למה בן אדם לא יכול לראות בלילה?
-
קונוסים - להבחין בין צבעים
-
מקלות - להגדרת בהירות
כאשר רמת האור יורדת, רק המוטות - רגישים פי 1000 מהקונוסים ועם מספרים של 92 עד 100 מיליון לאדם (לעומת החתול שיש לו בסביבות 150 מיליון והוא ניקטלופית) - מגיבים. זה מסביר מדוע הראייה שלך עוברת למצב "שחור ולבן". באופן דומה, עצמים נראים "מטושטשים" מכיוון שהעברת קולטני הפוטו לעצב הראייה פחות יעילה עם מוטות. בעיקרון, כדי להפעיל את היכולת ל"ראיית לילה" טבעית ולהכניס אור שיורי, האישון מתרחב ו"מפעיל" את המוטות. אבל עם גבול שאינו מאפשר ראיית לילה יעילה.

מה זה אינפרא אדום?

- טווח גלי האינפרא אדום מתרחב מ-0,7 ל-100 מיקרומטר
- טווח הגלים הנראה מתרחב מ-0,38 ל-0,7 מיקרומטר
- אנחנו מעבירים GAMMA, X, ULTRAVIOLET ו-RADIO RAYS, אין כאן עניין
מה שמעניין אותנו עבור הטכנולוגיה המשמשת בראייה לילה ותרמית הוא טווח הגלים האינפרא אדום, המחולק (על ידי מערכת CIE) ל-4 פסים ספקטרליים:
- האינפרא אדום הקרוב: מ-7 מיקרומטר עד 1,6 מיקרומטר
- אינפרא אדום בינוני: מ-1,6 מיקרומטר עד 4 מיקרומטר
- אינפרא אדום תרמי: מ-4 מיקרומטר עד 15 מיקרומטר
- אינפרא אדום רחוק: מ-15 מיקרומטר עד 100 מיקרומטר
הודות לטווחי הגלים השונים הללו פועלים השלט הרחוק שלך, מנורת LED, הנחיית טילים, מצלמות תרמיות, לייזרים... ועוד שורה שלמה של יישומים אחרים!
הספקטרום האלקטרומגנטי
מהו אור שיורי?
חיוני לחלוטין לפעולת המשקפיים שלך (ללא שיורי אור - ולכן ללא פוטונים, אין אפשרות לראיית לילה), הנפלטים מהשמש, הירח, הכוכבים - וכל מקורות האור שנמצאים באזורים עירוניים (תאורה ציבורית, פנסי רכב , שלטי ניאון) היוצרים הילה זוהרת על פני שטח עצום - האור השיורי הוא כל הפוטונים שמסתובבים בחלל שבו אתה נמצא (במהירות האור של מקום אחר), ביום ובלילה. על ידי הגברה של האור הזה (כמובן בלילה לראיית לילה) באמצעות פוטוקטודה ומסך זרחני נשחזר תמונה (באיכות טובה יותר או פחות בהתאם ל"דור" הצינור שמכיל את הפוטוקטודה).
עכשיו זה העיקרון הפיזי המאפשרת התקנת טכנולוגיית "ראיית לילה", נוכל להסביר איך זה עובד!
איך עובד משקפי ראיית לילה?
כפי שנראה לעיל, העיקרון הבסיסי (עבור מסגרת המופעלת באופן פסיבי) הוא להגביר את האור השיורי ככל האפשר כדי להציג תמונה עם ההגדרה והבהירות הטובה ביותר. אני רק אתקרב במהירות (ובפרק "לפיד אינפרא אדום) לניצול אינפרא אדום בצורה אקטיבית, טכנולוגיה זו עשויה להיות סכנה בשימוש טקטי.
- עדשה (בקדמת הטלסקופ) לוכדת את האור השיורי וכן חלק מספקטרום האינפרא אדום הקרוב ומכוונת אותם לעבר צינור האלקטרונים (פוטו-מכפיל).
- עובר דרך מכפיל הפוטו, אור (פוטונים) פוגע בפוטוקתודה ובכך מייצר אלקטרונים על ידי אפקט פוטו-אלקטרי.
- האלקטרונים מוקרנים לעבר פנקייק - מקוטב על ידי אלקטרודות - של מיקרו-ערוצים, ה-MCP (שנחשב לפנקייק פוטו-מכפיל). נבנה כדי להקל על התנגשות (כל מיקרו-ערוץ מכוון בזווית גדולה או קטנה יותר - מ-5 עד 8°) ולהפחתת "רעש". כאשר האלקטרונים הראשוניים חודרים למיקרו-תעלות, הם פוגעים בדפנות וגורמים לפליטת אלקטרונים אחרים, אשר, על ידי אפקט ההגברה, יפגעו בתורם בדפנות המיקרו-ערוצים, ובכך ייצרו אלקטרונים אחרים.
- האלקטרונים (המונים כיום כמה אלפים) יעברו דרך מסך זרחני. הודות לאנרגיה הקינטית הנרכשת, האלקטרונים (ששמרו על מבנה הפוטונים הראשוניים - מה שיאפשר את השבת התמונה) יעורר את אטומי הזרחן... מה שישחרר פוטונים. האור הזה ששוחזר דרך עדשה יהווה את התמונה הסופית - אותה אתה מדמיין "בירוק" בשל תכונות הזרחן. העדשה תצטרך לאפשר את המיקוד (ואולי את ההגדלה) לקבלת האיכות הטובה ביותר.
- יש לציין כי הראייה "בירוק" נובעת מבחירה של היצרן בזרחן ספציפי - העין האנושית רגישה יותר לירוק, היא הייתה הפתרון לניגודיות אופטימלית (פחות או יותר) בעלות מבוקרת .
הפעולה הסכמטית של משקפי ראיית לילה (מדור 2 לפחות)
אבל אז למה יש כמה "איכויות" של משקפי ראיית לילה?
כמו בכל המצאה אנושית, אנו ננסה ללא הרף לשפר את היכולת של טכנולוגיה. באמצעות פיזיקה, ביולוגיה או כימיה, דרך חוויית משתמש מדווחת, ובפשטות, יכולת ייצור חלקים המשתפרת עם כניסתן של טכנולוגיות קשורות.
במקרה של ראיית לילה, מה שאיפשר בעיקר את השיפור הוא:
-
שיפור הפוטוקתודה ורגישותה (דרך צינור דורות 2 ו-3)
- אחריהם מופיעות הפוטוקתודות S1, S20, S25 ו-Galium arsenide (GaAs) - מה שמשפר את הרגישות בטווח הספקטרלי הנראה והאינפרא אדום הקרוב.
-
החדרת פרוסת המיקרו-ערוץ (מדור 2)
- זה יאפשר לייצר כמות הרבה יותר גדולה של אלקטרונים (בהשוואה לדור 1) ולכן שיפור בהגברה ובאיכות העיבוד של התמונה
- על צינור דור 3 מוצמד אליו סרט מסנן יונים (כדי להגן על הקתודה מחשיפה למקור אור לא רצוי). זה מקטין את מספר האלקטרונים הנוצרים ומגדיל את ההילה הנראית לעין בנקודות הבהירות. לעומת זאת, הסרט משפר משמעותית את חיי הצינור
- על צינור דור 3 העומד בתקני OMNI-V – VII, שילוב של מסנן יונים עדין יותר – שיפור ב-SNR ורגישות לאור – לרעת חיי השירות
-
הפונקציה "AUTOGATED". (מדור 3)
- פונקציה זו מנהלת את אספקת החשמל של הצינור במהירות רבה (בסדר גודל של אלפית שנייה). ברגע שהצינור ייחשף למקור אור "אגרסיבי", אספקת החשמל תינתק באופן מיידי ובכך ישמר הצינור ואורך חייו.
-
התוצאה (מוגדר על ידי מדידה בזוגות קווים למ"מ)
- בקצרה - ובאופן תמציתי מאוד - זה משפר את ההדמיה שלך לפרטים עדינים
-
שיפור SNR (רעש אות רדיו)
- זהו היחס בין המתח של האות (האות החשמלי של הצינור שלך) לזה של הרעש שהוא מייצר. בעצם ה"שלג" (Scintillation) שמופיע בתמונה. ההבדל בין צינור דור 1 ל-3 ברור.
דורות הצינורות השונים
עיבוד התמונה של דורות הצינורות השונים (המונח "דור 4" נעשה שימוש יתר ומתאים לדור 3 הסטנדרטי Omni-VII)
דור ה- 0
בשנת 1929 הפיזיקאי ההונגרי קלמן טיהאני הציב את עקרון ראיית הלילה (לטובת הצבא הבריטי). משנת 1935 חברה גרמנית (AEG – שקיימת עד היום) מפתחת טכנולוגיית ראיית לילה, במקביל לארה"ב. במהלך מלחמת העולם השנייה שתי המדינות הללו ישתמשו בלחימה ביכולות של ראיית לילה, על כלי רכב משוריינים וכן על כלי נשק קל. ארה"ב תפתח את הרעיון ותמשיך את השימוש המבצעי שלו במהלך מלחמת קוריאה. הטכנולוגיה המשמשת היא פעילה - היא מקרינה קרן אינפרא אדום רחבה
דור 1 (ו-1+)
עדיין הנפוץ ביותר בעולם כיום! פותח במהלך שנות ה-60 ונוצל במהלך מלחמת וייטנאם על ידי ארה"ב, הוא מנצל את הצינור ה"פאסיבי" הראשון עם התעצמות אור עם פוטו-קטודה S20 (עבור רווח התעצמות של כ-x1000). התמונה ברורה ומציעה ניגודיות נכונה במרכז התמונה, עם עיוות בקצוות ו-SNR שיוצר הפרעות - "שלג" - בעיבוד התמונה. הצינורות מהדור 1 המוצעים כיום על ידי היצרנים הם בעיקר ממניות בברית המועצות לשעבר - וזה די חיובי. ה חיי הצינור הזה יהיו בסביבות 4000 שעות (פחות או יותר) של שימוש פעיל et פעולתו תתאפשר רק עם רמה גבוהה של אור שיורי (ירח גלוי), למעט בעת שימוש בלפיד IR בשילוב עם הסקופ.
הצינור שנקרא "דור 1+" הוא לא יותר מאשר שפופרת דור 1 משופרת כדי להציע איכות תמונה טובה יותר (Core מ-Armasight או Edge מ-Pulsar) עם רזולוציה אופטימלית.
- הגדרה: מ-35 עד 60 זוגות קווים למ"מ
- חיים ממוצעים: כ-4000 שעות
- פוטקטודה: S20
- התעצמות: כ-1000x - דורש רמה גבוהה של אור שיורי
- מחיר ממוצע: מ-150 עד 700 יורו - תלוי בסוג הטלסקופ (חד-עיני, משקפת, רובה, עם או בלי הגדלה וכו')
דור 2 (ו-2+)
דור שני זה מציג את ה-MCP (הפנקייק המיקרו-ערוצי) ופוטוקתודה S25, להגברת העצמה של עד 20000x, שיפור משמעותי ב-SNR, ברזולוציה (45 זוגות קווים לכל מ"מ מינימום) ורגישות בהירות - פנס IR כבר לא יהיה צורך ורמת האור השיורית תצטרך להיות נמוכה בהרבה עבור עיבוד תמונה גבוה יותר מדור 1. מסך הזרחן יכול להשתמש (בהתאם ליצרן) בזרחן המשפר את הניגודיות של ה"צבע" הירוק ולכן מספק רמת פירוט טובה יותר.
מה שנקרא צינור דור "2+" (באמת) מייעל את הרזולוציה (עם ממוצע של 60 זוגות קווים למ"מ), ה-SNR צובר עד 10 נקודות בהשוואה לשפופרת דור 2 והרגישות עולה ל-400-800 µA/lm (עבור רגישות של 500-600 µA/lm עבור דור 2 והפוטוקתודה S25 שלו). שפופרת gen 2+ עם רכיבים איכותיים מתקרבת משמעותית לשפופרות מדור 3.
- הגדרה: מ-45 עד 73 זוגות קווים למ"מ
- חיים ממוצעים: כ-10000 שעות
- פוטקטודה: S25
- התעצמות: כ-20000x - דורש רמת אור שיורית נמוכה
- מחיר ממוצע: מ-900 עד 2500 יורו - תלוי בסוג הטלסקופ (חד-עיני, משקפת, רובה, עם או בלי הגדלה וכו')
- FOM (Figure Of Merit): מ-810 עד 2044 (תיאורטי - במציאות דווקא 1800 מקסימום)
דור 3 (ו-3 מתוקנן Omni-VII)
השילוב של הפוטוקתודה העשויה מגאליום ארסניד (משפר את הרגישות לטווח האינפרא אדום הרחוק אך "שביר" יותר מפוטוקתודות מסוג S25) ו-MCP "דור שני" מצופה בסרט סינון (המגן על הקתודה מפני יונים) - זה מפחית מספר האלקטרונים שנוצר ומגדיל את ההילה המוצגת סביב נקודות האור - מאפשר להגדיל את אורך חיי הצינור (עד 20000 שעות) ו- הגברה של אור שיורי מ-30 ל-50000x. טוהר התמונה והעיבוד של הפרטים עדיפים בערך פי 3 מצינור דור 2 אך העין שלך לא תהיה רגישה לאופטימיזציה זו (או באופן מופחת); מצד שני, הרגישות יוצאת הדופן לבהירות מאפשרת לך להשתמש במשקפיים בתנאי אור שיוריים פגומים מאוד. הפונקציה "AUTO GATED" תשמור על הצינור מחשיפה מקרית להארה פתאומית חריפה תוך שמירה על עיבוד תמונה - מה שיהיה חיוני למפעיל קרבי שללא ה-AUTO GATED עלול להסתנוור מיריות, פיצוצים, שריפות...
צינור דור 3 המתוקנן על ידי תקן צבאי אמריקאי Omni (רמה VII) משפר בעיקר את ה-MCP עם סרט פילטר דק יותר מאשר על צינור דור 3 קלאסי (תוך שמירה על האלמנטים של צינור דור 3). שינוי זה - שמפחית את חיי הצינור לכ-15000 שעות - יגדיל באופן דרסטי את ההגדרה והעיבוד של התמונה, את הרזולוציה ורמת הניגודיות. שמור בדרך כלל לשימוש צבאי, עם רווח הגברה של פי 80 עד 120000 (תיאורטי - אבל זה עדיין ממש מרשים).
יש לציין שיצרנים מסוימים מציעים צינורות זרחן P43 המציעים עיבוד "שחור ולבן" או אפילו "כחלחל" לתצוגה טובה יותר של הניגודים והפרטים בתמונה.
יש לציין כי בהתאם לרמת הסטנדרטיזציה האמריקאית (מרמה II עד VII) סרט הפילטר של ה-MCP יפיק תמונה חדה ומפורטת פחות או יותר. חלק מהצינורות מדור 3 מוצעים ללא כל סרט (ללא סרט). עיבוד התמונה משופר בבירור אך אורך החיים של הצינור מתקצר כמובן.
- הגדרה: מ-57 עד 73 זוגות קווים למ"מ
- חיים ממוצעים: מ-20000 עד 15000 שעות
- פוטקטודה: גליום ארסניד
- התעצמות: מ-30 ל-120000x (מאוד תיאורטי) - דורש רמה נמוכה מאוד של אור שיורי
- מחיר ממוצע: מ-2300 עד 6000 יורו – תלוי בסוג הטלסקופ (חד-עיני, משקפת, כוונת רובה, עם או בלי הגדלה וכו') והרכיבים בהם נעשה שימוש
- FOM (Figure Of Merit): מ-1400 עד למעלה מ-2000
להרכבת נשק, יהיה צורך לבחור טווח עם צינור המסוגל לעמוד ב-ReBILL של קליבר נשק היעד - זאת על מנת לשמר את משך חיי הצינור והתמונה. אם יש לך ספק צור איתנו קשר.
המקרה המיוחד של ראיית לילה דיגיטלית
טכנולוגיה זהה לזו המשמשת במצלמה שלך, במצלמות המעקב הדיגיטליות שלך, במצלמת האינטרנט שלך או במצלמה הדיגיטלית שלך: CCD או CMOS ששונו כך שיהיו רגישים לא לספקטרום הנראה אלא לספקטרום האינפרא אדום וממיר אותו לאות דיגיטלי. האות הדיגיטלי מוגבר ולאחר מכן מועבר למסך ה-LCD שבו אתה צופה בתמונה. היעדר מסך זרחני ידכא רינדור שחור וירוק כדי להציג תמונה בשחור-לבן.
כמו שפופרת Gen 1, משקפי ראיית לילה דיגיטליים יכולים רק להגביר את האור השיורי, ללא שילוב של MCP. למעשה, תזדקק לאור שיורי משמעותי (ירח מלא וכו') או (כמו מצלמת אבטחה למשל) דיודות IR, או לפיד IR. חשוב לציין שכל פליטת אינפרא אדום ניתנת לזיהוי. מבאס להיות צלף מופל בגלל טעויות כאלה.
ההגברה תהיה זהה (או אפילו עדיפה) לצינור "1+" מהדור (כלומר 1000x) עם עיבוד תמונה טוב יותר - במיוחד בשל היעדר עיוות בקצוות התמונה.
היתרון המכריע ביותר שלו הוא שברור שהאילוצים הקשורים לצינורות נעלמים. ניתן להשתמש במשקפי היום ללא כל סיכון, לא לעיניים ולא למכשיר. כמו כן, יהיה הרבה יותר קל לנצל את כל היתרונות של מכשיר דיגיטלי (הקלטת תמונות או סרטונים, שילוב של מד טווח, ברומטר וכו').
סוג זה של מוצר יהיה מושלם לשימוש "פנאי" או לאבטחת אזור ברמת ערנות "נמוכה" ובקרב בעצימות נמוכה. זה יימנע בלחימה נגד חיילים מקצועיים ומצוידים.
מה לזכור בעת בחירת משקפי ראיית הלילה שלך:
- היגיון פשוט: ההשקעה שבוצעה חייבת להיות קשורה למשימות העתידיות
-
לכל צינור יש תוחלת חיים - שימוש מקצועי יצטרך אפוא לשלב סף חידוש למכשירים
- עד כמה שאפשר, נסו לבחור טווח תכליתי (שמיש ביד, שניתן להרכבה על קסדה ועל נשק למשל) - למעט שימושים מאוד ספציפיים (צלף...)
- קבע את האיכות הכוללת של היקף הודות ל-FOM שלו (Figure Of Merit) - עיין במילון המונחים שלהלן כדי להבין את הנוסחה
מילון מונחים "ראיית לילה".
- בקרת בהירות אוטומטית (ABC):
בקרת בהירות אוטומטית (מאפשרת אפנון של המתח המועבר ל-MCP בהתאם לעוצמת הבהירות השיורית).
- שער אוטומטי (ATG):
מאפשר שליטה במתח המועבר לפוטוקתודה (והפחתת או ניתוק המחזור שלה) במהלך חשיפה לאור אגרסיבי (צילום לילה, אש, ברק, תאורה ציבורית, הילה המופקת על ידי אזורים עירוניים...). פונקציה זו משמרת את ראיית הפרטים שלך באור עז ומבטיחה את הפוטוקטודה (שיכולה להתקלקל לצמיתות ללא פונקציה זו). שימושי, אפילו חיוני, עבור טייסי מטוסים - במיוחד בגובה נמוך - כוחות מיוחדים והתערבויות באזורים עירוניים.
- lp/mm (זוגות קווים למילימטר):
יחידה המשמשת למדידת רזולוציית מגביר תמונה. נקבע בדרך כלל על פי יעד ניסוי כוח של חיל האוויר של ארצות הברית משנת 1951. המטרה היא סדרה של תבניות בגדלים שונים המורכבת משלושה קווים אופקיים ושלושה קווים אנכיים. משתמש חייב להיות מסוגל להבחין בין כל הקווים האופקיים והאנכיים וברווחים ביניהם.
- נִצנוּץ:
אפקט אקראי ומבריק בכל אזור התמונה. ריצוד, המכונה לפעמים "רעש וידאו", הוא מאפיין נורמלי של מגבירי תמונת לוחות מיקרו-ערוציים והוא בולט יותר בתנאי תאורה חלשים.
- יחס אות לרעש (SNR):
יחס בין משרעת האות לאמפליטודת הרעש. אם הרעש (ראה הגדרה של "נצנץ") בהיר וגדול כמו התמונה המועצמת, לא ניתן לראות את התמונה. יחס האות לרעש משתנה עם רמת האור מכיוון שהרעש נשאר קבוע אך האות גדל (רמות אור גבוהות יותר). ככל שיחס ה-SNR גבוה יותר, כך המכשיר מתפקד טוב יותר בסביבה "חשוכה" - עם אור שיורי נמוך.
- μA/lm (מיקרואמפר ללומן):
מדידת הזרם החשמלי (μA) המיוצר על ידי פוטוקטודה כאשר הוא נחשף לכמות מדודה של אור (לומן).
- פתרון הבעיה:
היכולת של מגבר תמונה או מערכת ראיית לילה לראות פרטים בסביבתך. רזולוציית צינור מגביר התמונה נמדדת בזוגות קווים למילימטר (lp/mm) ואילו רזולוציית המערכת נמדדת במחזורים למילירדיאן. עבור כל מערכת ראיית לילה עם הגדלה של 1, הרזולוציה של הצינור תישאר קבועה בעוד שניתן להשפיע על הרזולוציה של סקופ אחר על ידי שינוי המיקוד וההגדלה של העינית והוספת מסנני הגדלה או עדשות ממסר. לעתים קרובות הרזולוציה באותו מכשיר לראיית לילה שונה מאוד כאשר נמדדת במרכז התמונה ובפריפריה של התמונה. זה חשוב במיוחד עבור מכשירים שנבחרו לצילום או וידאו שבהם הרזולוציה של התמונה כולה חשובה.
- MCP (צלחת מיקרו-ערוץ):
ה"פנקייק" המפורסם של מיקרו-ערוצים אשר מכפיל את האלקטרונים המיוצרים על ידי הפוטוקתודה. MCP נמצא רק במערכות Gen 2 ו- Gen 3. MCPs מבטלים את מאפייני העיוות של מערכות Gen 0 ו- Gen 1. מספר ה"חורים" (מיקרו-ערוצים) ב-MCP הוא גורם מרכזי בקביעת הרזולוציה.
- דמות הכשרון (FOM):
אם יש דבר אחד שצריך לזכור מהפוסט הזה בבלוג, זה זה! ה-FOM נקבע באופן הבא: רזולוציה (זוגות קו למילימטר) x אות לרעש. על סמך קריטריון זה תקבע את ה"איכות" של הצינור של הסקופ שלך.