Co je noční vidění?

Vidíte den a noc, řídíte se všemi vypnutými světly nebo dokonce detekujete pohyb mimo dosah vašeho vidění za každého počasí? Ano, budeme hovořit o optice „nočního vidění“, definujeme, jak a díky jakému fyzikálnímu principu může tato technologie existovat, přezkoumáme její fungování - s vývojem od jeho vzniku a nakonec s jeho různými možnými způsoby použití (a jejich limity) . Podle definice je nákup brýlí pro noční vidění investicí. Produkt (brýle, dalekohled, dalekohled atd.) Musí odpovídat co nejuniverzálnějšímu možnému použití, za nejlepší cenu, s nejlepší možnou životností.

Vylučujeme upíry a další vlkodlaky, je to zvláštní případ. Lidské oko se skládá ze dvou typů buněk (fotoreceptory lemující spodní část sítnice):

• Šišky - pro rozlišení barev

• Tyčinky - nastavení jasu

Když hladina světla poklesne, reagují pouze tyče - 1000krát citlivější než kužely a počet 92 až 100 milionů pro člověka (ve srovnání s kočkou, která jich má kolem 150 milionů a která je nyctalope). To vysvětluje, proč vaše vidění přejde do „černobílého“ režimu. Podobně se objekty jeví jako „rozmazané“, protože přenos fotoreceptorů do optického nervu je u tyčinek méně účinný. V zásadě, aby se aktivovala schopnost přirozeného „nočního vidění“ a propustilo se zbytkové světlo, zornice se rozšiřuje a „aktivuje“ tyčinky. Ale s limitem, který neumožňuje efektivní noční vidění.

Děje se to na atomové úrovni! Atom (složený z neutronů, protonů a „oblaku“ elektronů - to je ta část, která nás zajímá - které jsou v pohybu kolem jádra atomu) je v neustálém pohybu, dokonce i na těle. (objekt) těleso. Podle úrovně jeho excitace (podle energie, která je na něj aplikována - a kterou absorbuje, například teplo), jeho elektrony projdou z „pasivního“ stavu do „excitovaného“ stavu. a vzdalit se od jádra k dosažení oběžné dráhy větší energie. Vzrušené elektrony (které získávají energii větší než jejich kapacity) se po určité době vrátí na svou „přirozenou“ oběžnou dráhu kolem jádra. Tento „skok“ mezi dvěma drahami vygeneruje elektromagnetické rušení (záření) a „uvolní“ tuto přebytečnou energii (která se bude rovnat absorbované energii) ve formě fotonů (a elektromagnetické vlny - podle princip duality vln-částice). Toto uvolnění ve formě AND vln fotonů je proto kvantifikováno elektromagnetickým spektrem (pro zjednodušení jej vyjádříme v metrické soustavě).

• INFRAROVANÁ ROZSAH WAVE ROZŠÍŘÍ Z 0,7 na 100 μm
• Viditelné rozmezí vlnových rozsahů od 0,38 do 0,7 μm
• ZAMĚŘENÍ NA GAMMA, X, ULTRAVIOLET a RADIO RAYS, žádný zájem zde

Co nás zajímá pro technologii používanou v nočním vidění a termální je rozsah infračervených vln, rozdělené (systémem CIE) do 4 spektrálních pásem:

• Blízko infračerveného záření: od 7μm do 1,6μm
• Průměrný infračervený: od 1,6 μm do 4 μm
• Tepelné infračervené: od 4 μm do 15 μm
• Daleko infračervené: od 15 μm do 100 μm

Díky těmto různým rozsahům vln funguje vaše dálkové ovládání, vaše LED lampa, navádění raket, termální kamery, lasery ... a spousta dalších aplikací!

 Elektromagnetické spektrum

Co je zbytkové světlo?

Absolutně nezbytné pro provoz vašich brýlí (bez zbytkového světla - a tedy bez fotonů, není možné noční vidění), vyzařované sluncem, měsícem, hvězdami - a všemi zdroji světla v městských oblastech (veřejné osvětlení , světlomety vozidla, světelné značky), které na velké ploše vytvářejí světelnou halo - zbytkové světlo je sada fotonů, které se toulají prostorem, ve kterém se nacházíte (rychlostí světla jinde), ve dne i v noci. Je to zesílením tohoto světla (v noci samozřejmě pro noční vidění) pomocí fotokatody a fosforeskující obrazovky, abychom obnovili obraz (více či méně dobré kvality v závislosti na „ generace “trubice, která obsahuje fotokatodu).

Teď je to fyzický princip který umožňuje instalaci technologie „nočního vidění“, budeme schopni vysvětlit, jak to funguje!

Jak funguje dalekohled pro noční vidění?

Jak je vidět výše, základním principem (pro brýle s pasivním provozem) je co nejvíce zesílit zbytkové světlo, aby se vykreslil obraz s nejlepší definicí a nejlepším možným jasem. Aktivnímu využití infračerveného záření se budu věnovat jen rychle (a v kapitole „infračervená pochodeň), přičemž tato technologie je při taktickém použití potenciálně nebezpečná.

1. Čočka (na přední straně dalekohledu) zachycuje zbytkové světlo a část spektra blízké infračervené oblasti a nasměruje je do elektronové trubice (fotonásobič).

2. Procházející fotonásobičem (fotony) zasahuje fotokatodu a generuje tak elektrony fotoelektrickým efektem.

3. Elektrony se promítají směrem k destičce - polarizované elektrodami - mikrokanálů, MCP (která se považuje za destičku s fotonásobičem). Postaven tak, aby usnadňoval kolizi (každý mikrokanál je orientován ve více či méně důležitém úhlu - od 5 do 8 °) a snižoval „šum“. Když počáteční elektrony vstoupí do mikrokanálů, narazí na jejich stěny a způsobí emisi dalších elektronů, které díky zesilovacímu efektu zasáhnou stěny mikrokanálů, čímž vytvoří d „jiné elektrony.

4. Elektrony (nyní číslované několik tisíc) projdou fosforeskující obrazovkou. Díky získané kinetické energii elektrony (které mají strukturu počátečních fotonů - což umožní restituci obrazu) rozruší atomy fosforu ... které uvolní fotony. Toto světlo vrácené objektivem bude tvořit konečný obraz - který vizualizujete „zeleně“ díky vlastnostem fosforu. Objektiv by měl umožňovat zaostření (a případně i zvětšení) pro dosažení nejlepší možné kvality.

1. Je třeba poznamenat, že vize „zeleně“ je dána volbou výrobce konkrétního fosforu - lidské oko je citlivější na zelenou, to bylo řešení pro (víceméně) optimální kontrast při a. kontrolované náklady.

Schematický provoz rozsahu nočního vidění (alespoň generace 2)

Proč tedy existuje několik „kvalit“ brýlí pro noční vidění?

Stejně jako u každého lidského vynálezu se budeme i nadále snažit zlepšovat kapacitu technologie. Prostřednictvím fyziky, biologie nebo chemie, prostřednictvím uživatelsky ohlášených zkušeností a jednoduše schopností vyrábět mince, která se zlepšuje s příchodem souvisejících technologií.

V případě nočního vidění zlepšení hlavně umožnilo:

• Zlepšení fotokatody a její citlivost (prostřednictvím generací zkumavek 2 a 3)
  • Fotokatody S1, S20, S25 a Gallium arsenide (GaAs) jsou nástupci, které zlepšují citlivost ve spektrálním rozsahu viditelného a blízkého infračerveného záření.

• Vložení mikrokanálové desky (z generace 2)
  • To bude generovat mnohem větší množství elektronů (ve srovnání s generací 1), a tudíž zlepšení v zesílení a kvalitě vykreslování obrazu
  • Na zkumavce generace 3 je k ní připevněna fólie filtrující proti iontům (chrání katodu před vystavením nežádoucímu světelnému zdroji). To snižuje počet generovaných elektronů a zvyšuje viditelný halo na světelných bodech. Naopak film výrazně zlepšuje životnost trubice.
  • Na zkumavce 3 generace OMNI-V - VII integrace jemnějšího iontového filtru - vylepšená SNR a citlivost na světlo - na úkor životnosti

• Funkce „AUTOGATED“ (z generace 3)
  • Tato funkce řídí extrémně rychlým způsobem (řádově milisekundu) podávání trubice. Jakmile je trubice vystavena „agresivnímu“ světelnému zdroji, okamžitě se přeruší napájení, čímž se chrání trubice a její životnost.

• Rozlišení (definované měřením v párech čar na mm)
  • V souhrnu - a velmi stručně - to zlepšuje vaši vizualizaci jemnosti detailů

• Zlepšení SNR (Signal Noise Radio)
  • Je to poměr mezi napětím signálu (elektrický signál vaší trubice) a šumem, který generuje. V zásadě „sníh“ (scintilace), který se objeví na obrázku. Rozdíl mezi zásahem 1. a 3. generace je zřejmý.

Různé generace trubek

Vykreslování obrazu různých generací zkumavek (pojem „generace 4“ je nadužíván a odpovídá standardizované generaci 3 Omni-VII)

Generace 0

V 1929u maďarský fyzik Kálmán Tihanyi představuje princip nočního vidění (ve prospěch britské armády). Z 1935 německá firma (AEG - která stále existuje) vyvíjí technologii nočního vidění paralelně s USA. Během druhé světové války budou tyto dvě země používat v boji proti kapacitám nočního vidění, na obrněných vozidlech i na lehkých zbraních. USA tuto koncepci budou rozvíjet a během korejské války budou pokračovat ve svém provozním využívání. Použitá technologie je aktivní - promítá široký infračervený paprsek

Generace 1 (a 1 +)

Stále nejpoužívanější na celém světě dnes! Vyvinut v 60. letech a využíván během války ve Vietnamu USA, využívá první „pasivní“ trubici se zesílením světla fotokatodou S20 (pro zesílení zesílení přibližně x1000). Obraz je jasný a nabízí dobrý kontrast ve středu obrazu, se zkreslením na okrajích a SNR, který generuje rušení - „sníh“ - na vykresleném obrazu. Trubice 1. generace, které v současné době nabízejí výrobci, pocházejí většinou ze zásob v bývalém Sovětském svazu - což je spíše pozitivní. The životnost této zkumavky bude kolem 4000 hodin (plus nebo mínus) aktivního použití et provoz bude možný pouze s vysokou úrovní zbytkového světla (viditelný měsíc), s výjimkou použití infračervené pochodně ve spojení s dalekohledem.

Tzv. Trubice „1+“ generace není nic jiného než trubice generace 1 vylepšená tak, aby poskytovala lepší kvalitu obrazu (Armasight Core nebo Pulsar Edge) s optimalizovaným rozlišením.

• Definice: od 35 do 60 párů čar na mm
• Průměrná životnost: přibližně 4000 hodin
• Fotokatoda: S20
• Intenzifikace: přibližně 1000x - vyžaduje vysokou hladinu zbytkového světla
• Průměrná cena: od 150 do 700 eur - v závislosti na typu dalekohledu (monokulární, binokulární, puškohled, se zvětšením nebo bez něj atd.)

Generace 2 (a 2 +)

Tato druhá generace představuje MCP (mikrokanálový plátek) a fotokatodu S25, pro zesílení zesílení až 20000 45x, významné zlepšení SNR, rozlišení (minimálně 1 párů linek na mm) a citlivost na jas - přidání IR hořáku již nebude nutné a úroveň zbytkového světla bude muset být mnohem nižší pro vykreslení obrazu lepší než generace XNUMX. Fosforová obrazovka může používat ( podle jeho výrobce) fosfor, který zlepšuje kontrast zelené „barvy“, a proto zvyšuje úroveň detailů.

Tzv. „2+“ generace (opravdu) optimalizuje rozlišení (s průměrem 60 párů řádků na mm), SNR získává až 10 bodů ve srovnání s generační trubicí 2 a citlivost se změní na 400-800 µA / lm (pro citlivost 500-600 µA / lm pro generování 2 a jeho fotokatodu S25). Trubice generace 2 + s kvalitními komponenty se výrazně podobá trubkám generace 3.

• Definice: od 45 do 73 párů čar na mm
• Průměrná životnost: přibližně 10000 hodin
• Fotokatoda: S25
• Intenzifikace: přibližně 20000 XNUMXx - vyžaduje nízkou hladinu zbytkového světla
• Průměrná cena: od 900 do 2500 eur - v závislosti na typu dalekohledu (monokulární, binokulární, puškohled, se zvětšením nebo bez něj atd.)
• FOM (Figure of Merite): od 810 do 2044 (teoreticky - ve skutečnosti spíše 1800 maximum)

Generace 3 (a 3 standardizovaný Omni-VII)

Integrace fotokatody vyrobené z arsenidu gália (zlepšuje citlivost na vzdálený infračervený rozsah, ale je „křehčí“ než fotokatody typu S25) a potažený „druhá generace“ MCP filtrační film (který chrání katodu před ionty) - to snižuje počet generovaných elektronů a zvyšuje halo vizualizované kolem světelných bodů - umožňuje prodloužit životnost trubice (až 20000 XNUMX h) a A zesílení zbytkového světla z 30 na 50000x. Čistota obrazu a vykreslení detailů je přibližně 3x lepší než u trubice generace 2, ale vaše oko nebude na tuto optimalizaci citlivé (nebo ve snížené míře); Na druhé straně vám výjimečná citlivost na svítivost umožňuje používat brýle ve velmi zhoršených podmínkách zbytkového světla. Funkce „AUTO GATED“ ochrání tubus před náhodným vystavením agresivnímu a náhlému osvětlení a současně zachová vykreslení obrazu - což bude zásadní pro bojového operátora, který by bez funkce AUTO GATED mohl být oslněn. náhlými starty, výbuchy, požáry ...

Trubice generace 3 standardizovaná americkým vojenským standardem Omni (úroveň VII) hlavně zlepšuje MCP s tenčí filtrační fólií než na běžné zkumavce 3 (při zachování prvků zkumavky 3th). Tato změna, která životnost zkumavek přiblíží přibližně 15000 hodinám, výrazně zvýší definici a vykreslení obrazu, rozlišení a kontrast. Obecně vyhrazeno pro vojenské použití, se zesílením z 80 na 120000x (teoreticky - ale je to stále působivé).

Je třeba poznamenat, že někteří výrobci nabízejí fosforové trubice P43, které nabízejí „černobílé“ nebo dokonce „namodralé“ vykreslení pro lepší zobrazení kontrastů a detailů v obrazu.

Je třeba poznamenat, že v závislosti na úrovni standardizace USA omni (od úrovně II do VII) bude filtrační film MCP vytvářet více či méně jasný a podrobný obraz. Některé zkumavky generace 3 jsou nabízeny bez filmu (bez filmu). Vykreslování obrazu je výrazně zlepšeno, ale životnost trubice je zjevně zkrácena. 

• Definice: od 57 do 73 párů čar na mm
• Průměrná životnost: 20000 15000 až XNUMX XNUMX hodin
• Fotokatoda: arsenid galia
• Intenzifikace: od 30 do 120000 XNUMXx (velmi teoretický) - vyžaduje velmi nízkou úroveň zbytkového světla
• Průměrná cena: od 2300 do 6000 eur - v závislosti na typu dalekohledu (monokulární, binokulární, puškohledový, se zvětšením nebo bez něj atd.) A použitých komponentách
• FOM (Figure of Merite): od 1400 do více než 2000

PŘI MONTÁŽI V ARMU JE POTŘEBNÉ ZVOLIT BEZEL, KTERÝ HIT TUBE MOŽNOST ODOLENÍ ODMÍTNUTÍ CALIBERU CÍLOVÉ ARMIE - TOTO V OBLASTI ZABEZPEČENÍ ŽIVOTNOSTI TUBY A OBRÁBĚNÍ OBRÁZKŮ. V PŘÍPADĚ DVOJITÉHO KONTAKTUJTE NÁS.

Zvláštní případ digitálního nočního vidění

Technologie identická s technologií používanou ve vaší kameře, digitálních sledovacích kamerách, webové kameře nebo digitálním fotoaparátu: CCD nebo CMOS upravený tak, aby nebyl citlivý na viditelné spektrum, ale na infračervené spektrum a převádí se na digitální signál . Digitální signál je zesílen a poté přenesen na obrazovku LCD, kde sledujete obraz. Absence fosforové obrazovky odstraní černobílé vykreslení a vykreslí černobílý obrázek.

Podobně jako trubice generace 1 může digitální dalekohled pro noční vidění zesílit pouze zbytkové světlo bez integrace PCM. Ve skutečnosti budete potřebovat buď podstatné zbytkové světlo (úplněk atd.) Nebo (například bezpečnostní kameru) IR diody, nebo IR hořák. Je důležité si uvědomit, že jakákoli infračervená emise je detekovatelná. Je hloupé být odstřelovačem sestřelen kvůli těmto druhům chyb.

Zesílení bude totožné (nebo dokonce větší) s elektronkou generace „1+“ (tj. 1000x) s lepším vykreslením obrazu - zejména absencí zkreslení na okrajích této.

Jeho nejvýznamnější výhodou je to, že omezení související s trubicemi zjevně zmizí. Dalekohled můžete používat bez jakéhokoli rizika, a to ani pro vaše oči, ani pro zařízení, Bude také mnohem snazší využít všech výhod digitálního fotoaparátu (nahrávání obrázků nebo videa, integrace dálkoměru, barometr ...).

Tento typ produktu bude ideální pro „rekreační“ použití nebo pro zabezpečení oblastí na „nízké“ úrovni bdělosti a při boji s nízkou intenzitou. ZABRÁNÍ KOMBATOVÝM OBRÁBĚNÍM PROFESIONÁLNÍM A VYBAVENÝM ŘEŠENÍM.

CO SI MUSÍTE pamatovat, ABYSTE SI VYBRALI SVÉ OKULIČKY PRO NOC:

• Jednoduchá logika: vynaložené investice musí souviset s budoucími misemi

• Každá zkumavka má trvanlivost - takže profesionální použití bude muset zahrnovat práh obnovy zařízení
  

• Kdykoli je to možné, zkuste vybrat dalekohled, který je všestranný (lze použít i na ruce, který se montuje například na přilbu a na zbraň) - s výjimkou velmi specifických použití (odstřelovač ...)

• Určete celkovou kvalitu dalekohledu díky jeho FOM (obrázek z Merite) - viz níže uvedený slovník, abyste porozuměli vzorci

SLOVNÍK „NOCTURNAL VISION“

• Automatické ovládání jasu (ABC):

Automatická regulace jasu (umožňuje modulaci napětí přenášeného na MCP v závislosti na intenzitě zbytkového jasu).

• Automatické vrácení (ATG):

Umožňuje kontrolu napětí přenášeného do fotokatody (a snižuje nebo přerušuje cyklus) během vystavení agresivnímu jasu (noční střelba, oheň, blesky, veřejné osvětlení, halo vymazané zónami městská ...). Tato funkce zachovává vaše vidění detailů v intenzivním světle a zajišťuje fotokatodu (která by bez této funkce mohla být trvale degradována). Užitečné, dokonce nezbytné, pro piloty letadel - zejména v malé výšce - speciální síly a zásahy v městských oblastech.

• lp / mm (páry řádků na milimetr):

Jednotka použitá k měření rozlišení zesilovače obrazu. Obvykle je určeno z terčového rozlišení 1951 US Air Force. Cílem je řada vzorů různých velikostí složených ze tří vodorovných čar a tří svislých čar. Uživatel by měl být schopen rozlišit všechny vodorovné a svislé čáry a mezery mezi nimi.

• Scintilace:

Náhodný a brilantní efekt v celé oblasti obrazu. Scintilace, někdy nazývaná „video šum“, je běžným rysem zesilovačů mikrokanálových desek a je výraznější za zhoršených světelných podmínek.

• Poměr signálu k šumu (SNR):

Poměr mezi amplitudou signálu a amplitudou šumu. Pokud je šum (viz definice „blikání“) stejně jasný a velký jako zesílený obraz, obraz se nezobrazí. Poměr signálu k šumu se mění s úrovní světla, protože šum zůstává konstantní, ale signál se zvyšuje (vyšší úrovně světla). Čím vyšší je SNR, tím lépe funguje zařízení v „temném“ prostředí - s nízkým zbytkovým světlem.

• μA / lm (Microamps na Lumen):

Měření elektrického proudu (μA) vytvářeného fotokatodou při vystavení měřenému množství světla (lumenů).

• Rozlišení:

Schopnost zesilovače obrazu nebo systému nočního vidění rozlišovat detaily vašeho okolí. Rozlišení trubice zesilovače obrazu se měří v párech čar na milimetr (lp / mm), zatímco rozlišení systému se měří v cyklech na miliradián. U jakéhokoli systému pro noční vidění se zvětšením 1 zůstane rozlišení tubusu konstantní, zatímco rozlišení jiného dalekohledu může být ovlivněno změnou zaostření a zvětšením okuláru a přidáním zvětšovacích filtrů nebo "reléové" čočky. Rozlišení ve stejném zařízení pro noční vidění se často velmi liší, když se měří ve středu obrazu a na jeho okraji. To je zvláště důležité pro fotoaparáty vybrané pro fotografii nebo video, kde je důležité rozlišení celého obrázku.

• MCP (mikrokanálová deska):

Slavná „destička“ mikrokanálů, která znásobuje elektrony produkované fotokatodou. MCP se vyskytuje pouze v systémech Gen 2 a Gen 3. MCP eliminují charakteristiky zkreslení systémů Gen 0 a Gen 1. Počet „děr“ (mikrokanálů) v MCP je hlavním faktorem při určování rozlišení.

• Obrázek za zásluhy (FOM):

Pokud je z tohoto příspěvku na blogu něco, co byste si měli odnést, je to právě tento! FOM se stanoví takto: rozlišení (páry čar na milimetr) x signál k šumu. Právě na tomto kritériu určíte „kvalitu“ trubice vašich brýlí.

Jako vždy zůstaňte v bezpečí a buďte požehnáni!