Nattsyn

Nattsyn er en funksjon som finnes i noe utstyr (som kameraer eller spesielle briller ) designet for å tillate syn i mørke og ikke veldig lyse omgivelser . Noe av dette utstyret er salgbart og kan kjøpes i spesialforretninger.

Prinsipper for operasjon

I dag lages nattsynsutstyr i utgangspunktet etter prinsippet om lysforsterkning eller mer korrekt for bildeforsterkning. Dette systemet kalles analogt. Typer nattsyn kalt digitalt blir testet, men til dags dato er disse teknologiene fortsatt langt bak sammenlignet med analoge systemer med bildeforsterking.

Termisk syn bør også nevnes, forskjellig fra nattsyn som lar deg se varmeutslipp i form av infrarød stråling. Termisk syn kan også brukes på dagtid.

Bildeforsterkningssystemer

Enheter som fungerer etter dette prinsippet integrerer det som kalles et bildeforsterkerrør (eller lysstyrkeforsterker). Sistnevnte fungerer ved å oppdage det lave lyset som kommer fra omgivelsene (takket være måne- eller stjernelysstyrken) og forsterker det elektronisk, og til slutt presenterer bildet (med forsterket lysstyrke) på en skjerm. Synet ser så likt ut det det ville presentere i løpet av dagen. Det er viktig å understreke at disse enhetene forsterker det eksisterende lyset i miljøet, så hvis miljøet var helt mørkt, ville det ikke vært noe å forsterke og det ville ikke bli oppnådd noe bilde.

Noen praktiske problemer gjør at selv i svært mørke omgivelser kan bildet være ugjenkjennelig (mangel på kontrast, stiplet bilde). Et annet problem som føltes på disse enhetene frem til integreringen av et såkalt "Autogating"-system var gjenskinnet på grunn av lysene som kom inn i bildet:

Etter hvert som teknologien forbedres, blir disse problemene mindre irriterende, men de kan ikke elimineres helt.

For å løse noen av disse problemene og gi stadig mer effektive verktøy selv under uoverkommelige lysforhold, er det mulig å bruke NSI - teknologi (Night Sensor Light Intensifiers), en innovativ teknologi for natt/dag-kameraer som fungerer som en lysforsterker, spesielt øker kameraet ytelse under dårlige lysforhold.

Sammenlignet med andre sensorer er det mulig å oppnå konkrete resultater på antall piksler i oppløsning, NSI-sensorer kan oppnå bilder av høy kvalitet under dårlige lysforhold, noe som øker følsomheten opp til 2000 mV eller mer for 1 µm 2 .

Hvordan et bildeforsterkende rør fungerer

Et bildeforsterkerrør er en enhet som når den drives elektronisk er i stand til å forsterke lys, både synlig lys og infrarødt lys usynlig for det blotte øye. For å forenkle er røret i hovedsak sammensatt av fire grunnleggende deler:

Visningstyper

Betjening av et varmekamera eller et termisk bildekamera

Enheter som fungerer etter det andre prinsippet, integrerer et termisk bildekamera (eller infrarødt kamera). Dette fungerer ved å oppdage de infrarøde strålingene som sender ut alle objekter som har en temperatur som er forskjellig fra miljøet. Fra dette er det tydelig at disse enhetene ikke har behov for lys fra en ekstern kilde: gjenstandene i seg selv er kilden til strålingen de trenger. Det er klart at bildet vil være veldig forskjellig fra det vi vanligvis er vant til: termokameraet vil oppdage intensiteter proporsjonalt med overflatetemperaturene til objektene, og de mest "lyse" objektene vil ikke være det vi normalt vil definere "klare" (de som best reflekterer lys synlig), men varmere. Disse enhetene har også praktiske problemer som begrenser bruken (f.eks. manglende oppløsning, blindhet fra varmekilder, dårlig oppløsning av kalde gjenstander).

Termiske synsinstrumenter som utnytter infrarød stråling har den interessante egenskapen å kunne "se" ellers usynlige objekter:

Visningstype

I termiske kameraer som drar nytte av infrarød som sendes ut direkte fra objekter. Bildet er presentert i farger, men fargene samsvarer ikke med normal optisk persepsjon, men representerer områder med lignende overflatetemperatur. Objektene er farget av en fargeskala som spenner fra gul, for de varmeste kroppene, og skalert (oransje, rød, blå) til svart, for de kaldeste kroppene.

Blandede systemer

For å overvinne de respektive praktiske begrensningene til disse enhetene, har det nylig blitt laget "blandede" systemer, som søker å integrere de to driftsprinsippene.

En måte er å gjøre lysforsterkerne følsomme i det minste for nær infrarødt (NIR), som objekter sender ut i en viss mengde, selv i fravær av en dedikert projektor.

En annen måte er å vise på en skjerm et "kombinert" bilde som kommer fra to enheter (en forsterker og en termisk kamera), og behandler de respektive bildene i sanntid.

Historiske notater

De første nattsynsapparatene dukker opp på slutten av andre verdenskrig . Dette var aktive infrarøde systemer, også kalt "infrarøde omformere". Apparatene var vakuumrør (f.eks. type 6929, 6914) som gjorde infrarødt lys synlig, men ikke forsterket det. Selv om disse instrumentene var effektive, ga de et svært begrenset fokus og synsfelt; deres størrelse, vekt og energiforbruk gjorde dem ukomfortable og upraktiske. Til slutt, ettersom de krevde en infrarød lyskilde , gjorde de seg selv lokaliserte av fiender. Disse enhetene kalles "generasjon 0".

Etter krigen ble termiske kameraer perfeksjonert, og passive-infrarøde synssystemer begynte å bli brukt. Disse krever imidlertid avkjølte termiske kameraer, derfor store, tunge og energikrevende systemer; hvor applikasjonene var begrenset til spesialutstyrte kjøretøy, mens aktive infrarøde systemer fortsatt ble brukt (i en mer avansert form).

På 1970-tallet kommer teknikken basert på forsterkning av lyskildene tilgjengelig om natten til utvikling: for eksempel intensiveringen av lyset generert av stjernene og lyset som reflekteres fra månen . Disse enhetene har utviklet seg til å nå svært lave dimensjoner, vekter og forbruk, egnet for bruk som personlige bærbare enheter (18 mm diameter rør og forbruk i størrelsesorden 100-500 mW). I dag finnes det kikkerter, kikkerter og vernebriller som kan brukes til nattsyn, drevet av AA-batterier.

I mellomtiden har utviklingen av halvlederteknologier gjort tilgjengelig materiale med høy ytelse som kan brukes som sensorelement. Disse utviklet seg når det gjelder størrelse, forbruk og følsomhet, til det punktet at de kunne brukes lønnsomt selv ved romtemperatur i passiv-infrarøde systemer.

Teknikken med lysforsterkning, kombinert med de til små og effektive infrarøde kameraer, har produsert kraftige og praktiske nattseere, hvis utvikling fortsetter til i dag.

Den fremtidige utviklingen av materialet er representert av "Sensor Fusion", eller snarere integreringen i et enkelt apparat av et lysforsterkende rør med et termisk bildekamera. Det vil da være operatøren å bestemme bruken av det ene i forhold til det andre, eller kombinere de to bildene.

Tekniske merknader om lysforsterkere

Det er fire generasjoner nattlysforsterkere tilgjengelig i dag:

1. generasjon

Enheter som bruker 1 eller 3 elektronakselererende fotokatoderør (f.eks. type S-20).

Bildet er optisk fokusert på overflaten av fotokatoden til røret (alkalisk type), dette sender ut elektroner i forhold til fotonene av lys det mottar. Ved hjelp av elektrostatiske plater akselereres elektronene og fokuseres på overflaten av en skjerm plassert i den andre enden av røret. Fiberoptiske plater kan kaskade to andre rør sammen, og oppnå en total lysstyrkeøkning på opptil 10 000 ganger.

2. generasjon

Enheter som bruker fotomultiplikatorplaterør (f.eks. type S-25).

Også i dette tilfellet er bildet optisk fokusert på overflaten av fotokatoden til røret, og dette sørger for å sende ut elektronene. Etter fotokatoden er det en plate som består av millioner av hule glassmikrokanaler. Fokuset genereres av subtiliteten til kanalene.

Disse rørene har fordeler i forhold til de fra forrige generasjon:

3. generasjon

Enheter som ligner på 2. generasjon, men med noen konstruktive forbedringer i rørene:

  1. de bruker galliumarsenid for fotokatoden, som gjør det mulig å utvide følsomheten til nær-infrarødt;
  2. de bruker en mikrokanalplate dekket med en " ionebarrierefilm ", som er i stand til å forlenge levetiden til røret (fra 4000 timer av 2. generasjon til 10000 timer gjennomsnittlig levetid).

Galliumarsenid er også mer følsomt enn tidligere materialer, og lar lysstyrken økes opptil 30 000 ganger.

Disse enhetene, utenfor USA , er reservert for militæret.

3. generasjon + (høyden på gen 3)

Enheter som er definert på samme måte som de på 3 °, men mangler "ionebarrierefilmen", noe som resulterer i en fordel med bildekvalitet (ufilmet teknologi, utviklet av L3Harris Technologies). I tillegg ble også strømforbruket halvert.

Disse enhetene har alle funksjonen som kalles «Auto-Gated», dvs. den automatiske variasjonen av lysstyrkeforsterkningen, som reduserer muligheten for gjenskinn fra plutselig direkte/indirekte lys. Funksjonen fungerer også som en beskyttelse av røret mot mulige brannskader ved å avbryte forsyningsspenningen til mikrokanalplaten, i henhold til bildets generelle lysintensitet.

4. generasjon

Brukes først og fremst som et markedsføringsbegrep, ettersom ingen ekte "4. generasjon" har blitt offisielt utpekt. Det ble antatt at Unfilmed-teknologi ville bli betegnet som "Generation 4", men moderne ikke-filmede rør beholdt "Gen 3"-betegnelsen.

Vestlige produsenter

De største produsentene av bildeforbedringsrør er i USA. Blant disse er ITT, L-3 Electronics, Photonis Night Vision og Elbit.

Det er også rør produsert av den nederlandske DEP-Photonis:

Mest brukte enheter

Blant de mest brukte nattsynsapparatene er å nevne:

Forskjeller mellom NightShot og nattsyn

I noen år har " Nightshot "-teknologien for nattfotografering spredt seg (spesielt på mono CCD-kameraer) . Advarsel: " Nightshot "-teknologi har ingenting med nattsyn å gjøre.

"Nightshot"-systemet eliminerer den infrarøde "IR"-filtreringen fra CCD -en og gjør dermed kameraets CCD-følsomhet for infrarødt lys, hvis vi til dette legger til en automatisk påslåing av en eller flere infrarøde LED -er (det samme som brukes for eksempel på fjernkontroller video ), vil vi få et bilde som ligner på nattsyn. Denne teknologien er imidlertid knyttet til et LED-belysningssystem som, avhengig av effekten, forbedrer ytelsen. Men hvis vi skrudde av det infrarøde lyssystemet i mørket, ville kameraet se absolutt ingenting. Nattsynsteknologi fungerer etter et annet prinsipp, som er å intensivere det omgivende gjenværende nattlyset ved å gjenskape et forsterket bilde; på denne måten er det mulig å trenge gjennom lysspekteret utover terskelen på 740 nanometer som det menneskelige øyet bare ser mørket over.

Applikasjoner

Disse enhetene, født for militær bruk, finner nå anvendelse på mange andre felt. Ønsker å nevne noen:

Andre prosjekter