Ver dia e noite, dirigir com todas as luzes apagadas ou até mesmo detectar movimento fora do alcance de sua visão em todos os climas? Sim, vamos falar de óptica de "visão nocturna", definir como e graças a que princípio físico esta tecnologia pode existir, rever o seu funcionamento - com a sua evolução desde a sua criação e, finalmente, os seus diferentes usos possíveis (e seus limites) . Por definição, comprar óculos de visão noturna é um investimento. O produto (óculos, binóculos, binóculos, etc.) deve corresponder à utilização mais versátil possível, ao melhor custo, com a melhor vida útil possível.

Por que um ser humano não pode ver à noite?

Bem, excluímos vampiros e outros lobisomens, é um caso especial. O olho humano consiste em dois tipos de células (os fotorreceptores que revestem a parte inferior da retina):

  • Cones - para distinguir cores

  • Sticks - para definir o brilho

Quando o nível de luz cai, apenas os bastonetes - 1000 vezes mais sensíveis que os cones e o número de 92 a 100 milhões para um ser humano (em comparação com o gato que tem cerca de 150 milhões deles e que é nictalope) - reagem. Isso explica por que sua visão entra no modo "preto e branco". Da mesma forma, os objetos parecem “borrados” porque a transmissão dos fotorreceptores para o nervo óptico é menos eficiente com os bastonetes. Basicamente, para ativar a capacidade de "visão noturna" natural e permitir a entrada de luz residual, a pupila se alarga e "ativa" as hastes. Mas com um limite que não permite visão noturna eficaz.

Células processando luz em seu olho:
células do tratamento da luz no olho humano

O que é o infravermelho?

Está acontecendo no nível atômico! Um átomo (composto de nêutrons, prótons e uma "nuvem" de elétrons - essa é a parte que nos interessa - que se movem em torno do núcleo do átomo) está em movimento perpétuo, até mesmo em um corpo. (um objeto) sólido. De acordo com seu nível de excitação (de acordo com a energia que lhe é aplicada - e que ele absorve, como o calor por exemplo), seus elétrons passarão de um estado "passivo" para um estado "excitado". e se afastar do núcleo para alcançar uma órbita de maior energia. Os elétrons excitados (que ganham energia maior do que suas capacidades) irão, após um certo tempo, retornar à sua órbita "natural" em torno do núcleo. Esse "salto" entre duas órbitas vai gerar uma perturbação eletromagnética (radiação), e "liberar" esse excesso de energia (que será igual à energia absorvida) na forma de fótons (e uma onda eletromagnética - de acordo com o princípio da dualidade onda-partícula). Esta liberação, na forma de ondas AND de fótons, portanto, é quantificada pelo espectro eletromagnético (para simplificar, vamos expressá-la em um sistema métrico).

Átomo 1, seu núcleo e seus elétrons (os círculos ao redor do núcleo são as órbitas 3 "usadas" pelos elétrons, dependendo do estado de excitação)
Átomo 1 e seus elétrons
  • O INTERVALO DE ONDAS INFRAVERMELHAS ESTENDE DO 0,7 PARA 100 μm
  • A GAMA DE ONDAS VISÍVEIS varia de 0,38 a 0,7 μm
  • EM GAMA, X, ULTRAVIOLETA e RÁDIO, não há interesse aqui

O que nos interessa pela tecnologia utilizada em visão noturna e térmica é a faixa de ondas infravermelhas, subdividida (pelo sistema CIE) em 4 bandas espectrais:

  • Infravermelho próximo: de 7μm para 1,6μm
  • O infravermelho médio: de 1,6 μm para 4 μm
  • Infravermelho térmico: de 4 μm para 15 μm
  • Distante infravermelho: de 15 μm para 100 μm

É graças a essas diferentes faixas de ondas que seu controle remoto, sua lâmpada LED, orientação de mísseis, câmeras térmicas, lasers ... e um monte de outras aplicações funcionam!

 O espectro eletromagnético

o espectro eletromagnético

O que é luz residual?

Absolutamente essencial para o funcionamento dos seus óculos (sem luz residual - e portanto sem fótons, nenhuma visão noturna possível), emitida pelo sol, a lua, as estrelas - e todas as fontes de luz encontradas em áreas urbanas (iluminação pública , faróis de veículos, letreiros luminosos) que formam um halo luminoso sobre uma grande área - luz residual é o conjunto de fótons que vagueiam pelo espaço em que você se encontra (à velocidade da luz em em outro lugar), dia e noite. É amplificando essa luz (à noite obviamente para visão noturna) usando um fotocátodo e uma tela fosforescente que vamos restaurar uma imagem (de qualidade mais ou menos boa dependendo do " geração ”do tubo que contém o fotocátodo).

Agora que o princípio físico que permite que a tecnologia "visão noturna" seja instalada, poderemos explicar como funciona!

Como funciona um telescópio de visão noturna?

Como visto acima, o princípio básico (para óculos de operação passiva) é amplificar a luz residual tanto quanto possível para renderizar uma imagem com a melhor definição e o melhor brilho possível. Abordarei apenas rapidamente (e no capítulo “tocha infravermelha) a exploração do infravermelho de forma ativa, sendo esta tecnologia potencialmente um perigo no uso tático.

  1. Uma lente (na frente do telescópio) captura a luz residual e uma parte do espectro do infra-vermelho próximo e direciona-a para o tubo de elétrons (um fotomultiplicador).
  1. Passar pela luz fotomultiplicadora (fótons) atinge um fotocátodo e, assim, gera elétrons por efeito fotoelétrico.
  1. Os elétrons são projetados em direção a um wafer - polarizado por eletrodos - de microcanais, o MCP (que é considerado um wafer fotomultiplicador). Construído de forma a facilitar a colisão (cada micro-canal é orientado em um ângulo mais ou menos importante - de 5 a 8 °) e para reduzir o "ruído". Quando os elétrons iniciais entram nos microcanais, eles atingem suas paredes e causam a emissão de outros elétrons, que, por efeito de amplificação, por sua vez atingirão as paredes dos microcanais, criando d 'outros elétrons.
  1. Os elétrons (agora numerando vários milhares) passarão por uma tela fosforescente. Graças à energia cinética adquirida, os elétrons (que retiveram a estrutura dos fótons iniciais - o que permitirá a restituição da imagem) excitará os átomos de fósforo ... que liberarão fótons. Essa luz retornada por uma lente constituirá a imagem final - que você visualiza “em verde” devido às propriedades do fósforo. A lente deve permitir o foco (e possivelmente a ampliação) para a melhor qualidade possível.
    1. Ressalte-se que a visão “em verde” se deve à escolha pelo fabricante de um fósforo específico - sendo o olho humano mais sensível ao verde, esta foi a solução para um (mais ou menos) contraste ótimo em a. custo controlado.

Operação esquemática do escopo da visão noturna (pelo menos geração 2)

diagrama do funcionamento de um telescópio de visão noturna

Então, por que existem várias "qualidades" nos óculos de visão noturna?

Como acontece com qualquer invenção humana, procuraremos continuamente melhorar a capacidade de uma tecnologia. Via física, biologia ou química, através da experiência relatada pelo usuário, e simplesmente por uma capacidade de produção de peças que melhora com o advento das tecnologias relacionadas.

No caso da visão noturna, o que principalmente permitiu a melhora é:

  • Melhoria do fotocátodo e sua sensibilidade (através das gerações de tubos 2 e 3)

    • Este sucessiva S1 o fotocátodo, S20, S25 Fotocátodos e de arsenieto de gálio (GaAs) - o que melhora a sensibilidade na gama espectral do visível e do infravermelho próximo
  • Inserindo a laje de micro-canal (da geração 2)

    • Isso possibilitará gerar uma quantidade muito maior de elétrons (em comparação com a geração 1) e, portanto, uma melhoria na amplificação e na qualidade da renderização da imagem.
    • Em um tubo de geração 3, um filme de filtro iônico é afixado (para proteger o cátodo da exposição a uma fonte de luz indesejada). Isso reduz o número de elétrons gerados e aumenta o halo visível nos pontos de luz. Pelo contrário, o filme melhora significativamente a vida útil do tubo
    • Em um tubo da geração 3 que atende aos padrões OMNI-V - VII, a integração de um filtro de íons mais finos - aprimoramento do SNR e da sensibilidade à luz - à custa da vida útil
  • A função "AUTOGATED" (da geração 3)

    • Esta função gerencia de forma extremamente rápida (da ordem de um milissegundo) a alimentação do tubo. Assim que o tubo for exposto a uma fonte de luz "agressiva", a alimentação será imediatamente cortada, preservando o tubo e sua vida útil.
  • A resolução (definido pela medição em par de linhas por mm)

    • Em resumo - e muito sucintamente - está melhorando sua visualização da finura dos detalhes
  • Melhoria do SNR (Rádio Ruído de Sinal)

    • É a relação entre a tensão do sinal (o sinal elétrico da válvula) e o ruído que ele gera. Basicamente a "neve" (cintilação) que aparece na imagem. A diferença entre um hit de Geração 1 e Geração 3 é óbvia.

As diferentes gerações de tubo

A renderização de imagem das diferentes gerações de tubos (o termo "geração 4" é usado em excesso e corresponde à geração 3 padrão Omni-VII)

renderização de imagem de diferentes gerações de tubo

A geração 0

Em 1929, o físico húngaro Kálmán Tihanyi propõe o princípio da visão noturna (em benefício do exército britânico). De 1935 uma empresa alemã (AEG - que ainda existe hoje) desenvolve tecnologia de visão noturna, em paralelo com os EUA. Durante a Segunda Guerra Mundial, esses dois países usarão as capacidades de visão noturna em combate, tanto em veículos blindados quanto em armas pequenas. Os EUA desenvolverão o conceito e continuarão seu uso operacional durante a Guerra da Coréia. A tecnologia utilizada é ativa - projeta um amplo feixe infravermelho

A geração 1 (e 1 +)

Ainda é o mais usado em todo o mundo hoje! Desenvolvido durante a década de 60 e explorado durante a Guerra do Vietnã pelos EUA, ele explora o primeiro tubo de luz intensificador "passivo" com um fotocátodo S20 (para um Ganho de intensificação de aproximadamente x1000) A imagem é nítida e oferece bom contraste no centro da imagem, com distorção nas bordas e um SNR que gera perturbação - “neve” - na imagem renderizada. Os tubos da geração 1 oferecidos atualmente pelos fabricantes são principalmente de estoques da ex-União Soviética - o que é bastante positivo. o vida útil deste tubo será em torno de 4000 horas (mais ou menos) de uso ativo et só será possível operar com um alto nível de luz residual (lua visível), exceto quando se usa uma tocha IR em conjunto com o telescópio.

O chamado tubo de “geração 1+” nada mais é do que um tubo de geração 1 aprimorado para oferecer melhor qualidade de imagem (Armasight Core ou Pulsar Edge) com resolução otimizada.

  • Definição: de 35 a 60 pares de linhas por mm
  • Vida média: cerca de 4000 horas
  • Fotocátodo: S20
  • Intensificação: cerca de 1000x - requer um alto nível de luz residual
  • Preço médio: de 150 a 700 euros - dependendo do tipo de mira (monocular, binocular, mira de rifle, com ou sem ampliação, etc.)

A geração 2 (e 2 +)

Esta segunda geração introduz o MCP (o micro-canal wafer) e um fotocátodo S25, para um ganho de intensificação de até 20000x, uma melhoria significativa no SNR, resolução (45 pares de linhas por mm mínimo) e sensibilidade de brilho - a adição de uma tocha IR não será mais necessária e o nível de luz residual terá que ser muito mais baixo para uma renderização de imagem superior à geração 1. A tela de fósforo pode usar ( de acordo com seu fabricante) um fósforo que melhora o contraste da “cor” verde e, portanto, proporciona um melhor nível de detalhe.

O chamado tubo de geração “2+” (realmente) otimiza a resolução (com uma média de 60 pares de linhas por mm), o SNR ganha até pontos 10 em comparação com um tubo de geração 2 e sensibilidade passa 400-800 uA / lm (por sensibilidade 500-600 uA / lm para geração 2 e fotocátodo S25). O tubo de geração 2 + com componentes de qualidade está significativamente mais próximo dos tubos de geração 3.

  • Definição: de 45 a 73 pares de linhas por mm
  • Vida média: cerca de 10000 horas
  • Fotocátodo: S25
  • Intensificação: aprox. 20000x - requer baixo nível de luz residual
  • Preço médio: de 900 a 2500 euros - dependendo do tipo de mira (monocular, binocular, mira de rifle, com ou sem ampliação, etc.)
  • FOM (Figura de Merite): de 810 a 2044 (teórico - na realidade, em vez de 1800 no máximo)

Geração 3 (e 3 padronizado Omni-VII)

A integração do fotocátodo feito de arseneto de gálio (melhora a sensibilidade ao infravermelho distante, mas é mais "frágil" do que os fotocátodos do tipo S25) e um MCP revestido de "segunda geração" um filme de filtro (que protege o cátodo dos íons) - isso reduz o número de elétrons gerados e aumenta o halo visualizado em torno dos pontos de luz - permite um aumento na vida útil do tubo (até 20000 h) e uma amplificação de luz residual de 30 para 50000x. A pureza da imagem e a renderização dos detalhes é cerca de 3x melhor do que um tubo de geração 2, mas seu olho não será sensível a esta otimização (ou de forma reduzida); Por outro lado, a sensibilidade excepcional ao brilho permite que você use os óculos em condições de luz residual muito degradadas. O recurso “AUTO GATED” preservará o tubo de exposição acidental à iluminação agressiva e repentina, preservando a renderização da imagem - o que será essencial para um operador em combate que sem o AUTO GATED poderia ficar deslumbrado. por começos repentinos, explosões, incêndios ...

Tubo de geração 3 padronizado pelo US Omni Military Standard (Nível VII) melhora principalmente o MCP com um filme de filtro mais fino do que num tubo de geração convencional 3 (enquanto retém os elementos de um tubo de geração 3i). Esta mudança - que reduz a vida útil do tubo para cerca de 15000 horas - aumentará drasticamente a definição e renderização da imagem, resolução e nível de contraste. Geralmente reservado para uso militar, com um ganho de amplificação de 80 para 120000x (teórico - mas ainda é realmente impressionante).

Deve-se notar que alguns fabricantes oferecem tubos de fósforo P43 que oferecem uma renderização “preto e branco” ou mesmo “azulada” para uma melhor visualização dos contrastes e detalhes da imagem.

Deve-se notar que, dependendo do nível de padronização dos EUA omni (do nível II ao VII), o filme de filtro do MCP fará uma imagem mais ou menos clara e detalhada. Alguns tubos de geração 3 são oferecidos sem qualquer filme (sem filme). A renderização da imagem é significativamente melhorada, mas a vida útil do tubo é obviamente encurtada. 

  • Definição: de 57 a 73 pares de linhas por mm
  • Vida média: 20000 a 15000 horas
  • Fotocátodo: arseneto de gálio
  • Intensificação: de 30 a 120000x (muito teórico) - requer um nível de luz residual muito baixo
  • Preço médio: de 2300 a 6000 euros - dependendo do tipo de telescópio (monocular, binocular, riflescópio, com ou sem ampliação, etc.) e dos componentes utilizados
  • FOM (Figura de Merite): de 1400 a mais de 2000

PARA MONTAGEM DE ARMA, terão que fazer a escolha de uma janela para resistir a um NAVIO TUBE CAPAZ em declínio NA CLASSE DE DESTINO DE ARMA - ESTE para salvaguardar a vida TUBO E renderização de imagem. EM CASO DE DÚVIDA, CONTACTE-NOS.

O caso especial da visão noturna digital

Uma tecnologia idêntica à usada em sua câmera, suas câmeras de vigilância digital, sua webcam ou sua câmera digital: um CCD ou CMOS modificado para ser sensível não ao espectro visível, mas ao espectro infravermelho e se converte em um sinal digital . O sinal digital é amplificado e então transmitido para a tela LCD, onde você visualiza a imagem. A falta de uma tela de fósforo removerá a renderização em preto e verde para renderizar uma imagem em preto e branco.

Como um tubo de geração 1, um óculos de visão noturna digital só pode amplificar a luz residual sem a integração de um PCM. Na verdade, você precisará de uma luz residual substancial (lua cheia ...) ou (como uma câmera de segurança, por exemplo) diodos IR ou uma tocha IR. É essencial notar que qualquer emissão de infravermelho é detectável. É estúpido ser um atirador de elite por causa desse tipo de erro.

A amplificação será idêntica (ou até maior) a um tubo de geração “1+” (ou seja, 1000x) com uma melhor renderização de imagem - em particular pela ausência de distorção nas bordas deste.

Sua vantagem mais decisiva é que obviamente as restrições relacionadas aos tubos desaparecem. Você pode usar o telescópio sem qualquer risco, nem para os seus olhos nem para o dispositivo. Também será muito mais fácil explorar todas as vantagens de uma câmera digital (gravação de imagens ou vídeos, integração de um telêmetro, um barômetro ...).

Este tipo de produto será perfeito para uso “de lazer” ou para proteção de áreas com “baixos” níveis de vigilância e em combate de baixa intensidade. EVITARÁ COMBATO ENFRENTANDO OS SOLDADOS PROFISSIONAIS E EQUIPADOS.

O QUE LEMBRAR PARA ESCOLHER OS SEUS ÓCULOS DE VISÃO NOTURNA:

  • Lógica simples: o investimento realizado deve estar relacionado com a (s) missão (ões) por vir
  • Cada tubo tem um período de validade - portanto, um uso profissional terá que incluir um limite de renovação de dispositivo
  • Sempre que possível, tente selecionar um telescópio versátil (utilizável manualmente, que é montado em um capacete E em uma arma, por exemplo) - exceto para usos muito específicos (sniper ...)
  • Determine a qualidade geral de um telescópio graças ao seu FOM (Figura de Merite) - consulte o glossário abaixo para entender a fórmula

GLOSSÁRIO "VISÃO NOTURNAL"

  • Controle automático de brilho (ABC):

Controle automático de brilho (permite a modulação da tensão transmitida no MCP dependendo da intensidade do brilho residual).

  • Auto Gating (ATG):

Permite o controle da tensão transmitida ao fotocátodo (e reduz ou interrompe o ciclo) durante a exposição ao brilho agressivo (disparo noturno, fogo, raio, iluminação pública, halo limpo por áreas urbana ...). Essa função preserva sua visão de detalhes em luz intensa e protege o fotocátodo (que pode ser permanentemente degradado sem essa função). Útil, até mesmo essencial, para pilotos de aeronaves - especialmente em baixa altitude - forças especiais e intervenções em áreas urbanas.

  • lp / mm (pares de linhas por milímetro):

Unidade usada para medir a resolução do intensificador de imagem. Normalmente determinado a partir de um alvo de teste de potência de resolução da Força Aérea dos EUA da 1951. O alvo é uma série de padrões de tamanhos diferentes compostos por três linhas horizontais e três linhas verticais. Um usuário deve ser capaz de distinguir todas as linhas horizontais e verticais e os espaços entre elas.

  • Cintilação:

Efeito aleatório e brilhante em toda a área da imagem. A cintilação, às vezes chamada de "ruído de vídeo", é uma característica normal dos intensificadores de imagem de placas de micro-canais e é mais pronunciada em condições de pouca luz.

  • Relação sinal-ruído (SNR):

Razão entre a amplitude do sinal e a amplitude do ruído. Se o ruído (veja a definição de "tremulação") for tão brilhante e grande quanto a imagem intensificada, você não poderá ver a imagem. A relação sinal / ruído muda com o nível de luz porque o ruído permanece constante, mas o sinal aumenta (níveis de luz mais altos). Quanto mais alto o SNR, melhor o desempenho do dispositivo em um ambiente “escuro” - com pouca luz residual.

  • μA / lm (Microamperes por Lúmen):

Medição da corrente elétrica (μA) produzida por um fotocátodo quando exposto a uma quantidade medida de luz (lúmens).

  • Resolução:

A capacidade de um intensificador de imagem ou sistema de visão noturna de distinguir detalhes do ambiente. A resolução do tubo intensificador de imagem é medida em pares de linhas por milímetro (lp / mm), enquanto a resolução do sistema é medida em ciclos por milirradiano. Para qualquer sistema de visão noturna com uma ampliação de 1, a resolução do tubo permanecerá constante, enquanto a resolução de outro telescópio pode ser afetada pela alteração do foco e ampliação da ocular e adicionando filtros de ampliação ou lentes de "relé". Freqüentemente, a resolução no mesmo dispositivo de visão noturna é muito diferente quando medida no centro e na periferia da imagem. Isso é especialmente importante para câmeras selecionadas para fotografia ou vídeo, onde a resolução de toda a imagem é importante.

  • MCP (placa de microcanais):

O famoso "wafer" de microcanais que multiplica os elétrons produzidos pelo fotocátodo. Um MCP só é encontrado em sistemas Gen 2 e Gen 3. Os MCPs eliminam as características de distorção dos sistemas Gen 0 e Gen 1. O número de "orifícios" (microcanais) em um MCP é um fator importante na determinação da resolução.

  • Figura de Mérito (FOM):

Se há algo a tirar desta postagem do blog, é este! O FOM é determinado da seguinte forma: resolução (pares de linhas por milímetro) x sinal para ruído. É neste critério que você determinará a "qualidade" do tubo do seu telescópio.

Como sempre, fique seguro e seja abençoado!

Deixe um comentário

Seu endereço de email não será publicado. Campos obrigatórios estão marcados com *

Você pode usar tese HTML tags e atributos: