Ce este vederea nocturnă?

Vedeți ziua și noaptea, conduceți cu luminile stinse sau chiar detectați mișcarea dincolo de raza de vizibilitate, în orice vreme? Da, vom vorbi despre optica „viziune de noapte”, vom defini cum și datorită cărui principiu fizic poate exista această tehnologie, vom revizui funcționarea ei – cu evoluția ei de la crearea ei și, în final, diferitele sale utilizări posibile (și limitele lor) . Prin definiție, achiziționarea unui ochelari de vedere pe timp de noapte este o investiție. Produsul (ochelari, binoclu, binoclu, etc.) trebuie să corespundă utilizării cât mai versatile, la cel mai bun cost, cu cea mai bună durată de viață posibilă.

Ei bine, excludem vampirii și alți vârcolaci, sunt cazuri separate. Ochiul uman este format din două tipuri de celule (fotoreceptorii care căptușesc partea din spate a retinei):

• Conuri – pentru a distinge culorile

• Stick – pentru a seta luminozitatea

Când nivelul luminii scade, doar tijele – de 1000 de ori mai sensibile decât conurile și numărând între 92 și 100 de milioane pentru o ființă umană (comparativ cu pisica care are în jur de 150 de milioane și este o nyctalope) – reacționează. Acest lucru explică de ce vederea trece la modul „alb-negru”. La fel, obiectele par „neclare” deoarece transmisia de la fotoreceptori la nervul optic este mai puțin eficientă cu tije. Practic, pentru a activa capacitatea de „viziune pe timp de noapte” naturală și pentru a permite trecerea luminii reziduale, pupila se lărgește și „activează” tijele. Dar cu o limită care nu permite o viziune eficientă pe timp de noapte.

Se întâmplă la nivel atomic! Un atom (format din neutroni, protoni și un „nor” de electroni – aceasta este partea care ne interesează – care se află în mișcare în jurul nucleului atomului) se află în mișcare perpetuă, chiar și pe un corp (a) obiect solid . În funcție de nivelul său de excitare (în funcție de energia aplicată acestuia – și pe care o absoarbe, cum ar fi căldura, de exemplu), electronii săi vor trece de la o stare „pasivă” la o stare „excitată” și se vor îndepărta de nucleu alăturați-vă unei orbite de energie superioară. Electronii excitați (care câștigă energie mai mare decât capacitățile lor) se vor întoarce, după un anumit timp, pe orbita lor „naturală” în jurul nucleului. Acest „salt” între două orbite va genera o perturbare electromagnetică (radiație) și „elibera” această energie în exces (care va fi egală cu energia absorbită) sub formă de fotoni (și o undă electromagnetică – în funcție de principiul undei). -dualitatea particulelor). Această eliberare, sub formă de unde ȘI fotoni deci, este cuantificată de spectrul electromagnetic (pentru a fi simplu, o vom exprima în sistemul metric).

• INTERVALUL DE UNDE INFRAROSII SE EXTINDE DE LA 0,7 la 100 μm
• INTERVALUL DE UNDE VIZIBILE SE EXTINDE DE LA 0,38 la 0,7 μm
• TREBUIM PE razele GAMMA, X, ULTRAVIOLETA si RADIO, nici un interes aici

Ceea ce ne interesează pentru tehnologia folosită în viziunea nocturnă și termică este domeniul de unde infraroșii, subdivizat (de sistemul CIE) în 4 benzi spectrale:

• Aproape de infrarosu: de la 7 µm la 1,6 µm
• Infraroșu mediu: de la 1,6 µm la 4 µm
• Infrarosu termic: de la 4 µm la 15 µm
• Infraroșu îndepărtat: de la 15 µm la 100 µm

Datorită acestor diferite game de unde funcționează telecomanda, lampa LED, ghidarea rachetelor, camerele termice, laserele... și o grămadă de alte aplicații!

 Spectrul electromagnetic

Ce este lumina reziduală?

Absolut esențial pentru funcționarea telescopului dumneavoastră (fără lumină reziduală – și deci fără fotoni, nicio viziune pe timp de noapte posibilă), emisă de soare, lună, stele – și toate sursele de lumină găsite în zonele urbane (iluminat public, faruri ale vehiculelor, semne luminoase) care formează un halou luminos pe o suprafață mare – lumina reziduală este ansamblul de fotoni care călătoresc peste spațiul în care te afli (cu viteza luminii în altă parte), zi și noapte. Tocmai prin amplificarea acestei lumini (noaptea evident pentru vederea nocturna) folosind un fotocatod si un ecran fosforescent vom restabili o imagine (de calitate mai mult sau mai putin buna in functie de „generatia” tubului care contine fotocatodul).

Acum că principiul fizic care permite instalarea tehnologiei „viziune nocturnă”, vom putea explica cum funcționează!

Cum funcționează ochelarii de vedere pe timp de noapte?

După cum s-a văzut mai sus, principiul de bază (pentru un telescop care funcționează pasiv) este de a amplifica lumina reziduală cât mai mult posibil pentru a reda o imagine cu cea mai bună definiție și luminozitate posibile. Voi aborda doar pe scurt (și la capitolul „torță infraroșu”) exploatarea activă a infraroșului, această tehnologie fiind potențial un pericol în utilizarea tactică.

1. O lentilă (în partea din față a telescopului) captează lumina reziduală, precum și o parte din spectrul infraroșu apropiat și le direcționează către tubul electronic (un fotomultiplicator).

2. Trecând prin fotomultiplicator, lumina (fotonii) lovește un fotocatod și generează astfel electroni prin efect fotoelectric.

3. Electronii sunt proiectați către o plachetă – polarizată de electrozi – de micro-canale, MCP (pe care o considerăm ca o placă fotomultiplicatoare). Construit pentru a facilita coliziunea (fiecare micro-canal este orientat la un unghi mai mare sau mai mic – 5 până la 8°) și pentru a reduce „zgomotul”. Când electronii inițiali pătrund în micro-canale, ei lovesc pereții și provoacă emisia altor electroni, care, prin efect de amplificare, vor lovi la rândul lor pereții micro-canalelor, creând astfel alți electroni.

4. Electronii (acum numărând câteva mii) vor trece printr-un ecran fosforescent. Datorită energiei cinetice dobândite, electronii (care au păstrat structura fotonilor iniţiali – care vor permite restituirea imaginii) va excita atomii de fosfor... care vor elibera fotoni. Această lumină returnată printr-o lentilă va constitui imaginea finală – pe care o vizualizați „în verde” datorită proprietăților fosforului. Obiectivul trebuie să permită focalizarea (și eventual mărirea) pentru cea mai bună calitate posibilă.

1. De remarcat faptul că vederea „verde” se datorează alegerii de către producător a unui anumit fosfor – ochiul uman fiind mai sensibil la verde, aceasta a fost soluția pentru contrast (mai mult sau mai puțin) optim la un cost controlat.

Funcționarea schematică a unui ochelari de vedere pe timp de noapte (cel puțin generația 2)

Dar atunci de ce există mai multe „grade” de ochelari de vedere pe timp de noapte?

Ca în cazul oricărei invenții umane, vom căuta continuu să îmbunătățim capacitatea unei tehnologii. Prin fizică, biologie sau chimie, prin experiența raportată de utilizator și, pur și simplu, printr-o capacitate de fabricare a pieselor care se îmbunătățește odată cu apariția tehnologiilor conexe.

În cazul vederii nocturne, ceea ce a permis în principal îmbunătățirea este:

• Îmbunătățirea fotocatodului și a sensibilității acestuia (prin generațiile de tuburi 2 și 3)
  • Acestea au fost succedate de fotocatodul S1, S20, S25 și fotocatodul de arseniură de galiu (GaAs) - care îmbunătățește sensibilitatea în intervalul spectral vizibil și infraroșu apropiat.

• Introducerea wafer-ului cu micro-canal (din generația a 2-a)
  • Acest lucru va face posibilă generarea unei cantități mult mai mari de electroni (comparativ cu generația 1) și, prin urmare, îmbunătățirea amplificarii și a calității redării imaginii.
  • Pe un tub de generația 3 este atașat o peliculă filtrantă împotriva ionilor (pentru a proteja catodul de expunerea la o sursă de lumină nedorită). Acest lucru reduce numărul de electroni generați și crește haloul vizibil pe punctele luminoase. În schimb, filmul îmbunătățește semnificativ durata de viață a tubului
  • Pe un tub de generația 3 care îndeplinește standardele OMNI-V – VII, integrarea unui filtru ionic mai fin – îmbunătățirea SNR și a sensibilității la lumină – în detrimentul duratei de viață

• Funcția „AUTOATED”. (din generația a 3-a)
  • Această funcție gestionează extrem de rapid alimentarea tubului (de ordinul milisecundelor). De îndată ce tubul este expus la o sursă de lumină „agresivă”, sursa de alimentare va fi întreruptă imediat, păstrând astfel tubul și durata de viață a acestuia.

• Rezolutia (definit prin măsurarea în perechi de linii pe mm)
  • Pe scurt – și foarte succint – vă îmbunătățește vizualizarea detaliilor fine

• Îmbunătățirea SNR (Radio de zgomot semnal)
  • Este raportul dintre tensiunea semnalului (semnalul electric de la tubul tău) și cea a zgomotului pe care îl generează. Practic, „zăpada” (Scntilație) care apare în imagine. Diferența dintre un tub de generația 1 și 3 este evidentă.

Diferitele generații de tuburi

Redarea imaginii diferitelor generații de tub (termenul „generația 4” este suprautilizat și corespunde generației standardizate 3 Omni-VII)

Generația 0

În 1929, fizicianul ungur Kálmán Tihanyi a stabilit principiul vederii nocturne (în beneficiul armatei britanice). Încă din 1935, o firmă germană (AEG – care există și astăzi) a dezvoltat tehnologia de vedere pe timp de noapte, în paralel cu SUA. În timpul celui de-al Doilea Război Mondial, aceste două țări au folosit capacități de viziune nocturnă în luptă, atât pe vehicule blindate, cât și pe arme de calibru mic. SUA vor dezvolta conceptul și își vor continua utilizarea operațională în timpul războiului din Coreea. Tehnologia folosită este activă – proiectează un fascicul infraroșu larg

Generația 1 (și 1+)

Încă cel mai des folosit în lume astăzi! Dezvoltat în anii 60 și operat în timpul războiului din Vietnam de SUA, folosește primul tub de intensificare a luminii „pasiv” cu un fotocatod S20 (pentru un câștig de intensificare de aproximativ x1000). Imaginea este clară și oferă un contrast bun în centrul imaginii, cu distorsiuni la margini și un SNR care generează perturbări – „zăpadă” – asupra redării imaginii. Tuburile de generația 1 oferite în prezent de producători provin în mare parte din stocuri din fosta Uniune Sovietică – ceea ce este destul de pozitiv. Acolo Durata de viață a acestui tub va fi de aproximativ 4000 de ore (mai mult sau mai puțin) de utilizare activă et funcționarea sa va fi posibilă numai cu un nivel ridicat de lumină reziduală (luna vizibilă), cu excepția cazului în care se utilizează o lanternă IR împreună cu luneta.

Așa-numitul tub de generație „1+” nu este altceva decât un tub de generația 1 îmbunătățit pentru a oferi o calitate mai bună a imaginii (Armasight Core sau Pulsar Edge) cu rezoluție optimizată.

• Definiție: 35 până la 60 de perechi de linii per mm
• Durata medie de viata: aproximativ 4000 ore
• Fotocatod: S20
• Intensificare: aproximativ 1000x – necesită un nivel ridicat de lumină reziduală
• Preț mediu: de la 150 la 700 euro – în funcție de tipul de lunetă (monocular, binocular, lunetă de pușcă, cu sau fără mărire etc.)

Generația 2 (și 2+)

Această a doua generație introduce MCP (microchannel wafer) și un fotocatod S25, pentru un câștig de intensificare de până la 20000x, o îmbunătățire semnificativă a SNR, rezoluție (45 perechi de linii pe mm cel puțin) și sensibilitate la luminozitate - adăugarea unui Lanterna IR nu va mai fi necesară și nivelul de lumină reziduală va trebui să fie mult mai scăzut pentru o redare a imaginii superioară generației 1. Ecranul cu fosfor poate folosi (în funcție de producător) un fosfor care îmbunătățește contrastul „culorii” verzi. ” și, prin urmare, oferă un nivel mai bun de detaliu.

Așa-numitul tub de generație „2+” (într-adevăr) optimizează rezoluția (cu o medie de 60 de perechi de linii pe mm), SNR-ul câștigă până la 10 puncte în comparație cu un tub de generația 2 iar sensibilitatea crește la 400-800 µA/lm (pentru o sensibilitate de 500-600 µA/lm pentru generația 2 și fotocatodul său S25). Un tub de generația 2+ cu componente de calitate este semnificativ mai aproape de tuburile de generația 3.

• Definiție: 45 până la 73 de perechi de linii per mm
• Durata medie de viata: aproximativ 10000 ore
• Fotocatod: S25
• Intensificare: aproximativ 20000x – necesită un nivel scăzut de lumină reziduală
• Preț mediu: de la 900 la 2500 euro – în funcție de tipul de lunetă (monocular, binocular, lunetă de pușcă, cu sau fără mărire etc.)
• FOM (Figure Of Merite): de la 810 la 2044 (teoretic – în realitate mai mult ca 1800 maxim)

Generația 3 (și Omni-VII standardizată 3)

Integrarea fotocatodului din arseniură de galiu (îmbunătățește sensibilitatea la intervalul infraroșu îndepărtat, dar este mai „fragil” decât fotocatozii de tip S25) și un MCP de „a doua generație” acoperit cu o peliculă filtrantă (care protejează catodul de ioni) – aceasta reduce numărul de electroni generați și crește haloul vizualizat în jurul punctelor de lumină – permite o creștere a duratei de viață a tubului (până la 20000 h) și o amplificarea luminii reziduale de la 30 la 50000x. Puritatea imaginii și redarea detaliilor este de aproximativ 3 ori mai mare decât un tub de generația 2, dar ochiul tău nu va fi sensibil la această optimizare (sau într-o măsură redusă); Dimpotrivă, sensibilitatea excepțională la luminozitate vă permite să utilizați telescopul în condiții de lumină reziduală foarte slabă. Funcția „AUTO GATED” va proteja tubul de expunerea accidentală la iluminare agresivă și bruscă, păstrând în același timp redarea imaginii – ceea ce va fi esențial pentru un operator de luptă care, fără AUTO GATED, ar putea fi uimit de focuri, explozii, incendii...

Tubul de generație 3 standardizat de standardul militar US Omni (nivelul VII) îmbunătățește în principal MCP cu o peliculă filtrantă mai subțire decât pe un tub clasic de generația 3 (în timp ce păstrează elementele unui tub de a 3-a generație). Această modificare – care reduce durata de viață a tubului la aproximativ 15000 de ore – va crește drastic definiția și redarea imaginilor, rezoluția și nivelul de contrast. Rezervat în general pentru uz militar, cu un câștig de amplificare de 80 până la 120000x (teoretic – dar este încă impresionant).

Trebuie remarcat faptul că unii producători oferă tuburi de fosfor P43 care oferă o redare „alb-negru” sau chiar „albăstruie” pentru o mai bună vedere a contrastelor și detaliilor din imagine.

Trebuie remarcat faptul că, în funcție de nivelul de standardizare omni din SUA (de la nivelul II la VII), filmul cu filtru MCP va reda o imagine mai mult sau mai puțin clară și detaliată. Unele tuburi de generația 3 sunt oferite fără peliculă (fără film). Redarea imaginii este clar îmbunătățită, dar durata de viață a tubului este în mod evident scurtată. 

• Definiție: 57 până la 73 de perechi de linii per mm
• Durata medie de viata: de la 20000 la 15000 de ore
• Fotocatod: arseniura de galiu
• Intensificare: de la 30 la 120000x (foarte teoretic) - necesită un nivel foarte scăzut de lumină reziduală
• Preț mediu: de la 2300 la 6000 euro – în funcție de tipul de lunetă (monocular, binocular, lunetă de pușcă, cu sau fără mărire etc.) și componentele folosite
• FOM (Figura de merit): de la 1400 la mai mult de 2000

PENTRU MONTAREA PE ARMA VA TREBUIE SĂ ALEGEȚI UN LUNETTE CARE ÎMBARCĂ UN TUB CAPABIL DE A REZISTE LA SPATELE CALIBRULUI ARMEI DE DESTINAȚIE – ASTA PENTRU A PĂSTRA DURAȚA TUBULUI ȘI RENDAREA IMAGINEI. DACĂ AI DUBI CONTACTĂ-NE.

Cazul special al vederii digitale pe timp de noapte

O tehnologie identică cu cea folosită în camera dvs., camerele digitale de supraveghere, camera web sau camera digitală: un CCD sau CMOS modificat pentru a fi sensibil nu la spectrul vizibil, ci la spectrul infraroșu și se transformă într-un semnal digital. Semnalul digital este amplificat și apoi transmis pe ecranul LCD unde vizualizați imaginea. Absența unui ecran cu fosfor va elimina redarea negru și verde pentru a reda o imagine alb-negru.

La fel ca un tub de generația 1, o lunetă digitală de vedere pe timp de noapte poate doar amplifica lumina reziduală, fără integrarea unui MCP. De fapt, veți avea nevoie fie de lumină reziduală semnificativă (lună plină etc.) fie (cum ar fi o cameră de securitate, de exemplu) de diode IR, fie de o lanternă IR. Este esențial să rețineți că orice emisie în infraroșu este detectabilă. Este o prostie să fii un lunetist doborât din cauza acestui gen de greșeli.

Amplificarea va fi identică (sau chiar mai mare) cu un tub de generație „1+” (adică 1000x) cu o redare mai bună a imaginii – în special datorită absenței distorsiunii pe marginile imaginii.

Avantajul său cel mai decisiv este că constrângerile legate de tuburi dispar în mod evident. Puteți folosi ochelarii de zi fără niciun risc, nici pentru ochi și nici pentru dispozitiv. De asemenea, va fi mult mai simplu să exploatezi toate avantajele unui dispozitiv digital (înregistrarea de imagini sau videoclipuri, integrarea unui telemetru, a unui barometru etc.).

Acest tip de produs va fi perfect pentru utilizare „de agrement” sau pentru securitatea zonei la un nivel „scăzut” de vigilență și pentru luptă la intensitate scăzută. VA FI EVITAT ÎN LUPTE ÎNfruntarea SOLDAȚILOR PROFESIONISTI ȘI ECHIPATĂ.

CE DE REȚINET CÂND ȚI ALEGE OCHELARII DE VIZIUNE DE NOAPTE:

• Logica simpla: investitia facuta trebuie sa fie legata de misiunea(misiunile) urmatoare(i).

• Fiecare tub are o durată de viață – utilizarea profesională trebuie, prin urmare, să includă un prag de reînnoire a dispozitivului
  

• Încercați pe cât posibil să alegeți o lunetă care să fie versatilă (utilizabilă manual, montată pe cască ȘI pe o armă de exemplu) – cu excepția utilizărilor foarte specifice (lunetist, etc.)

• Determinați calitatea generală a ochelarilor folosind FOM (Figura meritului) - consultați glosarul de mai jos pentru a înțelege formula

GLOSAR „VIZIUNEA DE NOAPTE”

• Control automat al luminozității (ABC):

Control automat al luminozității (permite modularea tensiunii transmise către MCP în funcție de intensitatea luminozității reziduale).

• Auto Gate (ATG):

Permite controlul tensiunii transmise fotocatodului (și reduce sau întrerupe ciclul acestuia) în timpul expunerii la lumini agresive (trageri de noapte, incendiu, fulgere, iluminat public, halo eliberat de zonele urbane...). Această funcție vă păstrează vederea asupra detaliilor în lumină intensă și securizează fotocatodul (care ar putea fi deteriorat permanent fără această funcție). Util, chiar esențial, pentru piloții de aeronave – mai ales la joasă altitudine – forțe speciale și intervenții în mediul urban.

• lp/mm (perechi de linii pe milimetru):

Unitate utilizată pentru măsurarea rezoluției intensificatorului de imagine. De obicei determinată dintr-o țintă de testare a puterii de rezolvare a forțelor aeriene ale Statelor Unite din 1951. Ținta este o serie de modele de dimensiuni diferite constând din trei linii orizontale și trei linii verticale. Un utilizator ar trebui să poată distinge toate liniile orizontale și verticale și spațiile dintre ele.

• Scânteie:

Efect aleator, strălucitor în întreaga zonă a imaginii. Scintilația, numită uneori „zgomot video”, este o caracteristică normală a intensificatoarelor de imagine cu plăci cu microcanale și este cel mai pronunțată în condiții de lumină scăzută.

• Raportul semnal-zgomot (SNR):

Raportul dintre amplitudinea semnalului și amplitudinea zgomotului. Dacă zgomotul (vezi definiția „scintilației”) este la fel de luminos și de mare ca imaginea intensificată, nu poți vedea imaginea. Raportul semnal-zgomot se modifică în funcție de nivelul luminii, deoarece zgomotul rămâne constant, dar semnalul crește (niveluri de lumină mai ridicate). Cu cât raportul SNR este mai mare, cu atât dispozitivul funcționează mai optim într-un mediu „întunecat” – cu lumină reziduală scăzută.

• μA/lm (microamperi per lumen):

O măsurare a curentului electric (μA) produs de un fotocatod atunci când este expus la o cantitate măsurată de lumină (lumeni).

• Rezoluția:

Capacitatea unui intensificator de imagine sau a unui sistem de vedere pe timp de noapte de a distinge detaliile din jur. Rezoluția tubului intensificatorului de imagine este măsurată în perechi de linii pe milimetru (lp/mm), în timp ce rezoluția sistemului este măsurată în cicluri pe miliradian. Pentru orice sistem de vedere pe timp de noapte cu o mărire de 1, rezoluția tubului va rămâne constantă, în timp ce rezoluția altui lunetă poate fi afectată prin schimbarea focalizării și mărirea ocularului și prin adăugarea de filtre de mărire sau lentile „releu”. Adesea, rezoluția în același dispozitiv de vedere pe timp de noapte este foarte diferită atunci când este măsurată în centrul imaginii și la periferia imaginii. Acest lucru este deosebit de important pentru dispozitivele selectate pentru fotografie sau video unde rezoluția întregii imagini este importantă.

• MCP (Placă cu microcanal):

Celebrul „tort” de microcanale care înmulțește electronii produși de fotocatod. Un MCP se găsește numai în sistemele Gen 2 și Gen 3. MCP-urile elimină caracteristicile de deformare ale sistemelor Gen 0 și Gen 1. Numărul de „găuri” (micro-canale) dintr-un MCP este un factor major în determinarea rezoluției.

• Figura de merit (FOM):

Dacă există un singur lucru de reținut din acest articol de pe blog, acesta este acesta! FOM se determină după cum urmează: rezoluție (perechi de linii pe milimetru) x semnal-zgomot. Pe acest criteriu veți determina „calitatea” tubului telescopului dumneavoastră.

Ca întotdeauna, fiți în siguranță și fiți binecuvântați!