Vedere giorno e notte, guidare con tutte le luci spente o persino rilevare movimenti fuori dal campo visivo in qualsiasi condizione atmosferica? Sì, parleremo dell'ottica di "visione notturna", definiremo come e grazie a quale principio fisico questa tecnologia può esistere, rivedremo il suo funzionamento - con la sua evoluzione dalla sua creazione, e infine i suoi diversi possibili usi (ei loro limiti) . Per definizione, l'acquisto di occhiali per la visione notturna è un investimento. Il prodotto (occhiali, binocoli, binocoli, ecc.) Deve corrispondere all'uso più versatile possibile, al miglior costo, con la migliore durata possibile.

Perché un essere umano non può vedere di notte?

Beh, escludiamo i vampiri e altri licantropi, è un caso speciale. L'occhio umano consiste di due tipi di cellule (i fotorecettori che rivestono il fondo della retina):

  • Coni - per distinguere i colori

  • Sticks - per impostare la luminosità

Quando il livello di luce si abbassa, solo i bastoncelli - 1000 volte più sensibili dei coni e il numero da 92 a 100 milioni per un essere umano (rispetto al gatto che ne ha circa 150 milioni e che è il nictalope) - reagiscono. Questo spiega perché la tua visione entra in modalità "bianco e nero". Allo stesso modo, gli oggetti appaiono "sfocati" perché la trasmissione dei fotorecettori al nervo ottico è meno efficiente con i bastoncelli. In pratica, per attivare la capacità di "visione notturna" naturale e far entrare la luce residua, la pupilla si allarga e "attiva" le bacchette. Ma con un limite che non consente una visione notturna efficace.

Le celle che elaborano la luce nei tuoi occhi:
cellule del trattamento della luce nell'occhio umano

Cos'è l'Infrarosso?

Sta accadendo a livello atomico! Un atomo (composto da neutroni, protoni e una "nuvola" di elettroni - questa è la parte che ci interessa - che sono in movimento attorno al nucleo dell'atomo) è in moto perpetuo, anche su un corpo. (un oggetto) solido. A seconda del suo livello di eccitazione (in base all'energia che gli viene applicata e che assorbe, come ad esempio il calore) i suoi elettroni passeranno da uno stato "passivo" a uno stato "eccitato". e allontanarsi dal nucleo per raggiungere un'orbita di maggiore energia. Gli elettroni eccitati (che guadagnano energia maggiore delle loro capacità) torneranno, dopo un certo tempo, alla loro orbita "naturale" attorno al nucleo. Questo "salto" tra due orbite genererà un disturbo elettromagnetico (radiazione) e "libererà" questa energia in eccesso (che sarà uguale all'energia assorbita) sotto forma di fotoni (e un'onda elettromagnetica - secondo il principio della dualità onda-particella). Questo rilascio, sotto forma di onde AND di fotoni quindi, è quantificato dallo spettro elettromagnetico (per mantenerlo semplice lo esprimeremo in un sistema metrico).

Atomo 1, il suo nucleo e i suoi elettroni (i cerchi attorno al nucleo sono le orbite 3 “usate” dagli elettroni, a seconda del loro stato di eccitazione)
Atomo 1 e suoi elettroni
  • LA GAMMA WAVE INFRA-RED SI ESTENDE DA 0,7 A 100 μm
  • GAMMA DI ONDE VISIBILI va da 0,38 a 0,7 μm
  • ANDANDO SU GAMMA, X, ULTRAVIOLET e RADIO RAYS, nessun interesse qui

Quello che ci interessa per la tecnologia utilizzata nella visione notturna e termica è il range delle onde infrarosse, suddiviso (dal sistema CIE) in 4 bande spettrali:

  • Vicino all'infrarosso: da 7μm a 1,6μm
  • L'infrarosso medio: da 1,6 μm a 4 μm
  • Infrarosso termico: da 4 μm a 15 μm
  • Lontano infrarosso: da 15 μm a 100 μm

È grazie a queste diverse gamme di onde che il tuo telecomando, la tua lampada a LED, la guida missilistica, le telecamere termiche, i laser ... e un sacco di altre applicazioni funzionano!

 Lo spettro elettromagnetico

lo spettro elettromagnetico

Cos'è la luce residua?

Assolutamente essenziale per il funzionamento dei tuoi occhiali (senza luce residua - e quindi senza fotoni, nessuna visione notturna possibile), emessa dal sole, dalla luna, dalle stelle - e da tutte le sorgenti luminose presenti nelle aree urbane (illuminazione pubblica , fari dei veicoli, insegne luminose) che formano un alone luminoso su una vasta area - la luce residua è l'insieme di fotoni che vagano nello spazio in cui ti trovi (alla velocità della luce in altrove), giorno e notte. È amplificando questa luce (di notte ovviamente per la visione notturna) utilizzando un fotocatodo e uno schermo fosforescente che ripristineremo un'immagine (di qualità più o meno buona a seconda della " generazione ”del tubo che contiene il fotocatodo).

Ora che il principio fisico che permette di installare la tecnologia "visione notturna", potremo spiegarvi come funziona!

Come funziona un telescopio per la visione notturna?

Come visto sopra, il principio di base (per un intervento passivo di vetri) è quello di amplificare il più possibile la luce residua per rendere un'immagine con la migliore definizione e la migliore luminosità possibile. Affronterò solo rapidamente (e nel capitolo “torcia a infrarossi) lo sfruttamento degli infrarossi in modo attivo, essendo questa tecnologia potenzialmente un pericolo nell'uso tattico.

  1. Un obiettivo (nella parte anteriore del telescopio) cattura la luce residua e una parte dello spettro dell'infrarosso vicino e li indirizza al tubo elettronico (un fotomoltiplicatore).
  1. Passando attraverso la luce del fotomoltiplicatore (i fotoni) si colpisce un fotocatodo e quindi si generano elettroni per effetto fotoelettrico.
  1. Gli elettroni vengono proiettati verso un wafer - polarizzato da elettrodi - di microcanali, l'MCP (che è considerato un wafer fotomoltiplicatore). Costruito in modo da facilitare la collisione (ogni micro-canale è orientato ad un angolo più o meno importante - da 5 a 8 °) e da ridurre il "rumore". Quando gli elettroni iniziali entrano nei microcanali, colpiscono le loro pareti e provocano l'emissione di altri elettroni che, per effetto di amplificazione, a loro volta colpiranno le pareti dei microcanali, creando così d 'altri elettroni.
  1. Gli elettroni (che ora ne contano diverse migliaia) passeranno attraverso uno schermo fosforescente. Grazie all'energia cinetica acquisita, gli elettroni (che hanno mantenuto la struttura dei fotoni iniziali - che consentiranno la restituzione dell'immagine) ecciterà gli atomi di fosforo ... che rilasceranno fotoni. Questa luce restituita attraverso una lente costituirà l'immagine finale, che visualizzi "in verde" a causa delle proprietà del fosforo. L'obiettivo dovrebbe consentire la messa a fuoco (e possibilmente l'ingrandimento) per la migliore qualità possibile.
    1. Va notato che la visione "in verde" è dovuta alla scelta da parte del produttore di un fosforo specifico - l'occhio umano essendo più sensibile al verde, questa era la soluzione per un contrasto (più o meno) ottimale con un costo controllato.

Funzionamento schematico di un ambito di visione notturna (almeno generazione 2)

diagramma del funzionamento di un telescopio notturno

Allora perché ci sono diverse "qualità" di occhiali per la visione notturna?

Come con qualsiasi invenzione umana, cercheremo continuamente di migliorare la capacità di una tecnologia. Attraverso la fisica, la biologia o la chimica, attraverso l'esperienza riportata dall'utente, e semplicemente attraverso una capacità di creazione di pezzi che migliora con l'avvento delle tecnologie correlate.

Nel caso della visione notturna, ciò che principalmente ha permesso il miglioramento è:

  • Miglioramento del fotocatodo e sua sensibilità (attraverso le generazioni di tubi 2 e 3)

    • Questa successiva S1 fotocatodo, S20, S25 e fotocatodi arseniuro di gallio (GaAs) - che migliora la sensibilità nella gamma spettrale del visibile e vicino infrarosso
  • Inserimento della lastra micro-channel (dalla generazione 2)

    • Ciò consentirà di generare una quantità molto maggiore di elettroni (rispetto alla generazione 1) e quindi un miglioramento dell'amplificazione e della qualità della resa dell'immagine.
    • Su un tubo di generazione 3, viene applicato un film con filtro ionico (per proteggere il catodo dall'esposizione a una fonte di luce indesiderata). Questo riduce il numero di elettroni generati e aumenta l'alone visibile sui punti luce. Al contrario, il film migliora significativamente la durata del tubo
    • Su un tubo di generazione 3 conforme agli standard OMNI-V - VII, l'integrazione di un filtro a ioni più fine - miglioramento del SNR e della sensibilità alla luce - a spese della durata della vita
  • La funzione "AUTOGATO" (dalla generazione 3)

    • Questa funzione gestisce in modo estremamente veloce (dell'ordine di un millisecondo) l'alimentazione del tubo. Non appena il tubo viene esposto ad una sorgente luminosa "aggressiva", l'alimentazione verrà immediatamente interrotta, preservando così il tubo e la sua durata.
  • La risoluzione (definito dalla misurazione in coppia di linee per mm)

    • In sintesi - e in modo molto sintetico - migliora la visualizzazione della finezza dei dettagli
  • Miglioramento dell'SNR (Signal Noise Radio)

    • È il rapporto tra la tensione del segnale (il segnale elettrico della tua valvola) e quella del rumore che genera. Fondamentalmente la "neve" (Scintillazione) che appare nell'immagine. La differenza tra un successo di prima e terza generazione è evidente.

Le diverse generazioni di tubi

Rendering dell'immagine delle diverse generazioni di tubi (il termine "generazione 4" è abusato e corrisponde alla generazione 3 normalizzata Omni-VII)

rendering di immagini di diverse generazioni di tubi

La generazione 0

In 1929 il fisico ungherese Kálmán Tihanyi pone il principio della visione notturna (a beneficio dell'esercito britannico). Da 1935 un'azienda tedesca (AEG - che esiste ancora oggi) sviluppa la tecnologia di visione notturna, in parallelo con gli Stati Uniti. Durante la seconda guerra mondiale, questi due paesi useranno le capacità di visione notturna in combattimento, sui veicoli corazzati e sulle armi di piccolo calibro. Gli Stati Uniti svilupperanno il concetto e continueranno il suo uso operativo durante la guerra di Corea. La tecnologia utilizzata è attiva: proietta un ampio raggio a infrarossi

La generazione 1 (e 1 +)

Ancora oggi il più usato nel mondo! Sviluppato negli anni Sessanta e sfruttato durante la guerra del Vietnam dagli USA, sfrutta il primo tubo "passivo" ad intensificazione della luce con un fotocatodo S60 (per un Guadagno di intensificazione di circa x1000). L'immagine è chiara e offre un buon contrasto al centro dell'immagine, con una distorsione ai bordi e un SNR che genera disturbo - “neve” - sull'immagine renderizzata. Le valvole di prima generazione attualmente offerte dai produttori provengono principalmente dalle scorte dell'ex Unione Sovietica, il che è piuttosto positivo. Il la durata di questa provetta sarà di circa 4000 ore (più o meno) di uso attivo et sarà possibile operare solo con un alto livello di luce residua (luna visibile), tranne quando si utilizza una torcia IR in congiunzione con il telescopio.

Il cosiddetto tubo di "generazione 1+" non è altro che un tubo di prima generazione migliorato per offrire una migliore qualità dell'immagine (Armasight Core o Pulsar Edge) con una risoluzione ottimizzata.

  • Definizione: da 35 a 60 coppie di linee per mm
  • Vita media: circa 4000 ore
  • Fotocatodo: S20
  • Intensificazione: circa 1000x - richiede un elevato livello di luce residua
  • Prezzo medio: da 150 a 700 euro - a seconda del tipo di cannocchiale (monoculare, binoculare, cannocchiale da puntamento, con o senza ingrandimento, ecc.)

La generazione 2 (e 2 +)

Questa seconda generazione introduce l'MCP (il wafer micro-channel) e un fotocatodo S25, per un guadagno di intensificazione fino a 20000x, un miglioramento significativo in SNR, risoluzione (minimo 45 coppie di linee per mm) e sensibilità alla luminosità - l'aggiunta di una torcia IR non sarà più necessaria e il livello di luce residua dovrà essere molto più basso per una resa dell'immagine superiore alla generazione 1. Lo schermo al fosforo può utilizzare ( secondo il suo produttore) un fosforo che migliora il contrasto del “colore” verde e quindi migliora il livello di dettaglio.

Il cosiddetto tubo di generazione "2+" (davvero) ottimizza la risoluzione (con una media di 60 coppie di linee per mm), l'SNR guadagna fino a 10 punti rispetto a un tubo di generazione 2 e sensibilità passa 400-800 uA / lm (sensibilità 500-600 uA / lm per la generazione 2 e fotocatodo S25). Il tubo di generazione 2 + con componenti di qualità è significativamente più vicino ai tubi di generazione 3.

  • Definizione: da 45 a 73 coppie di linee per mm
  • Vita media: circa 10000 ore
  • Fotocatodo: S25
  • Intensificazione: circa 20000x - richiede un basso livello di luce residua
  • Prezzo medio: da 900 a 2500 euro - a seconda del tipo di cannocchiale (monoculare, binoculare, cannocchiale da puntamento, con o senza ingrandimento, ecc.)
  • FOM (Figure Of Merite): da 810 a 2044 (teorico - in realtà piuttosto 1800 massimo)

Generazione 3 (e 3 standardizzato Omni-VII)

L'integrazione del fotocatodo a base di arseniuro di gallio (migliora la sensibilità al raggio del lontano infrarosso ma è più "fragile" dei fotocatodi tipo S25) e di un MCP rivestito di "seconda generazione" un film filtrante (che protegge il catodo dagli ioni) - riduce il numero di elettroni generati e aumenta l'alone visto intorno ai punti luce - consente un aumento della vita del tubo (fino a 20000 h) e una amplificazione della luce residua da 30 a 50000x. La purezza dell'immagine e la resa dei dettagli sono circa 3 volte migliori di un tubo di seconda generazione ma il tuo occhio non sarà sensibile a questa ottimizzazione (o in modo ridotto); D'altra parte, l'eccezionale sensibilità alla luminosità consente di utilizzare gli occhiali in condizioni di luce residua molto degradate. La funzione “AUTO GATED” preserverà il tubo dall'esposizione accidentale a un'illuminazione aggressiva e improvvisa, preservando la resa dell'immagine - che sarà essenziale per un operatore di combattimento che senza l'AUTO GATED potrebbe essere abbagliato. da partenze improvvise, esplosioni, incendi ...

Il tubo di generazione 3 standardizzato dagli Stati Uniti Omni Military Standard (Livello VII) migliora principalmente l'MCP con un film filtrante più sottile rispetto a un tubo di generazione 3 convenzionale (mantenendo gli elementi di un tubo della generazione 3i). Questo cambiamento, che riduce la durata del tubo a circa 15000 ore, aumenterà drasticamente la definizione dell'immagine e il rendering, la risoluzione e il livello di contrasto. Solitamente riservato per uso militare, con un guadagno di amplificazione da 80 a 120000x (teorico - ma è comunque davvero impressionante).

Va notato che alcuni produttori offrono tubi al fosforo P43 che offrono una resa "in bianco e nero" o addirittura "bluastra" per una migliore visione dei contrasti e dei dettagli dell'immagine.

Va notato che, a seconda del livello di standardizzazione statunitense omni (dal livello II al VII), il film del filtro del MCP creerà un'immagine più o meno chiara e dettagliata. Alcuni tubi di generazione 3 sono offerti senza pellicola (senza pellicola). Il rendering dell'immagine è notevolmente migliorato ma la durata del tubo è ovviamente ridotta. 

  • Definizione: da 57 a 73 coppie di linee per mm
  • Vita media: da 20000 a 15000 ore
  • Fotocatodo: arseniuro di gallio
  • Intensificazione: da 30 a 120000x (molto teorico) - richiede un livello di luce residua molto basso
  • Prezzo medio: da 2300 a 6000 euro - a seconda del tipo di telescopio (monoculare, binoculare, cannocchiale da puntamento, con o senza ingrandimento, ecc.) E dei componenti utilizzati
  • FOM (Figure Of Merite): da 1400 a oltre 2000

Per il montaggio su PISTOLA, avrà bisogno di fare la scelta di una finestra di resistere UNA NAVE TUBO IN GRADO IN CALO CLASSE DI DESTINAZIONE DI ARMA - questo per salvaguardare la vita del tubo e rendering delle immagini. IN CASO DI DUBBIO CONTATTACI.

Il caso speciale della visione notturna digitale

Una tecnologia identica a quella utilizzata nella tua fotocamera, nelle tue telecamere di sorveglianza digitale, nella tua webcam o nella tua fotocamera digitale: un CCD o CMOS modificato per essere sensibile non allo spettro visibile ma allo spettro infrarosso e si converte in un segnale digitale . Il segnale digitale viene amplificato e quindi trasmesso allo schermo LCD dove si visualizza l'immagine. La mancanza di uno schermo al fosforo rimuoverà il rendering nero e verde per rendere un'immagine in bianco e nero.

Come un tubo di generazione 1, una maschera digitale per la visione notturna può amplificare solo la luce residua senza l'integrazione di un PCM. Infatti avrete bisogno di una luce residua sostanziale (luna piena ...) o (come una telecamera di sicurezza per esempio) diodi IR o una torcia IR. È essenziale notare che qualsiasi emissione infrarossa è rilevabile. È stupido essere un cecchino a causa di questi tipi di errori.

L'amplificazione sarà identica (o anche maggiore) a un tubo di generazione "1+" (cioè 1000x) con una migliore resa dell'immagine, in particolare a causa dell'assenza di distorsione sui bordi.

Il suo vantaggio più decisivo è che ovviamente i vincoli relativi ai tubi scompaiono. È possibile utilizzare il telescopio senza alcun rischio, né per gli occhi né per il dispositivo. Sarà anche molto più facile sfruttare tutti i vantaggi di una fotocamera digitale (registrazione di immagini o video, integrazione di un telemetro, un barometro ...).

Questo tipo di prodotto sarà perfetto per un uso “tempo libero” o per mettere in sicurezza aree a livelli di vigilanza “bassi” e in combattimenti a bassa intensità. EVITERAI IL COMBATTIMENTO RIVOLGENDO I SOLDATI PROFESSIONALI E ATTREZZATI.

COSA RICORDARE PER SCEGLIERE I TUOI OCCHIALI NOTTURNI:

  • Logica semplice: l'investimento effettuato deve essere correlato alla / e missione / e a venire
  • Ogni provetta ha una durata di conservazione - quindi un uso professionale dovrà includere una soglia di rinnovo del dispositivo
  • Quando possibile prova a selezionare un telescopio che sia versatile (utilizzabile a mano, che monta su un casco E su un'arma per esempio) - tranne che per usi molto specifici (cecchino ...)
  • Determina la qualità complessiva di un telescopio grazie al suo FOM (Figura del Merito) - fai riferimento al glossario qui sotto per capire la formula

GLOSSARIO "VISIONE NOTTURNA"

  • Controllo automatico della luminosità (ABC):

Controllo automatico della luminosità (consente la modulazione della tensione trasmessa sull'MCP in base all'intensità della luminosità residua).

  • Gating automatico (ATG):

Permette il controllo della tensione fornita al fotocatodo (e per ridurre o tagliare il ciclo) quando esposti alla luminosità aggressivo (riprese notturne, incendio, fulmine, illuminazione stradale, alo generato da aree urbano ...). Questa funzione preserva la visione dei dettagli in luce intensa e protegge il fotocatodo (che potrebbe essere degradato in modo permanente senza questa funzione). Utile, anche essenziale, per i piloti di aerei - specialmente a bassa quota - forze speciali e interventi nelle aree urbane.

  • lp / mm (coppie di linee per millimetro):

Unità utilizzata per misurare la risoluzione dell'intensificatore di immagini. Tipicamente determinato da un obiettivo del test di potenza con risoluzione dell'aeronautica statunitense 1951. L'obiettivo è una serie di motivi di diverse dimensioni composti da tre linee orizzontali e tre linee verticali. Un utente dovrebbe essere in grado di distinguere tutte le linee orizzontali e verticali e gli spazi tra loro.

  • scintillazione:

Effetto casuale e brillante in tutta l'area dell'immagine. La scintillazione, a volte chiamata "rumore video", è una caratteristica normale degli intensificatori di immagini a piastre micro-channel ed è più pronunciata in condizioni di scarsa illuminazione.

  • Rapporto segnale / rumore (SNR):

Rapporto tra ampiezza del segnale e ampiezza del rumore. Se il rumore (vedere la definizione di "sfarfallio") è luminoso e grande quanto l'immagine intensificata, non è possibile vedere l'immagine. Il rapporto segnale / rumore cambia con il livello di luce perché il rumore rimane costante ma il segnale aumenta (livelli di luce più alti). Maggiore è l'SNR, migliori saranno le prestazioni del dispositivo in un ambiente "buio", con una luce residua ridotta.

  • μA / lm (Microamperes di Lumen):

Misura della corrente elettrica (μA) prodotta da un fotocatodo quando viene esposta a una quantità misurata di luce (lumen).

  • risoluzione:

La capacità di un intensificatore di immagine o di un sistema di visione notturna di distinguere i dettagli dell'ambiente circostante. La risoluzione del tubo intensificatore di brillanza viene misurata in coppie di linee per millimetro (lp / mm) mentre la risoluzione del sistema viene misurata in cicli per milliradiante. Per qualsiasi sistema di visione notturna con ingrandimento di 1, la risoluzione del tubo rimarrà costante mentre la risoluzione di un altro telescopio può essere influenzata cambiando la messa a fuoco e l'ingrandimento dell'oculare e aggiungendo filtri di ingrandimento o lenti "relè". Spesso, la risoluzione nello stesso dispositivo di visione notturna è molto diversa quando misurata al centro dell'immagine e alla periferia dell'immagine. Ciò è particolarmente importante per le fotocamere selezionate per la fotografia o il video in cui è importante la risoluzione dell'intera immagine.

  • MCP (Microchannel Plate):

Il famoso “wafer” di microcanali che moltiplica gli elettroni prodotti dal fotocatodo. Un MCP si trova solo nei sistemi Gen 2 e Gen 3. Gli MCP eliminano le caratteristiche di distorsione dei sistemi Gen 0 e Gen 1. Il numero di "buchi" (micro-canali) in un MCP è un fattore importante nel determinare la risoluzione.

  • Figura di merito (FOM):

Se c'è una cosa da togliere da questo post del blog, è proprio questa! Il FOM è determinato come segue: risoluzione (coppie di linee per millimetro) x segnale al rumore. È su questo criterio che determinerai la "qualità" del tubo dei tuoi occhiali.

Come sempre, stai al sicuro e sii benedetto!

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