Vedere nocturnă

Această perspectivă asupra articolului sau secțiunii în cauză nu citează sursele necesare sau sunt insuficiente. Puteți îmbunătăți această intrare adăugând citate din surse de încredere în conformitate cu liniile directoare privind utilizarea surselor .

Instrument de vizionare nocturnă

Viziunea de noapte este o caracteristică prezentă în unele echipamente (cum ar fi camerele foto sau ochelarii speciali) concepute pentru a permite viziunea în medii întunecate și nu foarte luminoase. Unele dintre aceste echipamente sunt comercializabile și pot fi achiziționate în magazine specializate.

Principiile de funcționare

Astăzi, echipamentele de vizionare nocturnă sunt realizate în principiu urmând două tipuri de principii:

• amplificarea luminii;
• detectarea radiațiilor infraroșii.

Sisteme de amplificare a luminii

Dispozitivele care funcționează folosind primul principiu integrează ceea ce se numește intensificator de lumină (sau amplificator de luminozitate). Acesta din urmă funcționează detectând lumina slabă provenită din mediu (datorită luminozității lunare sau stelare) și o amplifică electronic, prezentând în cele din urmă imaginea (cu luminozitate amplificată) pe un ecran. Viziunea arată atât de asemănătoare cu ceea ce ar prezenta în timpul zilei. Este important să subliniem că aceste dispozitive amplifică lumina preexistentă în mediu, deci dacă mediul ar fi absolut întunecat, nu ar mai fi nimic de amplificat și nu s-ar obține nicio imagine.

Unele probleme practice înseamnă că, chiar și în medii care nu sunt excesiv de întunecate, imaginea poate fi de nerecunoscut (lipsă de contrast, imagine punctată).

O problemă resimțită, pe aceste dispozitive, este strălucirea datorată luminilor care intră în imagine:

• înflorire , supraexpunerea unei părți a imaginii datorită prezenței unei lumini relativ intense;
• halou , o „coroană” supraexpusă în jurul luminilor (de asemenea, cele punctuale) prezente în câmpul vizual;
• efectul cometei , trasee de lumină generate de permanența saturației pixelilor supraexpuși;
• strălucire temporară a întregului dispozitiv datorită apariției luminilor puternice și bruște în imagine.

Pe măsură ce tehnologia se îmbunătățește, aceste probleme devin mai puțin enervante, dar nu pot fi eliminate complet.

Pentru a rezolva unele dintre aceste probleme și a oferi instrumente din ce în ce mai eficiente chiar și în condiții de lumină prohibitivă, este posibilă utilizarea tehnologiei NSI (Night Sensor Light Intensifiers), o tehnologie inovatoare pentru camerele de noapte / zi care acționează ca un intensificator de lumină, crescând în mod specific camera performanță în condiții de lumină slabă.

Comparativ cu alți senzori, este posibil să se obțină rezultate concrete asupra numărului de pixeli rezoluți, senzorii NSI pot obține imagini de înaltă calitate în condiții de lumină scăzută, crescând sensibilitatea până la 2000 mV sau mai mult pentru 1 µm ² .

Sisteme infraroșii pasive

Dispozitivele care funcționează utilizând al doilea principiu integrează o cameră cu imagini termice (sau o cameră cu infraroșu). Acest lucru funcționează prin detectarea radiațiilor infraroșii care emit toate obiectele având o temperatură diferită de cea mediului. Din aceasta este evident că aceste dispozitive nu au nevoie de lumină de la o sursă externă: obiectele în sine sunt sursa radiației de care au nevoie. Evident, imaginea va fi foarte diferită de cea cu care suntem obișnuiți în mod obișnuit: camera cu imagini termice va detecta intensități proporționale cu temperaturile de suprafață ale obiectelor, iar cele mai „luminoase” obiecte nu vor fi ceea ce am defini în mod normal „clar” (cele care reflectă cel mai bine lumina vizibilă), dar cele mai calde. Aceste dispozitive au, de asemenea, probleme practice care le limitează utilizarea (de exemplu, lipsa rezoluției, orbirea din surse de căldură, rezoluția slabă a obiectelor reci).

O problemă de bază se referă la limitările sensibilității, rezoluției și gamei de radiații detectabile, datorită faptului că dispozitivul în sine este un obiect „fierbinte”, iar chiar temperatura sa maschează ceea ce este destinat să detecteze. Pentru a limita această mascare ar fi necesar să aduceți dispozitivul la o temperatură cât mai scăzută posibil (fără a-l deteriora), răcindu-l într-un fel.

În trecut, pentru a obține performanțe acceptabile, a fost necesar să se echipeze camerele cu imagini termice cu un sistem de răcire (gaz criogenic sau ciclu Stirling). Cu toate acestea, aceasta a însemnat o creștere a greutății, dimensiunilor și consumului. Apoi, odată cu avansarea tehnologiei, a fost posibil să se producă camere de termoviziune care sunt suficient de performante, pentru a putea fi utilizate în mod profitabil la temperatura camerei. Pentru toate aplicațiile cele mai critice, care necesită capacități de performanță mai ridicate, este totuși necesar să se utilizeze camere de imagini termice răcite.

Instrumentele de vedere nocturnă care exploatează radiațiile infraroșii au proprietatea interesantă de a putea „vedea” obiecte altfel invizibile:

• razele infraroșii sunt capabile să treacă mai bine prin bariere care în mod normal blochează lumina vizibilă, de exemplu pot fi văzute obiecte cufundate în ceață și fum;
• într-o imagine cu infraroșu „ies în evidență” obiecte fierbinți, chiar dacă sunt camuflate sau confuze în vegetație (cum ar fi oameni, vehicule, incendii, clădiri);
• într-o imagine cu infraroșu „ies în evidență” și obiecte care, datorită proprietăților lor fizice, reflectă în special infraroșul, de exemplu, este posibil să se distingă culturile în stare bună sau în stare proastă;
• în cele din urmă, un obiect fierbinte încălzește ceea ce este în apropiere, lăsând o amprentă de sine, chiar și după ce a fost îndepărtat.

Sisteme infrarosu active

O tehnică alternativă la infraroșu pasiv, exploatează capacitatea suprafețelor de a reflecta în apropierea infraroșu (NIR-infraroșu cu lungimi de undă apropiate de cele ale luminii roșii vizibile). Tehnica presupune iluminarea mediului cu proiectoare cu infraroșu (invizibile cu ochiul liber), camerele termice astfel nu vizualizează mediul pentru emisia obiectelor, ci pentru ceea ce reflectă datorită iluminării active a obiectelor. Evident, pentru persoanele fără spectatori cu infraroșu, mediul continuă să pară întunecat.

În trecut, când camerele cu imagini termice nu erau foarte sensibile, aceasta era o tehnică destul de obișnuită, astăzi este încă folosită atunci când:

• nu aveți camere cu imagini termice suficient de sensibile;
• doriți să îmbunătățiți calitatea imaginii (creșteți contrastul și rezoluția).

Sisteme mixte

Pentru a depăși limitele practice respective ale acestor dispozitive, recent au fost create sisteme „mixte”, care încearcă să integreze cele două principii de funcționare.

O modalitate este de a face intensificatoarele de lumină sensibile cel puțin la infraroșu apropiat (NIR), pe care obiectele îl emit într-o anumită cantitate, chiar și în absența unui proiector dedicat.

O altă modalitate este de a afișa pe un monitor o imagine „combinată” provenită de la două dispozitive (un intensificator și un aparat de fotografiat termic), reprocesând imaginile respective în timp real.

Tipul de afișare

Imagine realizată cu o cameră de vizionare nocturnă

Există două moduri de a vizualiza imaginile:

• cea monocromatică;
• cea numită „culori false”.

Primul mod este tipic pentru intensificatoarele de imagine, dar și pentru camerele cu imagini termice care exploatează în apropiere de infraroșu. Zonele mai ușoare sunt cele ale obiectelor care reflectă cel mai mult radiația (vizibilă și / sau aproape infraroșie) sau, în cazul camerelor termice, obiecte fierbinți; zonele cele mai întunecate sunt cele ale celor mai puțin reflexive și / sau obiecte reci. Imaginile apar adesea „verzi”, acest lucru se datorează faptului că ecranele acestor dispozitive folosesc adesea fosfor verde: astăzi niciun dispozitiv de acest tip nu are capacitatea de a afișa adevăratele culori ale unui obiect așa cum ar apărea în lumina naturală.

Cea de-a doua modalitate este tipică pentru camerele cu imagini termice care exploatează infraroșul emis direct din obiecte. Imaginea este prezentată în culori, dar culorile nu corespund cu cele ale percepției optice normale, ci reprezintă zone cu o temperatură similară a suprafeței. Obiectele sunt colorate printr-o scară de culoare variind de la galben, pentru corpurile cele mai fierbinți, și scalate (portocaliu, roșu, albastru) până la negru, pentru corpurile mai reci.

Note istorice

Primele dispozitive de viziune nocturnă apar la sfârșitul celui de- al doilea război mondial . Acestea erau sisteme active cu infraroșu, numite și „convertoare cu infraroșu”. Dispozitivele erau tuburi de vid (de exemplu, tipul 6929, 6914) care făceau vizibilă lumina infraroșie, dar nu o amplificau. Deși eficiente, aceste instrumente au oferit un focal și un câmp vizual foarte limitat; dimensiunea, greutățile și consumul de energie le-au făcut incomode și impracticabile. În cele din urmă, având nevoie de o sursă de lumină în infraroșu , s-au făcut localizabili de către dușmani. Aceste dispozitive se numesc „generația 0”.

După război, camerele cu imagini termice au fost perfecționate și au început să fie utilizate sisteme de viziune cu infraroșu pasiv. Acestea necesită totuși camere de răcire cu imagini termice, deci sisteme mari, grele și consumatoare de energie; pentru care aplicațiile au fost limitate la vehicule special echipate, în timp ce sistemele active cu infraroșu au continuat să fie utilizate (într-o formă mai avansată).

În anii 1970 se dezvoltă tehnica bazată pe amplificarea surselor de lumină disponibile noaptea: de exemplu, intensificarea luminii generate de stele și a luminii reflectate de lună . Aceste dispozitive au evoluat pentru a atinge dimensiuni, greutăți și consumuri foarte mici, adecvate pentru utilizare ca dispozitive portabile personale (tuburi cu diametrul de 18 mm și consum de ordinul 100-500 mW). Astăzi există telescoape, binocluri și ochelari (aceștia de fapt cam voluminoși) care pot fi folosiți pentru viziunea de noapte, alimentați cu baterii AA.

Între timp, dezvoltarea tehnologiilor cu semiconductori a pus la dispoziție materiale de înaltă performanță pentru a fi utilizate ca element senzor în camerele cu imagini termice. Acestea au progresat în ceea ce privește dimensiunea, consumul și sensibilitatea, până la punctul de a putea fi utilizate profitabil chiar și la temperatura camerei în sistemele cu infraroșu pasiv.

Tehnica intensificării luminii, combinată cu cea a camerelor cu infraroșu mici și eficiente, a produs spectatori de noapte puternici și practici, a căror dezvoltare continuă și astăzi.

Dezvoltarea viitoare a materialului este reprezentată de „Sensor Fusion”, adică integrarea într-un singur aparat a unui tub de intensificare a luminii cu o cameră termică. Apoi operatorul va determina utilizarea uneia față de cealaltă sau va combina cele două imagini.

Note tehnice privind intensificatoarele de lumină

Există patru generații de intensificatoare de lumină nocturne disponibile astăzi:

Prima generație

Dispozitive care utilizează 1 sau 3 tuburi de fotocatodă acceleratoare de electroni (de exemplu, tipul S-20).

Imaginea este focalizată optic pe suprafața fotocatodului tubului (de tip alcalin), aceasta emite electroni proporțional cu fotonii de lumină pe care îi primește. Prin intermediul plăcilor electrostatice, electronii sunt accelerați și focalizați pe suprafața unui ecran plasat la celălalt capăt al tubului. Plăcile cu fibră optică pot în cascadă alte două tuburi împreună, obținând câștiguri generale de luminozitate de până la 10.000 de ori.

A doua generație

Dispozitive care utilizează tuburi cu plăci fotomultiplicatoare (de exemplu, tipul S-25).

De asemenea, în acest caz, imaginea este focalizată optic pe suprafața fotocatodului tubului și acest lucru asigură emisia de electroni. După fotocatod, există o placă formată din milioane de microcanale de sticlă, acoperite cu un strat foarte subțire de semiconductori (fiecare canal are un diametru de aproximativ 12,5 microni); acestea constituie de fapt pixelii dispozitivului. Când un electron, generat de fotocatod, intră într-un canal, acesta ajunge să lovească suprafața sa internă; rezultatul este emisia altor electroni de către materialul semiconductor, care, de asemenea, lovind pe pereții tubului, înmulțește electronii cu efect de cascadă (în practică, fiecare tub acționează ca un fotomultiplicator ). La celălalt capăt al plăcii există un ecran, care reproduce imaginea „intensificată”. Focusul este generat de subtilitatea canalelor.

Aceste țevi au avantaje față de cele din generația anterioară:

• cu același câștig de lumină, aceste tuburi sunt mult mai scurte și mai compacte;
• au o rezoluție mai mare;
• au o gamă mai largă de sensibilitate (profită de roșu extins);
• au mai puține distorsiuni la margini.

A treia generație

Dispozitive similare cu cele din a doua generație, dar cu unele îmbunătățiri constructive ale conductelor:

1. folosesc arsenidă de galiu pentru fotocatod, ceea ce permite extinderea sensibilității la infraroșu apropiat;
2. utilizează o placă microcanală acoperită cu o „peliculă barieră ionică ”, capabilă să prelungească durata de viață a tubului (de la 4000 de ore din a doua generație la 10000 de durată medie de viață).

Arsenura de galiu este, de asemenea, mai sensibilă decât materialele anterioare și permite creșterea luminozității de până la 30.000 de ori.

Aceste dispozitive sunt rezervate militarilor și reprezintă maximul de tehnologie care poate fi acum exportat din SUA în țările NATO .

A 4-a generație

Dispozitivele definite ca „a 4-a generație” sunt similare cu cele ale celei de-a 3-a, dar lipsite de „pelicula barieră ionică”, în dezavantajul duratei, dar în avantajul calității imaginii. În plus, consumul de energie electrică a fost, de asemenea, înjumătățit.

Toate aceste dispozitive au funcția numită „Auto-Gated”, adică variația automată a câștigului de luminozitate, care reduce posibilitatea de a străluci de la luminile directe / indirecte bruste. Funcția acționează asupra tensiunii de alimentare a plăcii microcanale, în funcție de intensitatea luminoasă totală a imaginii.

A patra generație este în prezent pentru utilizarea exclusivă a forțelor armate americane.

Producătorii occidentali

Cei mai mari producători de tuburi de îmbunătățire a imaginii se află în SUA. Printre acestea se numără ITT, L-3 Electronics, Photonis Night Vision și Qiopitq.

Există, de asemenea, tuburi produse de DEP-Photonis olandeză:

• SuperGen: este plasat între a doua generație Plus și a treia generație americană OMNI II.
• XD-4: tub de înaltă calitate comparabil cu tuburile de 3ª în condiții de lumină de noapte urbană, în timp ce acestea sunt încă inferioare celei de-a treia generații SUA în condiții de întuneric extrem.

Diferențele dintre NightShot și viziunea de noapte

De câțiva ani, tehnologia „ Nightshot ” pentru fotografierea pe timp de noapte s-a răspândit (în special pe camerele CCD mono). Atenție: tehnologia „ Nightshot ” nu are nimic de-a face cu viziunea de noapte.

Sistemul „Nightshot” elimină filtrarea cu infraroșu „IR” de la CCD , făcând astfel camera CCD sensibilă la lumina infraroșie, dacă adăugăm la aceasta o pornire automată a unuia sau mai multor LED-uri cu infraroșu (același lucru folosit de exemplu la telecomanda video ), vom obține o imagine similară cu cea a vederii de noapte. Această tehnologie este legată totuși de un sistem de iluminare cu LED care, în funcție de putere, îmbunătățește performanța. Dar dacă am opri sistemul de iluminare cu infraroșu în întuneric, camera nu ar vedea absolut nimic. Tehnologia viziunii nocturne funcționează pe un alt principiu, care este de a intensifica lumina nocturnă reziduală din jur, recreând o imagine amplificată; în acest fel este posibil să pătrundă în spectrul luminii dincolo de pragul de 740 nanometri dincolo de care ochiul uman nu vede decât întunericul.

Aplicații

Aceste dispozitive, născute pentru uz militar, își găsesc acum aplicația în multe alte domenii. Dorind să menționez câteva:

• în securitatea civilă, pentru detectarea incendiilor;
• în salvarea publică, pentru identificarea persoanelor dispărute;
• în sectorul media și documentar, pentru fotografii de noapte sau locuri întunecate;
• în medicină ca suport non-invaziv pentru diagnostic;
• în aplicații de vânătoare;
• în ingineria sistemelor, testarea și diagnosticarea;
• în zbor instrumental;
• în supravegherea securității civile și publice;
• pe mare, ca suport pentru navigația de noapte;
• în mașină, pe oglinzi CCTV;
• in timpul liber.

Alte proiecte

• Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere privind viziunea nocturnă

Portalul armelor

Portal de știință și tehnologie