مقاله

عینک دید در شب

Search

عینک دید در شب

عینک دید در شب : دوربین وقتی نوری در اطراف نیست چگونه می تواند ببیند؟

 چند بار کسی به شما گفته است: “اگر همه هویج های خود را بخورید ، در تاریکی خواهید دید.” اگر حقیقتی در وجود داشت که ، سربازان ، ملوانان ، و خلبانان بدون هیچ جایی نمی روند هویج پر شده در جیب آنها. بسیار مفید تر در میدان جنگ عینک دید در شب است: چشم های الکترونیکی که تقویت می کنند دید در شب ضعیف به چیزی چندین برابر قوی تر اگر شما می خواهید شب ها جنگ کنید یا حیات وحش را در گرگ و میش تماشا کنید ، عینک دید در شب راهی برای انتخاب است – اما این دقیقاً چگونه انجام می شود بیت های هوشمندانه کیت ، تاریکی را به نور تبدیل می کند؟ بیایید نگاهی دقیق تر بیندازیم!

عکس: عینک دید در شب باید هلی کوپتر را ارائه دهند یک میدان دید وسیع خلبانان عکس از اریک جیمز ، ایمزهای ناسا .

حیوانات از چه نوع دید در شب استفاده می کنند؟

انسان ها برای زندگی در روز و خوابیدن در تاریکی ساخته شده اند. شبکیه چشم (قسمت حساس چشم ما به نور) دارای سلولهایی به نام مخروط است (برای دیدن نور رنگی) و میله (برای تشخیص حرکت و کم نور بودن سبک). ما میله های ۲۰ برابر بیشتر از مخروط ها داریم (۱۲۰ میلیون میله و فقط ۶ میلیون مخروط) ، اما ما هنوز هم در دیدن خیلی خوب نیستیم تاریک.

Armadillo foraging

عکس: آرمادیلو به طور کلی موجودی از شب است. عکس جان و کارن هولینگزورث با حسن نیت ارائه می دهد از سرویس ماهی و حیات وحش ایالات متحده .

حیوانات دیگر به گونه دیگری ساخته می شوند. موجوداتی که در تاریکی زندگی می کنند تمایل به داشتن دانش آموزان دانش آموزان بسیار بزرگتر (حفره های جلویی) از چشم آنها) به اجازه دهید نور بیشتر به عنوان مثال ، Tarsiers نسبت به اندازه بدن آنها مانند سایر موجودات شبانه ، شبکیه های آنها حاوی میله های بیشتری نسبت به چشم انسان است. گربه ها ، که آنها نیز خرج می کنند بیشتر وقت خود را برای شکار در شب ، در میان موجوداتی است که چشم های آنها است حاوی نوارچسب باشد. این یک امر طبیعی است آینه ای که منعکس می کند بازگشت نور از چشم وظیفه آن این است که دو بار نور ورودی را بگیرد از طریق شبکیه چشم حیوان دو برابر شانس دیدن دارد چیزها به همین دلیل گربه ها در دیدن در تاریکی بسیار خوب هستند – و چرا ، وقتی شما در آنها به مشعل می درخشید ، چشمان آنها نور مستقیم را منعکس می کنند مثل آینه ها برگردید.

بشر نمی تواند از هیچ یک از این ترفندها استفاده کند. مردمک ما در تاریکی بازتر باز می شوند سبک ، اما نه به اندازه کافی گسترده که بتواند شبها به ما کمک کند. چشمان ما اینگونه نیست میله کافی داشته باشد – و ما نوار چسب نداریم. پس چه می توانیم بکنیم شب ببینم؟ ما می توانیم به دنبال فناوری باشیم!

نحوه اختراع دید در شب

عینک دید در شب

عکس: یک دستگاه دید در شب Land Warrior PVS-14. عکس با مجوز از ارتش ایالات متحده.

تصور کنید کار شما این است که یک عینک عینکی اختراع کنید که به شما کمک کند مردم در می بینند شب واضح است که چه کاری باید انجام دهید. پرتوهای نور به داخل حرکت می کنند عینک های جلو ، بنابراین باید به نوعی آنها را بگیرید ، تقویت کنید آنها را با قدرت ، و سپس آنها را به چشمان فرد آتش. اما چگونه آیا می توانید نور را ضبط و تقویت کنید؟ دوربین شکاری ، تلسکوپ ها ، و حتی عینک های معمولی نور را به کانون توجه می رسانند ، اما این طور نیست آن را هر چه روشن تر کنید. ابداع یک عینک ساخته شده آسان است چیزها کم نور می شوند: شما فقط لنزها را با چیزی جذب می کنید مقداری از نور – و عینک آفتابی اینگونه است. اما عینک که باعث روشنایی همه چیز می شود یک سفارش بلند است.

عینک دید در شب

عکس: عینک دید در شب توسعه دید شماست. عکس کنت آر هندریکس با مجوز از نیروی دریایی ایالات متحده .

از طرف دیگر

برق است بسیار آسان است استحکام – قدرت. مردم دارند انواع وسایل الکتریکی را اختراع کرده است جریان الکتریکی (جریان برق) در یک انتهای آن و تولید a جریان بزرگتر در دیگری. چیزی که این کار را انجام می دهد an نامیده می شود تقویت کننده . به عنوان مثال ، یک سمعک از یک کوچک الکترونیکی م componentلفه ای به نام ترانزیستور به اصوات را تقویت کنید (افزایش حجم آنها) توسط یک میکروفون ضبط شده است تا کسی که کم شنوا است بتواند بیشتر به آنها گوش دهد به آسانی. گیتار الکتریکی از یک تقویت کننده بسیار قدرتمندتر برای صداهای برداشت را که رشته ها ایجاد می کنند ، به صداهایی تبدیل کنید که می توانند a را پر کنند ورزشگاه.

بنابراین در اینجا روشی برای اختراع عینک هایی است که نور را تقویت می کنند. اگر برگردیم چه می شود نور را به برق تبدیل کنید ، برق را تقویت کنید و سپس افزایش دهید برق دوباره به نور برگردد؟ این باید نور را بسیار روشن تر کند بنابراین حتی در شب نیز می توانیم ببینیم. این ترفند بعید به نظر می رسد واقعاً کار می کند – و این عینک دید در شب است که به ما کمک می کند تا ببینیم.

عینک دید در شب چگونه کار می کند؟

از نظر تئوری

عینک دید در شب یک صحنه تاریک و تاریک را در یک سری موارد ساده تقویت می کند مراحل:

عینک دید در شب

  1. کم نور نور از یک صحنه شبانه وارد لنز در جلو می شود. نور از فوتونها (ذرات نور) با تمام رنگها ساخته شده است.
  2. فوتونها وقتی وارد عینک می شوند ، با یک سطح حساس به نور که a نامیده می شود برخورد می کنند فوتو کاتد . کمی شبیه خیلی دقیق است پنل خورشیدی: کار این است که فوتون ها را به الکترونها تبدیل کنید (کوچک ، ذرات زیر اتمی که برق را به دور یک مدار حمل می کنند).
  3. الکترونها توسط یک چند برابر کننده نوری تقویت می شوند ، نوعی سلول فوتوالکتریک . هر الکترونی که وارد دستگاه ضرب نوری می شود منجر به تعداد زیادی می شود الکترونهای بیشتری از آن خارج می شوند.
  4. الکترونهایی که از دستگاه ضرب کننده نوری خارج می شوند مانند صفحه نمایش در صفحه فسفر را بزنید تلویزیون قدیمی. همانطور که الکترونها به آن برخورد می کنند فسفر ، آنها نورهای چشمک زنی ایجاد می کنند.
  5. از آنجا که تعداد بیشتری فوتون از عینک وارد شده در اصل وجود دارد ، صفحه نمایش یک نسخه بسیار روشن تر از صحنه اصلی.

عکس: آثار هنری توسط سایت توضیحات بر اساس عکس در بالا ، با مجوز از ارتش ایالات متحده. لطفا توجه داشته باشید که این یک تصویر کلی از آنچه اتفاق می افتد است در عینک دید در شب ؛ دقیقاً نشان نمی دهد که چگونه دستگاه Land Warrior نشان داده شده در عکس در واقع کار می کند.

در عمل

Key component parts of an ITT night-vision monocular, from Gary Palmer's US patent 5,737,131.

آثار هنری: از ثبت اختراع ایالات متحده ۵،۷۳۷،۱۳۱: دید در شب monocular توسط Gary L. Palmer ، شرکت ITT ، ۷ آوریل ۱۹۹۸٫ با مجوز از اداره ثبت اختراعات و علائم تجاری ایالات متحده (با وضوح رنگ اضافه شده).

در حقیقت ، همانطور که از این تصویر ثبت اختراع یک چشم دید شبانه از نوع Land Warrior که توسط گری پالمر از ITT طراحی شده است ، می بینید ، فوتوکاتد و چند برابر کننده نوری تقویت کننده تصویر – اجزای تشدید کننده تصویر – فقط نمایانگر قسمت مرکزی یک سیستم نوری پیچیده تر (اما هنوز هم نسبتاً متعارف) هستند. با تمام جزئیات گیج نشوید. من چند بیت اصلی را رنگ آمیزی و برجسته کرده ام تا نشان دهد چگونه همه چیز در هم می آمیزد. با استفاده از اعداد از آثار هنری و کار از چپ به راست: ۴۰ عدسی عینی است (نزدیکترین لنز به جسمی است که شما در آن نگاه می کنید). ۴۲ اساساً یک مکانیسم تمرکز است. ۵۰ واحد تقویت کننده تصویر است (مربوط به قسمتهای ۲،۳ و ۴ از کارهای هنری ساده شده من در بالا) ؛ ۵۴ یک کولیماتور است که پرتوهای نوری که از آن عبور می کنند را باریک و تراز می کند. ۵۸ و ۶۲ آینه هستند. ۱۴ چشمی است. در پایین ، ۷۸ تنظیم کننده ولتاژ و ۸۱ بسته باتری است.

چرا همه چیز از طریق عینک دید در شب سبز به نظر می رسد؟

عینک دید در شب

عکس: عینک های دید در شب باید درست مانند عینک های معمولی تمیز نگه داشته شوند. در اینجا ، یک کارگر الکترونیک در حال تمیز کردن دستگاه ضرب نور (که به آن لوله تشدید تصویر نیز گفته می شود) است. عکس از تریسی کندی با مجوز از ارتش ایالات متحده.

حتی در شب ، فوتونهایی که در مقابل عینک دید در شب به لنز برخورد می کنند ، نورهای همه رنگ را دارند. اما وقتی آنها به الکترون تبدیل می شوند ، راهی برای حفظ این اطلاعات وجود ندارد. به طور موثر ، نور ورودی ، رنگی به سیاه و سفید تبدیل می شود. چرا، پس آیا عینک دید در شب سیاه و سفید به نظر نمی رسد؟ فسفرها روی صفحه نمایش آنها عمداً برای ایجاد تصاویر سبز انتخاب شده است زیرا چشم ما به نور سبز حساس تر است. همچنین آسان تر است برای مدت طولانی به صفحه های سبز نگاه کنید تا اینکه به سیاه و سفید نگاه کنید صفحه های سفید (به همین دلیل صفحات اولیه رایانه سبز هستند). از این رو ، عینک های دید در شب دارای ویژگی وهم آور هستند درخشش سبز.

اگر واقعا نوری وجود ندارد چه؟

به عینک دید در شب مانند آنچه در بالا توضیح داده شد ، گاهی اوقات تقویت کننده تصویر گفته می شود ، زیرا مقدار کمی از نور را که در تاریکی نزدیک وجود دارد بردارید و آن را به اندازه کافی تقویت کنید تا چشم ما ببیند. اما گاهی اوقات فقط وجود ندارد نور کافی برای این کار وجود دارد – و عینک های تقویت کننده تصویر به سادگی کار نمی کنند. فرض کنید ، برای مثال ، شما یک آتش نشان هستید که می خواهد بفهمد کسی درون یک ساختمان پر از دود گیر افتاده است یا نه ، یک تقویت کننده تصویر به اندازه چشم های شما بی فایده است.

A firefighting wearing protective clothes looks through a large yellow thermal imaging camera.

عکس: دوربین های قدرتمند و دارای تصویربرداری حرارتی برای آتش نشانانی که در مکان هایی کار می کنند که دود غلیظ دید دید را محدود می کند ، واقعاً مفید هستند. عکس جو ویلبورن با مجوز از نیروی دریایی ایالات متحده .

Photo: Infrared thermal image showing the heat inside a car.

عکس: تصویر حرارتی مادون قرمز (ترموگرام) از اتومبیل پارک شده در زیر نور خورشید: در اینجا رنگ های مختلف دمای مختلفی را نشان می دهند ، گرمترین و قرمزترین و زردترین و آبی ترین آنها را نشان می دهد. می بینید که داخل اتومبیل و بدنه فلزی آن چگونه از هوای بیرون آن گرمتر است. عکس از وزارت انرژی ایالات متحده .

گزینه دیگری استفاده از آنچه تصویربرداری حرارتی نامیده می شود. ما به جای نوری که اشیا منعکس می کنند ، به دنبال گرمای ای هستیم که در عوض می دهند. به طور کلی ، موجودات زنده ای که در تاریکی به اطراف حرکت می کنند گرمتر از محیط پیرامون خود خواهند بود. که برای وسایل نقلیه و ماشین آلات نیز وجود دارد. اجسام داغ ، تابش مادون قرمز را ارائه می دهند ، که نوعی انرژی مشابه با نور است اما طول موج کمی طولانی تر (فرکانس پایین) است. ساخت دوربینی که تابش اشعه مادون قرمز را برداشته و آن را به نور مرئی تبدیل کند ، ساخت آن نسبتاً آسان است: مانند یک دوربین دیجیتال کار می کند با این تفاوت که تراشه ردیاب تصویر (یا دستگاه همراه شارژ (CCD) یا حسگر تصویر CMOS) به جای نور مرئی به مادون قرمز پاسخ می دهد. هنوز هم همانند دوربین دیجیتال معمولی روی صفحه نمایش یک تصویر قابل مشاهده تولید می کند. انواع دیگر دوربین های تصویربرداری حرارتی از رنگ های مختلف برای نشان دادن اشیا of با درجه حرارت متفاوت استفاده می کنند – و معمولاً برای نشان دادن مواردی مانند اتلاف گرما در ساختمانهای با عایق بد استفاده می شوند.

سنسور تصویر حرارتی چگونه کار می کند؟

نیروهای امدادی و آتش نشانی همیشه دست آزاد برای حمل وسایل ندارند ، بنابراین همه دوربین های تصویربرداری حرارتی دستی نیستند. در اینجا یک دوربین دستی نصب شده بر روی کلاه ایمنی طراحی شده است که مخصوصاً برای آن دسته از شرایط شدید طراحی شده است. من بیشتر اجزای اصلی را رنگ آمیزی کرده ام تا رعایت آن کمی راحت تر باشد. واحد دوربین مادون قرمز (خاکستری) که بر روی کلاه کلاه ایمنی (زرد) نصب شده است ، یک تصویر حرارتی را ضبط می کند که در داخل آن رمزگشایی (سبز) می شود ، تقویت می شود و به شکلی تبدیل می شود که می تواند یک نمایشگر سنتی (قرمز) را هدایت کند. یک کابل خمیده و مفصل (آبی) سیگنال های الکتریکی را از این مدارها به صفحه نمایش منتقل می کند ، که (در این مثال) در مقابل چشم راست فرد استفاده کننده قرار گرفته است.

Front view and exploded view of a helmet-mounted thermal image sensor for rescue workers and fire fighters.

آثار هنری: یک دوربین حرارتی با نصب کلاه ایمنی. چپ: نمای جلو نحوه اتصال دوربین و چشمی آن به کلاه ایمنی را نشان می دهد. راست: نمای منفجر شده. ثبت اختراع ایالات متحده ۷،۳۶۹،۱۷۴: سیستم تصویربرداری حرارتی نصب شده بر روی کلاه توسط ژولس اولیتا و دیگران ، Sage Technologies ، ۶ مه ۲۰۰۸ ، با مجوز از اداره ثبت اختراعات و علائم تجاری ایالات متحده.

اجزای اصلی در تصویر سمت چپ عبارتند از:

  • ۱۲ و ۱۲A. کلاه ایمنی و کلاه محافظ (زرد). ۱۸ مورد واحد حسگر تصویر (خاکستری).
  • ۱۸A باز شدن لنز دوربین و حسگر تصویر (نارنجی). ۲۲ نمایشگر چشمی تک چشمی (قرمز).
  • ۲۴ کابل هایی که بازوی Bendy دارند و از آن به سنسور تصویر برای نمایش (آبی روشن) منتقل می شوند
  • ۴۴ کلید روشن / خاموش (بنفش).

تصویر سمت راست (منفجر شده) نیز نشان می دهد:

  • ۳۶٫ دوربین مادون قرمز (زرد). ۳۸ باتری (نارنجی).
  • ۴۰ و ۴۲٫ صفحه پردازش تصویربرداری و صفحه نمایش (سبز).

چگونه دیگر می توانیم در تاریکی ببینیم؟

هواپیماها ، کشتی ها و زیردریایی ها به راحتی می توانند مسیر خود را پیدا کنند حتی وقتی نور کم یا کم باشد برای هدایت خلبانان و کاپیتان ها. آنها به جای شکار گرسنگی برای هر فوتونی که می توانند پیدا کنند ، از انواع مختلفی استفاده می کنند ابزار و سنسورهای ناوبری پیشرفته ، از جمله رادار (دیدن با امواج رادیویی) ، سونار (ناوبری صدا) ، GPS (ناوبری ماهواره ای) ، قطب نما ، و lidar (نوعی رادار مبتنی بر لیزر). اتومبیل های خودران از ترکیبی از فناوری های مشابه برای رانندگی در نور روز یا شب استفاده می کنند. اکنون شما واقعاً نمی توانید این نوع موارد را “دیدن” توصیف کنید: آنها دامنه کامل آنچه را نمی پذیرند چشم و مغز ما این کار را انجام می دهد – از تشخیص شی ۳D و درک رنگ گرفته تا مشخص کردن مسافت و خیلی بیشتر. اما وقتی چشم انسان نور کافی برای دیدن ندارد ، به خوبی “چشم به ماشین” کار می کنند.

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دکمه بازگشت به بالا