Como funciona a visão noturna
por Jeff Tyson
Noite Galeria de Imagens Visão 
Foto cedida pela BE Meyers Company
Gyro estabilizada dia / noite binóculos fabricados pela BE Meyers Company. Veja mais imagens de visão noturna .
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Gyro estabilizada dia / noite binóculos fabricados pela BE Meyers Company. Veja mais imagens de visão noturna .
A primeira coisa que provavelmente você acha de quando você vê a visão noturna palavras é um espião ou filme de ação que você já viu, em que as cintas alguém em um par de óculos de visão noturna para encontrar alguém em um prédio escuro em uma noite sem lua. E você deve estar se perguntando "Será que essas coisas realmente funcionam? Você pode realmente ver no escuro?"
A resposta é definitivamente sim. Com o equipamento de visão noturna adequada, você pode ver uma pessoa a mais de 200 jardas (183 m) de distância em uma noite, sem lua nublado!A visão noturna pode funcionar de duas maneiras muito diferentes, dependendo da tecnologia utilizada.
- O aperfeiçoamento de imagem - Isso funciona através da recolha de os montantes minúsculos da luz, incluindo a porção inferior do espectro de luz infravermelha, que estão presentes, mas pode ser imperceptível para os nossos olhos, e amplificando-lo para o ponto de que podemos facilmente observar a imagem.
- A imagem térmica - Esta tecnologia opera através da captura de a porção superior do espectro de luz infravermelha, que é emitido como de calor por objetos em vez de simplesmente refletidas como a luz. Objetos mais quentes, tais como corpos aquecidos, emitem mais dessa luz que objetos mais frios como árvores ou edifícios.
Neste artigo, você vai aprender sobre as duas principais tecnologias de visão noturna. Também vamos discutir os vários tipos de equipamento de visão noturna e aplicações. Mas primeiro, vamos falar sobre a luz infravermelha.
A luz infravermelha
Para entender a visão noturna, é importante entender algo sobre a luz . A quantidade de energia em uma onda de luz está relacionada com seu comprimento de onda: comprimentos de onda mais curtos têm maior energia. De luz visível, o violeta tem a maioria de energia, e vermelho tem o mínimo. Apenas ao lado do espectro de luz visível é o espectro de infravermelhos.
 A luz infravermelha é uma pequena parte do espectro de luz. |
A luz infravermelha pode ser dividida em três categorias:
- Infravermelho próximo (near-IR) - o mais próximo da luz visível, próximo-IR tem comprimentos de onda que variam de 0,7 a 1,3 microns, ou 700 a 1.300 bilionésimos de bilionésimos de metro.
- Infravermelho médio (mid-IR) - Mid-IR tem comprimentos de onda que variam de 1,3 a 3 microns.Tanto a perto de-IR e meados-IR são usados por uma variedade de dispositivos eletrônicos, incluindo controles remotos .
- Thermal-de infravermelho (térmica-IR) - Ocupando a maior parte do espectro de infravermelho, térmica-IR tem comprimentos de onda que variam a partir de 3 microns para mais de 30 microns.
A principal diferença entre o IV térmico e os outros dois é que o IV térmico é emitida por um objeto em vez derefletida fora dela. A luz infravermelha é emitida por um objeto por causa do que está acontecendo em nívelatômico.
Átomos
Os átomos estão constantemente em movimento. Eles vibram, mover e girar. Mesmo os átomos que formam as cadeiras em que estamos sentados estão se movimentando. Os sólidos são realmente em movimento! Os átomos podem estar em diferentes estados de excitação. Em outras palavras, eles podem ter energias diferentes. Se aplicarmos muita energia a um átomo, ele pode deixar o que é chamado o nível de energia do estado fundamental e passar para um nível animado. O nível de excitação depende da quantidade de energia aplicada ao átomo por meio de calor, luz ou eletricidade.
Os átomos estão constantemente em movimento. Eles vibram, mover e girar. Mesmo os átomos que formam as cadeiras em que estamos sentados estão se movimentando. Os sólidos são realmente em movimento! Os átomos podem estar em diferentes estados de excitação. Em outras palavras, eles podem ter energias diferentes. Se aplicarmos muita energia a um átomo, ele pode deixar o que é chamado o nível de energia do estado fundamental e passar para um nível animado. O nível de excitação depende da quantidade de energia aplicada ao átomo por meio de calor, luz ou eletricidade.
Um átomo consiste de um núcleo (contendo prótons e nêutrons) e uma nuvem de elétrons. Pense dos elétrons nessa nuvem circulando como o núcleo de muitas órbitas diferentes. Embora as opiniões mais modernas do átomo não representam órbitas discretas para os elétrons, ele pode ser útil para pensar nessas órbitas como os diferentes níveis de energia do átomo. Em outras palavras, se aplicarmos um pouco de calor a um átomo, podemos esperar que alguns dos elétrons nos orbitais de menor energia seria transição para orbitais de energia mais elevados, indo mais longe do núcleo.
 Um átomo tem um núcleo e uma nuvem de elétrons. |
Uma vez que um elétron se move para uma órbita de maior energia, que, eventualmente, quer voltar para o estado fundamental. Quando isso acontece, ele libera sua energia como um fóton - uma partícula de luz. É possível ver átomos liberando energia como fótons o tempo todo. Por exemplo, quando o elemento de aquecimento em uma torradeira torna-se vermelho brilhante, a cor vermelha é causada por os átomos excitados pelo calor, liberam fótons vermelhos. Um elétron animado tem mais energia do que um elétron descontraído, e assim como o elétron absorveu uma quantidade de energia para alcançar este nível animado, ele pode liberar esta energia para voltar ao estado fundamental. Esta energia emitida é sob a forma de fótons (a energia da luz).O fóton emitido tem um comprimento de onda muito específico (cor) que depende do estado de energia do elétron quando o fóton é liberado.
Tudo o que é vivo usa energia, e assim fazer muitos artigos inanimados, como motores e foguetes . O consumo de energia gera calor. Por sua vez, o calor faz com que os átomos em um objeto para disparar fótons no espectro térmico do infravermelho. Quanto mais quente o objeto, menor o comprimento de onda do fóton infravermelho que ele libera. Um objeto que está muito quente vai mesmo começar a emitir fótons no espectro visível, brilhando em vermelho e, em seguida, movendo-se através de laranja, amarelo, azul e branco acabou. Não deixe de lerComo funcionam as lâmpadas , Como funciona o laser e Como funciona a luz para obter informações mais detalhadas sobre a emissão de luz e fótons.
Na visão noturna, imagens térmicas aproveita essa emissão infravermelha. Na próxima seção, vamos ver como ele faz isso.
Termografia
Aqui está como funciona térmica de imagem:
- Uma lente especial focaliza a luz infravermelha emitida por todos os objetos à vista.
- A luz focalizada é varrida por um phased array de detectores de infravermelho elementos. Os elementos detectores criar um padrão de temperatura muito detalhado chamado umtermograma. Leva apenas cerca de um-trigésimo de um segundo para a matriz de detector de obter as informações de temperatura para fazer o termograma. Esta informação é obtido a partir de vários milhares de pontos no campo de visão da matriz de detector.
- O termograma criado por os elementos detectores é traduzido em impulsos elétricos.
- Os impulsos são enviados para uma unidade de processamento de sinal-, uma placa de circuito com um chip dedicado que traduz a informação a partir dos elementos em dados para o display.
- A unidade de processamento de sinal-envia a informação para o visor, onde ele aparece como várias cores dependendo da intensidade da emissão de infravermelho. A combinação de todos os impulsos provenientes de todos os elementos cria a imagem.
 Imagem cedida por infravermelho, Inc. Os componentes básicos de um sistema térmico-imaging |
Tipos de dispositivos de imagens térmicas
A maioria dos térmico-imagiologia dispositivos de digitalizar em uma taxa de 30 vezes por segundo. Eles podem sentir temperaturas que variam de -4 graus Fahrenheit (-20 graus Celsius) para 3.600 F (2.000 C), e podem, normalmente, detectar mudanças em temperatura de cerca de 0,4 F (0,2 C).
A maioria dos térmico-imagiologia dispositivos de digitalizar em uma taxa de 30 vezes por segundo. Eles podem sentir temperaturas que variam de -4 graus Fahrenheit (-20 graus Celsius) para 3.600 F (2.000 C), e podem, normalmente, detectar mudanças em temperatura de cerca de 0,4 F (0,2 C).
 Imagem cedida por infravermelho, Inc. É muito fácil ver tudo durante o dia ... |  Imagem cedida por infravermelho, Inc. Mas ... à noite, você pode ver muito pouco. |
 Imagem cedida por infravermelho, Inc. A imagem térmica permite que você veja de novo. |
Existem dois tipos comuns de térmico-imagiologia dispositivos:
- Un refrigerado - Este é o tipo mais comum de geração de imagens térmicas dispositivo. Os elementos detectores-de infravermelho estão contidos em uma unidade que opera à temperatura ambiente. Este tipo de sistema é completamente silencioso, aciona imediatamente e tem abateria construído para a direita dentro
- Criogenicamente resfriado - Mais caro e mais suscetíveis a danos causados por uso robusto, estes sistemas têm os elementos selados dentro de um contêiner refrigerado a abaixo de 32 F (zero ° C). A vantagem de um tal sistema é a resolução incrível e de sensibilidade que resultam do resfriamento dos elementos. Os sistemas resfriados criogenicamente podem "ver" uma diferença tão pequena como 0,2 F (0,1 C) de mais de 1.000 pés (300 m) de distância, que é o suficiente para dizer se uma pessoa está segurando uma arma para que a distância!
Enquanto as imagens térmicas é ótimo para detectar pessoas ou trabalhando em quase absoluta escuridão, a maioria dos equipamentos de visão noturna usa imagem de aprimoramento de tecnologia.
Aperfeiçoamento de Imagem
Melhoramento da imagem de tecnologia é que a maioria das pessoas pensa quando se fala de visão noturna.Na verdade, de melhoria de imagem sistemas são normalmente chamados de dispositivos de visão noturna(NVDs). NVDs confiar em um tubo especial, chamado de tubo intensificador de imagem, para coletar e amplificar a luz visível e infravermelha.
 O tubo intensificador de imagem muda de fótons em elétrons e vice-versa. |
Veja como melhoria de imagem funciona:
- Uma lente convencional, chamada de lente objetiva , capta a luz ambiente e um pouco de luz infravermelha.
- A luz recolhida é enviada para o tubo intensificador de imagem. Na maioria dos NVDs, a fonte de alimentação do tubo intensificador de imagem recebe energia a partir de dois N-Cell ou "AA" duas baterias . O tubo gera uma alta tensão, cerca de 5.000 volts, para os componentes do tubo de imagem.
- O tubo de intensificador de imagem possui um fotocátodo, que é usado para converter os fótons de energia da luz em elétrons.
- À medida que os elétrons passam através do tubo, os elétrons similares são liberados a partir de átomos no tubo, multiplicando-se o número original de elétrons por um fator de milhares através do uso de uma placa de microcanais (MCP) no tubo. Um MCP é um minúsculo disco de vidro que tem milhões de furos microscópicos (microcanais), feitos usando tecnologia de fibra óptica . O MCP está contido em um vácuo e tem eletrodos de metal sobre um ou outro lado do disco. Cada canal tem cerca de 45 vezes mais longo do que largo, e funciona como um multiplicador de elétrons.Quando os elétrons do fotocátodo atingem o primeiro eletrodo da MCP, são acelerados nos microcanais do vidro pelas rajadas 5000-V sendo enviados entre o par de eletrodos. Como os elétrons passam pelos microcanais, fazem com que milhares de outros elétrons sejam liberados em cada canal usando um processo chamado emissão secundária em cascata.Basicamente, os elétrons originais colidem com o lado do canal, excitando os átomos e causando outros elétrons para ser lançado. Esses novos elétrons também colidem com outros átomos, criando uma reação em cadeia que resulta em milhares de elétrons saindo do canal onde somente alguns poucos entraram. Um fato interessante é que os microcanais na MCP são criados em um pequeno ângulo (cerca de 5 graus para 8 graus de inclinação) para impulsionar as colisões dos elétrons e reduzir íons e luz direta feedback dos fósforos no lado da saída.
Foto cedida pela BE Meyers Company
Visão noturna imagens são conhecidos por sua tonalidade estranha verde. - No final de o tubo intensificador de imagem, os elétrons atingem uma tela revestida com substâncias fosforescentes . Estes elétrons manter a sua posição em relação para o canal de eles passado através de, que fornece uma imagem perfeita uma vez que os elétrons ficar em o mesmo alinhamento como os fótons originais.A energia dos elétrons faz com que o fósforo atinja um estado animado e libere fótons. O fósforo cria a imagem verde na tela, que veio a caracterizar a visão noturna.
- A imagem de fósforo verde é visualizada através de outra lente, chamada lente ocular, que permite ampliar e focalizar a imagem. O NVD pode ser conectado a um display eletrônico, tal como um monitor de , ou a imagem pode ser vistos diretamente através da lente ocular.
Gerações
NVDs foram em torno de mais de 40 anos. Eles são classificados por geração. Cada mudança substancial na tecnologia do NVD estabelece uma nova geração.
- Geração 0 - O sistema de visão noturna original criado pelo Exército dos Estados Unidos e usado na Segunda Guerra Mundial ea Guerra da Coréia, estes NVDs usar infravermelho ativo. Isto significa que uma unidade de projeção, chamado um Iluminador IR, é anexado ao NVD. A unidade projeta um feixe de luz infravermelha próxima, semelhante ao o feixe de uma lanterna normal.Invisível a olho nu, esse facho se reflete em objetos e volta para a lente do NVD. Estes sistemas usam um ânodo em conjugação com o cátodo para acelerar os elétrons. O problema com que a abordagem é a de que a aceleração dos elétrons distorce a imagem e diminui muito a vida do tubo. Outro grande problema com essa tecnologia em seu uso militar original que foi copiada rapidamente por nações hostis, o que permitiu aos soldados inimigos usassem seus próprios NVDs para ver o feixe infravermelho projetado pelo dispositivo.
- Geração 1 - A próxima geração de NVDs afastado infravermelho ativo, usando infravermelho passivo em seu lugar. Uma vez apelidado Starlight pelo Exército dos EUA, estes NVDs usar a luz natural fornecida pela lua e estrelas para aumentar as quantidades normais de infravermelho refletidas no ambiente. Isto significa que eles não requerem uma fonte de luz infravermelha projetada. Isto também significa que eles não funcionam muito bem em noites nubladas ou sem luar. Geração-1 NVDs usar a mesma tecnologia de tubo intensificador de imagem da Geração 0, com cátodo eo ânodo, de modo a distorção da imagem e vida útil do tubo curto ainda são um problema.
- Geração 2 - As principais melhorias em tubos intensificadores de imagem resultou na Geração 2 NVDs. Eles oferecem melhor resolução e desempenho ao longo da Geração 1 dispositivos, e são consideravelmente mais confiável. O maior ganho da Geração 2 é a habilidade de ver em condições de luz extremamente baixos, como uma noite sem lua. Esta sensibilidade aumentada é devido à adição de o placa de microcanais para o tubo intensificador de imagem. Desde o MCP na verdade aumenta o número de elétrons em vez de apenas acelerar os originais, as imagens são significativamente menos distorcidas e mais brilhantes do que NVDs da geração anterior.
- Geração 3 - Geração 3 é usado atualmente pelos militares dos EUA. Enquanto não há mudanças substanciais na tecnologia de base de 2 ª Geração, estes NVDs têm resolução ainda melhor e sensibilidade. Isto é porque o cátodo foto é feita usando arsenieto de gálio, que é muito eficiente na conversão de fótons em elétrons. Além disso, o MCP é revestida com uma barreira de íons, o que aumenta drasticamente a vida útil do tubo.
- Geração 4 - O que é geralmente conhecido como Geração 4 ou "sem película e controlada" A tecnologia mostra uma melhora global significativa em ambos os ambientes de pouca luz e de alto nível.A remoção da barreira de íons a partir do MCP que foi adicionado em tecnologia de 3 Geração reduz o ruído de fundo e, portanto, melhora o sinal à relação de ruído. Retirar a película de íons realmente permite que mais elétrons atinjam o estágio de amplificação para que as imagens são significativamente menos distorcidas e mais brilhantes.A adição de um sistema de fornecimento automático de energia fechado permite a voltagem do fotocátodo ligar e desligar rapidamente, possibilitando que o NVD para responder a uma flutuação em condições de iluminação em um instante. Esta capacidade é um avanço crítico nos sistemas NVD, na medida em que permite que o usuário NVD passar rapidamente de luz alta para baixa luminosidade (ou de baixa luz para luz alta) ambientes sem qualquer oscilação. Por exemplo, considere a onipresente cena de cinema, onde um agente usando óculos de visão noturna é "cegado" quando alguém acende uma luz próxima. Com o novo recurso de alimentação controlada, a mudança na iluminação não teria o mesmo impacto: o NVD otimizado responderia imediatamente à mudança de iluminação.
Muitos dos chamados "pechincha" de visão nocturna escopos usar Geração 0 ou Geração-1, tecnologia e podem ser decepcionantes se você espera que a sensibilidade dos dispositivos utilizados por profissionais. Geração-2, Geração 3 e Geração 4 NVDs são normalmente caros, mas eles vão durar, se bem cuidada. Além disso, qualquer NVD pode se beneficiar do uso de um iluminador infravermelho em áreas muito escuras onde quase não há luz ambiente para recolher.
 Foto cedida pela BE Meyers Company NVDs vêm em uma variedade de estilos, incluindo entes que podem ser montados para câmeras. |
Uma coisa legal a se notar é que cada tubo intensificador de imagem única passa por rigorosos testes para ver se ele atende aos requisitos estabelecidos pelos militares. Os tubos que não são classificados como MILSPEC.Tubos que não cumprem os requisitos militares em qualquer categoria única são classificados comoCOMSPEC.
Equipamento de visão noturna e Aplicações
Visão noturna equipamento pode ser dividida em três grandes categorias:
As aplicações comuns para visão noturna incluem:
- Scopes - Normalmente portátil ou montado em uma arma, as lunetas são monoculares (um olho peça). Desde as lunetas são portáteis, e não usado como óculos de proteção, eles são bons para quando você deseja obter um melhor olhar para um objeto específico e, em seguida, retornar às condições normais de visualização.
Foto cedida pela BE Meyers Company
ESCURO INVADER Pocketscope Multi-purpose - Óculos - Enquanto óculos pode ser de mão, eles são mais freqüentemente usado na cabeça. Os óculos de proteção são binocular (dois olho-peças) e pode ter uma única lente ou lente estéreo, dependendo do modelo. Óculos são excelentes para visualização constante, como se movendo em um prédio escuro.
Foto cedida pela BE Meyers Company
DARK INVADER óculos de visão noturna 4501 - Câmeras - Câmeras com visão noturna tecnologia pode enviar a imagem para um monitor de para a exposição ou a um videocassete para gravação. Quando a noite visão-capacidade é desejado em um local permanente, tais como sobre um edifício ou como parte de o equipamento em umhelicóptero , as câmeras são usados. Muitos dos mais recentes camcorders possuem visão noturna construído para a direita dentro
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Discrição 301 Série Dia / Noite Câmera de Vídeo
Aplicações
 Foto cedida pela BE Meyers Company Este soldado está usando DARK INVADER óculos de visão noturna. |
- Militar
- A aplicação da lei
- Caça
- Observação da vida selvagem
- Vigilância
- Segurança
- Navegação
- Detecção de objetos escondidos
- Diversão
O propósito original de visão noturna era localizar alvos inimigos durante a noite. Ele ainda é utilizado extensivamente pelos militares para esse efeito, bem como para a navegação, vigilância e de segmentação.Polícia e segurança frequentemente usam tanto de imagens térmicas e melhoramento da imagem de tecnologia, principalmente para a vigilância. Caçadores e entusiastas da natureza usam NVDs para manobrar através das madeiras à noite.
Os detetives e investigadores particulares usar a visão noturna para observar as pessoas que são atribuídos a acompanhar. Muitas empresas têm permanentemente montado câmeras equipadas com visão noturna para monitorar os arredores.
A capacidade realmente surpreendente da termografia é que ele revela se uma área tem sido perturbada - ele pode mostrar que o solo foi escavado para enterrar alguma coisa, mesmo se não há nenhum sinal óbvio a olho nu. A aplicação da lei tem usado isso para descobrir itens que foram escondidas pelos criminosos, incluindo dinheiro, drogas e corpos. Além disso, as mudanças recentes às áreas, tais como paredes podem ser vistos usando as imagens térmicas, que forneceu pistas importantes em vários casos.
 Foto cedida pela BE Meyers Company Câmeras de vídeo são um segmento de rápido crescimento da indústria de visão noturna. |
Agradecimentos Especiais Agradecimentos especiais a ITT Industries ,BE Meyers & Co. e infravermelho, Inc. pela sua ajuda na preparação deste artigo. |
Muitas pessoas estão começando a descobrir o mundo único que pode ser encontrado após quedas escuridão.Se você estiver fora acampar ou caçar muito, as chances são de que dispositivos de visão noturna pode ser útil para você - apenas certifique-se de ter o tipo certo para suas necessidades.
