видеорегистратора Convoy DVR-05HD

л, нм	460 нм (синий)	590 нм (желтый)	555 нм (зеленый)	625 нм (красный)	890 нм (ИК)	940 нм (ИК)
Пизлуч(л), мВт/м2	13027	1745	2038	4088	4090	1590
Iз_экв_ярк, мА	290	82	340	137	6,2	340
Пзелен.экв, мВт/м2	780	640	2038	870	72	2038
K(л)	0,06	0,366	1	0,2128	0,0176	1,28

На рисунке 2.6 приведены графики спектральной чувствительности по данным таблицы 2.5 для каждого из приемников светового излучения.

Рисунок 2.6 - Спектральная чувствительность исследуемых средств визуально-оптической разведки: камера мобильного телефона Lenovo S850, видеорегистратора HD198i и цифрового фотоаппарата Sony DSC P200



Из графика 2.6 видно, что такие классы средств визуально-оптической разведки как камера мобильного телефона и цифровой фотоаппарат имеют высокую чувствительность в диапазоне видимого излучения и менее чувствительны к излучениям в ИК диапазоне. Следовательно, можно сделать вывод, что метод защиты объектов с помощью засветки ИК излучен от данных средств разведки будет менее эффективен, также потребуются инфракрасные светоизлучатели с более высокими мощностными характеристиками.

График спектральной чувствительности видеорегистратора в области ИК излучений имеет стремительный подъем, что свидетельствует о его уязвимости к подавлению ИК - светом, что упрощает реализацию данного метода и повышает его эффективность.

2.3 Определение оценки эффективности подавления средств визуально-оптической разведки активными методами

Методика измерений предусматривает использование источника зеленого света.

В дальнейшем, на основе результатов определения спектральных характеристик средств визуально-оптической разведки и данных измерений, возможно произвести расчет плотности потока мощности излучения инфракрасным светодиодом для образования пятна подавления с необходимым эффективным радиусом.

На рисунке 2.7 изображено расположение элементов лабораторной установки.



Рисунок 2.7 - Размещение элементов лабораторной установки

где:

1 - штриховая мира;

2 - источник зеленого света;

3 - источник искусственного освещения тестового поля.

Этапы методики:

1. Определение эффективного радиуса пятна подавления.

Для проведения измерений была подготовлена штриховая мира (рисунок 2.8). Она представляет собой рисунок множества линий в форме окружностей белого и черного цвета различного диаметра, которые объединены секторами. Радиус миры равен 5 см. Толщина всех линий в пределах сектора равна. Имеется 8 секторов с линиями: 0,5 мм; 1мм; 2 мм; 3 мм; 4 мм; 5 мм; 6 мм; 7 мм, которые расположены в порядке уменьшения ширины линий. Измерения проводятся в помещении без доступа дневного света. В качестве испытуемого был выбран фотоаппарат Canon EOS 1100D.

Рисунок 2.8 - Штриховая мира для экспериментального определения эффективного радиуса пятна подавления



Для проведения измерений необходимо выполнить следующие действия:

1. Отключить все светодиодные излучатели лабораторной установки;

2. Поместить миру в испытательную камеру лабораторной установки сделав при этом отверстие в центре для зеленого светодиода (тестовое поле);

3. Включить источник освещения тестового поля;

4. Подобрать расстояние между испытательной камерой и исследуемым фотоаппаратом таким образом, чтобы штрихи с минимальным шагом воспринимались фотоаппаратом на гране разрешения;

5. Измерить люксметром начальную освещённость тестового поля, результат занести в таблицу протокола измерений;

6. Включить светодиодный источник зелёного света;

7. Выполнить серию снимков миры при различных яркостях светодиодного источника зелёного света (рисунок 2.9):

- задать ток через светодиодный источник зелёного света, значения которого лежат в диапазоне от 40 до340 мА, изменения яркости при подборе шага изменения должны быть значительными и заметны глазу;

- измерить люксметром освещённость (суммарная) в месте размещения фотоаппарата, измеренную величину занести в таблицу протокола измерений;

- выполнить фотографию миры при включенных и выключенных источниках искусственного освещения помещения;

- повторить аналогичные действия для всех значений тока потребления светодиодного источника зелёного света, при этом суммарная освещенность тестового поля измеряется без освещения помещения.



Рисунок 2.9 - Снимок для определения радиуса пятна подавления

После выполнения снимков, изображение тестового поля обрабатывается в программе Photoshop. С помощью ее инструментов определяется величина радиуса пятна подавления в пикселах (радиус свечения зеленого светодиода, которое смазывает изображение штрихов изначально выбранного сектора и не позволяет распознать их с помощью камеры как отдельные элементы). Пересчет радиуса в реальные размеры осуществляется по формуле:

(2.5)

где:

Rп.см - величина радиуса пятна подавления выраженная в сантиметрах;

Rп.отн. - радиус пятна подавления выражен в относительной величине;

Rм.см - радиус миры в сантиметрах;

(2.6)

В формуле:

Rп.п. - радиус пятна подавления в пикселах;

Rм.п - радиус миры в пикселах.

2. Определение отношения яркости излучаемой зеленым светодиодом к начальной яркости тестового поля.

Расчет проводится для построения графика зависимости величины эффективного радиуса пятна подавления от контраста тестового поля при разных величинах тока потребления зеленым светодиодом.

Для определения контраста К используем следующую формулу:

(2.7)

где:

Еи - суммарная освещенность тестового поля, измеренная люксметром;

Ет.п - начальная освещенность тестового поля;

Результаты расчета занести в таблицу 2.6.

3. Результаты определения эффективности подавления средств визуально-оптической разведки активными методами.

Данные оценки эффективного радиуса пятна подавления были занесены в таблицу 2.6

Таблица 2.6 - Результаты измерений эффективного радиуса пятна подавления

Еи, лк	212,6	616.24	750,7	1330,5	1400,56
Ет.п, лк	18
Е, лк	194,6	598,24	732,7	1312,5	1382,56
K	10,81	33,23	40,7	72,91	77,8
Rп., см	1,1	1,05	1,2	1,22	1,3
Rп2, см	1,29	1,36	1,37	1,377	1,39

В таблице:

Еи - суммарная освещенность тестового поля;

Е - освещенность, создаваемая источником зеленого света;

Ет.п. - начальная освещенность тестового поля;

К - отношение величины Е к Ет.п.;

Rп.,см - эффективный радиус пятна подавления измеренный по снимкам сделанным в условиях искусственного освещения помещения;

Rп.2,см - эффективный радиус пятна подавления измеренный по снимкам сделанным в темном помещении.

На рисунке 2.9 приведена зависимость эффективного радиуса пятна подавления от соотношения яркостей тестового поля и контрового источника света.

Рисунок 2.9 - График зависимости эффективного радиуса пятна подавления от контраста

Обозначения на графике соответствуют таблице 2.6.

Из данного графика можем сделать вывод, что метод подавления средств разведки с помощью ИК излучений более эффективен в темноте. Это объясняется отсутствием помех создаваемых дополнительным освещением, что способствует хорошему восприятию приемниками инфракрасного излучения.

Недостаток проявляется в сложности реализации данного условия из-за ряда причин:

- разведывательные действия могут проводится не только ночью, но и в дневное время суток;

- большинство средств визуально-оптической разведки имеют вспышку, использование которой приводит к подавлению контрового света (в данном случае ИК)

- каждый охраняемый объект имеет освещение в ночное (а иногда и в дневное время суток).

Эти факторы следует учитывать при выборе светодиодных излучателей с определенными мощностными характеристиками.



Выводы

В работе рассмотрена актуальная научная прикладная задача, посвященная исследованию особенностей подавления средств визуально-оптической разведки. Выполненные экспериментальные исследования показывают, что, не смотря на широкую огласку метод подавления фото видеотехники путем ее засветки ИК светом имеет весьма сомнительный результат. Среди таких средств визуально-оптической разведки как "камера мобильного телефона", "полупрофессиональный фотоаппарат", "зеркальный фотоаппарат" "авто видеорегистратор", только последний тип оказался явно подверженным исследуемому методу подавления. Его спектральная чувствительность к ИК свету превышает чувствительность к излучениям видимого диапазона на 22%.

Такая подверженность обусловлена тем, что конструкция данных средств предусматривает использование ИК света в качестве подсветки в условиях недостаточной освещенности и, следовательно, требует от матрицы этих камер высокой чувствительности к ИК свету. Из остальных классов исследуемых средств наиболее уязвимыми к ИК свету являются камеры мобильных телефонов, их чувствительность к ИК излучениям примерно в 5000 раз хуже, чем к свету видимого диапазона. Экспериментальная оценка эффективности применения засветки для защиты визуально-оптической информации показала, что при условии одинаковой спектральной чувствительности к свету видимого и ИК диапазона для "закрытия" участка поверхности размером приблизительно 5 см², необходимо чтобы источник засветки создавал световой поток более чем в 10 раз превышающий световой поток о самой поверхности.

При условии дневной освещённости это соответствует излучаемой плотности потока мощности ИК засветки 0.28 ВТ/М2. Ориентировочная величина потребляемой мощности светодиодных излучений, создающих такой световой поток составляет … и … Вт соответственно. Для подавления камер мобильных телефонов приведённые величины мощности должны быть увеличены в 100-1000 раз, что подвергает сомнению возможность реализации подобных средств подавления, которые будучи безопасными и невидимыми глазу человека решают поставленную задачу ЗИ. Результаты работы использованы в лабораторном практикуме студентов по специальности "Системы технологий защиты информации, автоматизации и её обработки", а также могут быть использованы при проектировании и развёртывании систем охранного видеонаблюдения.



Перечень ссылок

1. Особенности построения визуально-оптических средств разведки [Электронный ресурс] Режим доступа: http://special-for-diana.narod.ru/8.htm

2. Соловьева Н.М. Фотокиноаппаратура и ее эксплуатация. М.: Легпромбытиздат, 1992, 216 с.

3. Торокин А.А. Инженерно-техническая защита информации: учебное пособие для студентов, обучающихся по специальностям в обл. информ. безопасности [Текст] / А.А. Торокин. - М.: Гелиоос АРВ, 2005. - 960 с.

4. Хорошко В.А. Методы и средства защиты информации [Текст] / В.А. Хорошко, А.А. Чекатков; под ред. Ю.С. Ковтанюка. - К.: Юниор, 2003. - 504с.

5. Контровой свет в фотографии! [Электронный ресурс] Автор: Максим Измайлов, 19 ноября 2014 г. Режим доступа: http://photosay.ru/osnovy-fotografii/kontrovoj-svet-v-fotografii.html

6. Бортжурнал [Электронный ресурс]: "Защита от радаров SpeedCam." Режим доступа: https://www.drive2.ru/l/288230376152687004/

7. Японские ученые разработали устройство противодействия системам распознавания лиц [Электронный ресурс]: Автор: Николай Свежев [05 Фев 2013]. Рубрика: Наука. Режим доступа: http://animeweekend.ru/nauka/4702

8. Лучшая защита от видеонаблюдения - инфракрасный светодиод [Электронный ресурс] автор: Анатолий Ализар, 2013г. Режим доступа: https://xakep.ru/2013/09/20/61293/



Приложения

Приложение А. Осреднённая спектральная чувствительность глаза человека

Таблица А.1 - Осреднённая спектральная чувствительность глаза человека

л, нм	V(л )	л, нм	V(л )	л, нм	V(л )	л, нм	V(л)
380	0,00004	490	0,208	590	0,757	700	0,0041
390	0,00012	500	0,323	600	0,631	710	0,0021
400	0,0004	510	0,503	610	0,503	720	0,00105
410	0,0012	520	0,71	620	0,381	730	0,00052
420	0,004	530	0,862	630	0,265	740	0,00025
430	0,0116	540	0,954	640	0,175	750	0,00012
440	0,023	550	0,995	650	0,107	760	0,00006
450	0,038	555	1	660	0,061	770	0,00003
460	0,06	560	0,995	670	0,032
470	0,091	570	0,952	680	0,017
480	0,139	580	0,87	690	0,0082

Рисунок А.1 - График спектральной чувствительности человеческого глаза



Приложение Б. Расчет плотности потока мощности от точечных источников света на расстоянии R

Необходимо рассчитать плотность потока мощности, создаваемую точечными источниками света, установленными в испытательной камере лабораторной установки (рисунок Б.1).

Рисунок Б.1 - Схематическое изображение испытательной камеры лабораторной установки

Исходные данные к расчету:

- излучаемая мощность источника Р;

- ширина диаграммы направленности источника б.

Предположения:

- диаграмма направленности точечного источника имеет вид шарового сектора (поверхности ОАМС), подобного изображенному на рисунке Б.2. Источник излучения расположен в точке О;

- плотность потока мощности постоянна в пределах телесного угла, ограниченного конической поверхностью ОАС. Вся излучаемая источником мощность сосредоточена в данном телесном угле;

- удаление от источника излучения на расстояние R происходит вдоль оси симметрии его диаграммы направленности (оси ОY);

- стенки испытательной камеры (см. рисунок Б.1) полностью поглощают падающую на них световую энергию.



Рисунок Б.2 - Графическое пояснение к расчёту

Величину плотности потока мощности (П), падающей на крышку испытательной камеры, можно определить как:

(Б.1)

Где

Sшс - площадь шарового сегмента (поверхность АМС, рисунок Б.2).

По определению:

, (Б.2)

Где

R - радиус сферы, АО = МО = СО = R (см. рисунок Б.2);

hсегмента - высота шарового сегмента, МN = hсегмента (см. рисунок Б.2).

Сечение шарового сектора (рисунок Б.2) плоскостью АСО представлено на рисунке Б.3.



Рисунок Б.3 - Сечение шарового сектора

Из прямоугольного треугольника ANO:

так как МО = АО = R, то:

Вынесем R за скобки:

(Б.3)

Подставляя формулу (Б.3) в формулу (Б.2) получим:

,

Тогда выражение для плотности потока мощности (формула Б.1) будет иметь вид:



(Б.4)

Примечание: при б = 360? формула (Б.4) примет вид общеизвестного выражения для расчёта плотности потока мощности, создаваемой изотропным излучателем:



Приложение В. Технические характеристики светодиода ARPL-14B1N



Приложение Г. Технические характеристики светодиода ARPL-GNH1E



Приложение Д. Технические характеристики светодиода ARPL-1Y1N



Приложение Е. Технические характеристики светодиода ARPL-1R1N



Приложение Ж. Технические характеристики светодиодов EDEI-1FA3 И EDEN-LA3

Размещено на Allbest.ru