بررسی تخصصی تکنولوژی دید در شب

علمولوژی: در قلب هر سیستم شبانه ابزاری بنام لامپ تشدید کننده نور وجود دارد که به آن Light Intesifier Tube می‌گویند . این لامپ نور موجود را جمع کرده (بعضی اوقات نور مرئی و بعضی اوقات نور مادون قرمز ) و نور را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند . این الکتریسیته خیلی کم سپس تقویت شده و تصویر یک صحنه را برای ما نشان می‌دهد . مقابل لامپ (محلی که تبدیل نور به الکتریسیته انجام می‌شود ) فتو کاتد نامیده می‌شود . (قطر فتوکاتد در دوربین دید در شب حدود ۲۵ میلیمتر است) تمامی سیستم‌های دید شبانه تک رنگ هستند ، به عبارت دیگر رنگ‌های گوناگون را نشان نمی‌دهند و تصاویر را به رنگ سبز تیره نشان می‌دهند .علت انتخاب این رنگ به دلیل این است که چشم انسان نسبت به این رنگ حساسیت بیشتری دارد . ‌دوربین‌ دید در شب(Night Vision System): شیوه کار ‌دوربین‌های دید در شب در نتیجه داشتن محدوده ای از نور ، مانند نور مهتاب و ستاره ( در حالت passive ) و یا نور مادون قرمز ( در حالت active )می‌باشد . این نور که از فوتونها ساخته شده است در یک لامپ فوتونی جمع شده و از آنجا فوتونها به الکترون تبدیل میشوند . سپس الکترون‌ها به واسطه الکتریسیته و فرایند شیمیایی مقدار بسیار بزرگی تقویت میشوند . الکترونها بعد از آن بسوی یک پرده فسفری جهت نمایان شدن تصویر پرتاب شده و ما میتوانیم از میان عدسی چشمی دوربین ، تصویر تشکیل شده را که به رنگ سبز می‌باشد مشاهده نماییم . سیستم کار دوربین دید در شب: طرز کار ‌دوربین‌های دید در شب به دو صورت فعال (active) و غیر فعال (passive) می‌باشد . ۱- حالت فعال (active): در این حالت دوربین با استفاده از نور مادون قرمز (Infrared Radiation)کار میکند . طرز کار بدین صورت است که اشعه مادون قرمز بوسیله یک لیزر (نامروی) یا نورافکن (مرئی) به طرف موضوع مورد نظر فرستاده می‌شود و با استفاده از این نور ارسالی تصویر موضوع را می توان در دوربین مشاهده نمود . ۲- حالت غیر فعال (passive): در این حالت کار سیستم دوربین ، تشدید نور حاصله از ستارگان یا ماه می‌باشد . در واقع در حالت passive دوربین از خود هیچ گونه پرتو نورانی چه مرئی و چه نامرئی ساطع نمیکند . بنابراین در هنگام استفاده در مقابل دشمن ، از نظر دشمن کاملاً محفوظ باقی می ماند و این یک مزیت نسبت حالت active می‌باشد . در واقع دوربین های دید در شب با این نوع سیستم کاری با تقویت نوری که از هدف باز تابیده می‌شود و رسانیدن آن به اندازه ای که بوسیله چشم انسان قابل تشخیص باشد ، امکان دید در شب را بوجود می آورند . امواج مرئی (Visible Waves): طیف مرئی تنها محدوده ای است که بدون نیاز به هیچگونه وسیله ای که می توان آن را رؤیت کرد و دامنه طول موج آن عبارت است از ۷۶۰nm-400nm امواج مادون قرمز (Infrared Radiation): مادون قرمز بخشی از طیف الکترومغناطیسی است که دارای طول موجی بین (۱nm-760nm) می‌باشد . معمولاً مادون قرمز را به سه قسمت نزدیک (Near infrared) ، میانی (mid infrared) ، و دور (far infrared)تقس. لازم بذکر است که فرکانس مادون قرمز بین (۱THZ-100THZ) می‌باشد. اجزاء مهم تشکیل دهنده دوربین دید در شب : هر دستگاه دوربین دید در شب دارای اجزای مختلفی می‌باشد که به صورت ذیل است (لازم به ذکر است که عدسی شیئی سلول تقویت تصویر و عدسی چشمی از اجزای مهم اصلی دوربین میباشند ) ۱- مجموعه شیئی : مجموعه لنزهای شیئی عمل جمع آوری نور بازتابی موجود در صحنه و متمرکز کردن آن بر روی کاتد سلول تقویت تصویر را انجام میدهند. در صورت ساکن بودن مجموعه شیئی ، عمل کانونی کردن مجموعه روی اشیاء مورد نظر در صحنه بوسیله تغییر موقعیت سلول تقویت در مقر خود نسبت به لنزهای شیئی انجام میگیرد . ۲- سلول تقویت تصویر : سلول تقویت تصویر ، نور کانونی شده بوسیله عدسی شیئی را توسط فتو کاتد دریافت نموده و پس از تقویت آن تصویری با شدت قابل رویت بر روی صفحه فتو فسفر ( صفحه نمایشگر ) ایجاد مینماید . مجموعه چشمی که بروی صفحه نمایشگر کانونی شده است تصویر حاصل را با بزرگنمایی جهت رویت به خارج از مجموعه ارسال میکند . سلول تقویت مجهز به سیستم تثبیت کننده بهره جریان خروجی می‌باشد که علاوه بر تغییرات شدت نور صحنه همواره دارای خروجی ثابت می‌باشد . همچنین بهره گیری از کنترل اتوماتیک روشنایی (ABC)سلول تقویت را از آسیب مربوط به عبور نور از منابع روشنایی با شدت بیش از حد مجاز محافظت خواهد نمود . این عنصر می تواند امکان مشاهده تصویر را در تاریکی حدود چند هزارم لوکس (شرایط نور ماه و ستاره) فراهم نماید . ۳- مجموعه چشمی : مجموعه چشمی که بروی صفحه نمایشگر کانونی شده است عمل بزرگنمایی تصویر تشکیل شده روی صفحه نمایشگر را جهت رویت بوسیله چشم انسان بر عهده دارد . در ‌دوربین‌ها سیستم عدسی از نوع یک چشمی (Monocular) و یا دوچشمی (Bincular) می‌باشد . مجموعه چشمی دارای قابلیت تنظیم برای تعیین میزان تصحیح چشم می‌باشد که امکان استفاده از سیستم برای افراد مختلف و با قدرت دیدهای متنوع را فراهم میکند . این تصحیح بوسیله تنظیم حلقه کانونی کننده چشمی صورت می پذیرد و واحد آن دیوپتر (Diopter) است . ۴- مجموعه رتیکل : مجموعه رتیکل در مرکز لنزهای مجموعه شیئی تعبیه شده و بوسیله دکمه های کنترل که روی بدنه مجموعه شیئی قرار گرفته اند عمل تنظیم در سمت و برد را انجام می دهند . این کار به این صورت است که تصویری از سطح رتیکل روی فتو کاتد سلول تقویت ایجاد می‌شود که این تصویر با تصویر تشکیل شده توسط مجموعه شیئی از موضوع مورد نظر به هم منطبق میگردند . تکنولوژی ‌دوربین‌های دید در شب(Generation): چند سطح از تکنولوژی ‌دوربین‌های دید در شب که در سطح جهان به نسلهای ۰،۱،۲،۳،۴ شناخته میشوند که در ذیل مورد بحث قرار میگیرد : ۱- نسل صفر (Generation-0) : این نسل از ‌دوربین‌ها اولین دستگاه‌های دید شبانه بودند که برای استفاده ارتش تولید شدند . آنها جهت کار به یک ماه کامل و یا یک نور افکن مادون قرمز و برای حمل آنها به اطراف ، به یک کامیون ، رزم ناو و … نیاز داشتند . آنها خیلی عملی و موثر نبودند و هیچ یک از سیستم‌های نسل صفر فروخته نشد . ۲- نسل یک (Generation-1) : ‌دوربین‌های این نسل بیشترین سیستم‌های دید شبانه موجود در بازار هستند . در این نسل انرژی نور ( فوتون‌ها ) توسط لنزهای دارای روزنه گشاد شبیه به لنزهایی که در دوربین های دو چشمی با کیفیت بالا استفاده می‌شود ، جمع می‌شود. فوتونها در اولین قسمت از ((LIT(Light Intensifier Tube)که فتوکاتد نام دارد متمرکز میشوند . سطح درونی فتوکاتد توسط یک ماده فسفری که نور را به الکتریسته تبدیل میکند پوشانده می‌شود. وقتی فوتونی به مولکول فسفر اصابت میکند الکترونی ساتع می‌شود . موقعی تبدیل فوتون ( انرژی نور ) به الکترون ( انرژی الکتریکی ) اتفاق می افتد که انرژی فوتون به مولکول فسفر اضافه می‌شود و سطح انرژی فسفر را تا نقطه ای که ناپایدار شود بالا می برد . مولکول فسفر سپس الکترونی ساتع میکند تا به سطح پایدار خودش باز گردد . این فرایند فوتونها را به الکترون‌ها تبدیل میکند . الکترون‌ها به وسیله فتوکاتد ساتع میشوند و سپس توسط یک میدان ولتاژ بالا به سوی انتهای خروجی LIT شتاب داده میشوند . چون الکترون‌ها دارای بار منفی هستند یک میدان دارای بار مثبت موجب جذب آنها خواهد شد و سرعت پایین می آید. سپس یک لیست از حلقه های ماده ای شکل داده شده مخصوص برای حفظ تمرکز الکترون‌ها در لامپ افزوده می‌شود سپس الکترونها دارای انرژی بالا به آن حلقه هایی که با یک لایه فسفر به روی شیشه ای پوشانده شده اند برخورد میکنند . انرژی الکترونها افزوده می‌شود تا مولکول های فسفر ناپایدار شوند (برعکس فرایند اصلی مولکول فسفر ). سپس فوتونهای بیشتری ساتع میکند تا به وضعیت قبلی پایدار باز گردد و این فوتونها توسط کاربر دیده میشوند . ۳- نسل دو (Generation-2) : در دوربین های نسل دوم روشی متفاوت برای افزایش الکترون در فتوکاتد به کار گیری شد . در اینجا تقویت به وسیله ابزاری که صفحه تقویت کانال نامیده می‌شود کامل می گردد . صفحه تقویت کانال شامل چندین میلیون لامپ شیشه ای کوتاه که فقط حدود ۱۰میکرون ضخامت داشته و حدود ۱۲ میکرون با هم فاصله دارند، می‌باشد که به وسیله میکروسکوپ به صورت خانه به خانه مشابه لانه زنبور مشاهده می‌شود . هر لامپ در حالت تکی به طور کلی به صورت خانه ای کوچک است که به صفحه کانال کوچک (Micro Channel Plate) متصل است . MCP صفحه ای است که برای افزایش الکترون بعد از فتوکاتد در لامپ قرار می گیرد . با برخورد کردن الکترون به این دیوار سبب می‌شود که الکترون بیشتری جدا شده ، که این باعث وضوح تصویر در لامپ می‌شود . برخورد شدید الکترون باعث می‌شود که جدا شدن الکترون بصورت تصاعدی باشد که در این حالت تکثیر الکترون در حدود سی هزار یا بیشتر خواهد بود . تجهیزات دوربین های نسل دوم دید در شب ، از لحاظ رزولوشن و روشنایی تصویر ، کیفیت بهتری نسبت به نسل اول دارند . در بعضی اوقات شما مرجعی از یک دوربین دید در شب نسل۲ پیدا می کنید که سازنده برای دوربین های خود از لامپ های نسل دوم استفاده کرده است. تکنولوژی لامپ نسل دوم بدلیل استفاده زیاد آن مانند استاندارد نسل ND2 تهیه شد و دارای یک تصویر مناسب است . (در حال حاضر هم ممتاز میباشند) ۴- نسل سوم (Generation-3) : نسل سوم از لحاظ ساختمان خیلی مشابه نسل دوم است و تفاوت اصلی آن در صفحه آشکار سازی است که در نسل سوم از نوع گالیم آرسناید (Ga As) می‌باشد و این باعث مطلوب تر شدن آن شده است . صفحه آشکار ساز از نوع Ga As از طیف مادون قرمز ( که در شب فراوان تر است ) حساستر می‌باشد. در واقع صفحه آشکار ساز گالیم آرسناید باعث تقویت نور بیشتری می‌شود . ( به فرض یک واحد حساس تر )تجهیزات دید در شب نسل سوم بدون تردید بهترین تجهیزات دید در شب هستند اگرچه دو اشکال عمده دارند : الف) نسل سوم در ارتش و ایالات متحده رایج است و بصورت محدود در دسترس ارتش ، پلیس و دیگر کاربران دولتی قرار گرفته است . ب) دستگاههای نسل سوم خیلی گران قیمت هستند زیرا عناصر کمیاب در ساختمان آنها به کار برده شده است بطوری که آنها در حدود ۱۰ برابر گران تر از تجهیزات نسل دوم هستتند . ۵- نسل چهارم (Generation-4) : نسل چهارم دروازه ورودی تکنولوژی بدون فیلم ، بزرگترین تکنولوژی شکست میانی در افزایش تصویر ، از ده سال گذشته می‌باشد . سیستم نسل ۴ بوسیله برطرف کردن مانع یونی فیلم ، فرق قابل توجه ای را در محدوده آشکار سازی هدف و رزولوشن ، بخصوص در نور های بسیار کم نشان داد.استفاده از تکنولوژی بدون فیلم و منبع توان ورودی اتوماتیکِ نسل ۴ منجر می‌شود به : بهبود بالای ۱۰۰ در صد در واکنش نوری کار آیی بسیار خوب در سطح نورهای بشدت کم بهبود سیگنال به نویز و (EBI(Eclaivalent Background Illumination و سه برابر کردن سطح روشنایی رزولوشن (یک مینیمم از ۳۶mm/LP نسبت به ۱۲mm/LP) ((LP/mm(Line pairs/millimeter) واحد رزولوشن می‌باشد و جفت خط در واحد میلیمتر است نسل ۴ با بهبود قابل توجه در سطح کنتراست نور و کار آیی در همه حالات نور اوجی از کار آیی خطی در عرضه ‌دوربین‌های دید در شب می‌باشد . در نسل ۴ صفحه میکرو کانال(MCP)بدون فیلم یک نسبت سیگنال به نویز بیشتری نسبت به نسل ۳ را فراهم کرده است که در نتیجه کیفیت تصویر بهتری در کمترین نور را ایجاد می‌کند . ورودی منبع توان بیشتر ، رزولوشن تصویر در شرایط نور خیلی پایین را بهبود می‌بخشد . و این افزایش قابل توجه ای از محدوده آشکار سازی سیستم‌ها را باعث شده است . انواع دوربین دید در شب : ‌دوربین‌های دید در شب به سه نوع تقسیم می‌شوند که در ذیل شرح داده شده است : ۱- ‌دوربین‌های دید در شب دو چشمی (Night Vision Binocular) : مجموعه چشمی این ‌دوربین‌ها دو سری می‌باشد و مجموعه شیئی آن بستگی به مدل دوربین به صورت دو تایی و یا تکی می‌باشد.از مشخصات این ‌دوربین‌ها می توان به بزرگنمایی و Focous اشاره نمود . این نوع ‌دوربین‌ها دارای نسل‌های مختلف می باشند . کاربرد ‌دوربین‌های دو چشمی : از کاربردهای نظامی این نوع دوربین می توان به منظور دیده بانی در فعالیتهای اطلاعات و عملیات اشاره کرد . و از کاربرد های غیر نظامی استفاده در غار، اردوگاه ها و شکار در شب را می توان نام برد . ۲- ‌دوربین‌های دید در شب تک چشمی (Night Vision Monocular) مجموعه چشمی و شیئی این ‌دوربین‌ها یک سری می‌باشد . اکثر ‌دوربین‌های تک چشمی جهت استفاده بروی سلاح ، جهت هدف گیری در شب ساخته شده اند.این نوع ‌دوربین‌ها ممکن است بشکل فعال(Active)و یا غیر فعال(Passive)باشند.از مشخصات این ‌دوربین‌ها می توان به بزرگنمایی و Focous اشاره نمود . این نوع ‌دوربین‌ها نیز دارای نسلهای مختلف می‌باشند . کاربرد ‌دوربین‌های تک چشمی : از کاربرد های این ‌دوربین‌ها می توان به موارد ذیل اشاره نمود : الف) با استفاده از تجهیزات الکترواپتیکی و به منظور مشاهده و شلیک سلاح در شب به کار برده میشوند . ( نصب بر روی سلاح ) ب) به منظور دیده بانی در فعالیتهای اطلاعات ، عملیات بدون سلاح استفاده می‌شود . ۳- ‌دوربین‌های دید در شب چشمی (Night Vision Goggles): این نوع ‌دوربین‌ها ، ‌دوربین‌های عینکی نیز نامیده می‌شوند . این نوع ‌دوربین‌ها دارای دو مجموعه چشمی و یک و یا دو مجموعه شیئی می‌باشند ، عینک دید در شب یک سیستم دستی می‌باشد که می تواند بروی سر یا کلاه به کار گرفته شود و شخص کاربر را در نور ماه و ستارگان به راهپیمایی ، رانندگی ، تیر اندازی و … قادر می‌سازد . از مزایای این ‌دوربین‌ها نسبت به دو نوع دیگر می توان به سبک بودن و دقت بالای آنها اشاره نمود . این ‌دوربین‌ها دارای بزرگنمایی نمی‌باشند ولی حالت Focous را دارند و زاویه دید آنها برابر زاویه دید چشم و حدوداً برابر ۴۰ درجه می‌باشد . کاربرد ‌دوربین‌های Goggles : با توجه به دقت و سبکی ، این نوع ‌دوربین‌ها کاربرد بیشتری نسبت به انواع دیگر دارند . از کاربردهای نظامی این نوع دوربین می توان راهپیماییهای شبانه ، رانندگی در شب ، دیده بانی و تیر اندازی در برد کوتاه ، خواندن نقشه ها ، تعمیرات وسایل نقلیه و کمک رسانی و امداد را نام برد. از کاربردهای غیر نظامی آنها می توان به مطالعات زیست محیطی اشاره کرد .