Πώς λειτουργεί η νυχτερινή όραση;

Οι άνθρωποι συνήθως βλέπουν πολύ καλά κατά τη διάρκεια της ημέρας, καθώς υπάρχει αρκετό φως για να λειτουργούν αξιόπιστα τα μάτια μας. Ωστόσο, τη νύχτα, ο μειωμένος φωτισμός του περιβάλλοντος σημαίνει ότι τα μάτια μας δεν λειτουργούν το ίδιο καλά. Για να το καταπολεμήσουμε εν μέρει, τα μάτια μας χρησιμοποιούν δύο ξεχωριστά φωτοευαίσθητα κύτταρα, το ένα σε χαμηλό φωτισμό και το άλλο με επαρκή φωτισμό.

Κώνοι και ράβδοι

Τα μάτια μας χρησιμοποιούν κύτταρα σε σχήμα κώνου κατά τη διάρκεια της ημέρας, αυτοί οι κώνοι δεν είναι ιδιαίτερα ευαίσθητοι στο φως και έτσι δεν λειτουργούν πολύ καλά τη νύχτα. Ένα από τα πράγματα που κάνουν οι κώνοι για εμάς είναι να μας αφήνουν να δούμε με χρώμα. Οι άνθρωποι έχουν τρεις διαφορετικούς τύπους κώνων που αντιδρούν με διαφορετικούς τρόπους σε διαφορετικά μήκη κύματος φωτός και έτσι μας αφήνουν να δούμε με χρώμα

Ο άλλος τύπος φωτοευαίσθητων κυττάρων στα μάτια μας έχει σχήμα ράβδου. Οι ράβδοι είναι πολύ πιο ευαίσθητες στο φως και χρησιμοποιούνται κυρίως όταν είναι σκοτάδι καθώς μας βοηθούν να βλέπουμε καλύτερα. Οι ράβδοι δεν είναι ιδιαίτερα ευαίσθητες στο χρώμα που είναι ο κύριος λόγος που τα χρώματα είναι πολύ λιγότερο εμφανή τη νύχτα.

Τα ραβδωτά κύτταρα μπορούν να αντιδράσουν σε ένα μόνο φωτόνιο φωτός, ενώ δεκάδες έως εκατοντάδες φωτόνια για να ενεργοποιήσουν ένα κύτταρο κώνου και να στείλουν το ίδιο σήμα πίσω στον εγκέφαλό σας.

Συμβουλή: Φωτόνιο είναι το όνομα ενός μόνο σωματιδίου φωτός.

Συσκευές παθητικής νυχτερινής όρασης

Τα γυαλιά νυχτερινής όρασης λειτουργούν με βάση την αρχή της ευαισθησίας σε πολύ χαμηλά επίπεδα φωτισμού. Τα φωτόνια εισέρχονται στον φακό και χτυπούν μια «φωτοκάθοδο». Η φωτοκάθοδος απελευθερώνει ηλεκτρόνια τα οποία στη συνέχεια επιταχύνονται μέσω ενός ηλεκτρομαγνητικού πεδίου σε μια «πλάκα μικροκαναλιού». Η πλάκα μικροκαναλιού πολλαπλασιάζει τα ηλεκτρόνια που την χτυπούν, τα οποία στη συνέχεια επιταχύνονται προς μια οθόνη φωσφόρου. Η οθόνη φωσφόρου δημιουργεί την πράσινη εικόνα νυχτερινής όρασης που γνωρίζουν οι περισσότεροι. Το πράσινο χρησιμοποιείται επειδή αυτό είναι το χρώμα στο οποίο είναι πιο ευαίσθητα τα ανθρώπινα μάτια.

Δεν υπάρχει γνωστή άμεση μέθοδος πολλαπλασιασμού του αριθμού των φωτονίων, ωστόσο, υπάρχουν γνωστές μέθοδοι για τον μετασχηματισμό των φωτονίων σε ηλεκτρόνια, τον πολλαπλασιασμό του αριθμού των ηλεκτρονίων και τον μετασχηματισμό των ηλεκτρονίων ξανά σε φωτόνια. Αυτό το είδος νυχτερινής όρασης λειτουργεί μόνο σε περιβάλλοντα με κακή φωτισμό όπου υπάρχει φως περιβάλλοντος για ενίσχυση.

Οι θερμικές κάμερες χρησιμοποιούν υπέρυθρο φως που είναι αόρατο στον άνθρωπο. Αυτό είναι τυπικά στο τμήμα μεγάλου μήκους κύματος του υπέρυθρου φάσματος, όπου αντικείμενα περίπου σε θερμοκρασία δωματίου εκπέμπουν θερμότητα.

Συμβουλή: Αυτό το «θερμικό» τμήμα του υπέρυθρου φάσματος καλύπτει μήκη κύματος μεταξύ 8 και 15 μικρομέτρων (ένα μικρόμετρο είναι ένα εκατομμυριοστό του μέτρου). Τα θερμότερα αντικείμενα εκπέμπουν υψηλότερη ενέργεια υπέρυθρης ακτινοβολίας με μικρότερα μήκη κύματος. Το συνολικό φάσμα υπερύθρων κυμαίνεται από 0,75 μικρόμετρα για το εγγύς υπέρυθρο, έως 1000 μικρόμετρα για το μακρινό υπέρυθρο. Συγκριτικά, το ορατό φάσμα ποικίλλει από 0,4 έως 0,7 μικρόμετρα για το ιώδες έως το κόκκινο φως αντίστοιχα.

Οι κάμερες υπερύθρων διευκολύνουν τον εντοπισμό της παρουσίας πιο θερμών ή ψυχρότερων αντικειμένων από τη θερμοκρασία περιβάλλοντος. Η θερμική απεικόνιση χρησιμοποιεί γενικά είτε ασπρόμαυρες είτε ψευδείς έγχρωμες οθόνες. Οι ασπρόμαυρες οθόνες συνήθως χρησιμοποιούν λευκό για να τονίσουν την παρουσία πιο καυτών αντικειμένων, χαρακτηριστικό παράδειγμα αυτού είναι μια θερμική κάμερα τοποθετημένη σε ελικόπτερο της αστυνομίας για να παρακολουθεί τους υπόπτους που φεύγουν τη νύχτα. Σε αυτό το παράδειγμα, η θερμότητα του σώματος του ατόμου είναι πιο ζεστή από το περιβάλλον, γεγονός που καθιστά εύκολο τον εντοπισμό του.

Οι οθόνες ψευδών χρωμάτων εκχωρούν ένα χρώμα ανάλογα με το μήκος κύματος του ανιχνευόμενου υπέρυθρου φωτός, με τα πιο ζεστά αντικείμενα να επισημαίνονται με φωτεινότερα χρώματα. Οι οθόνες ψευδών χρωμάτων χρησιμοποιούνται συνήθως όταν προσπαθείτε να χρησιμοποιήσετε μια θερμική κάμερα για τη μέτρηση της θερμοκρασίας ενός αντικειμένου, καθώς είναι ευκολότερο να εντοπίσετε πιο λεπτές διακυμάνσεις στη θερμοκρασία.

Ενεργές συσκευές νυχτερινής όρασης

Ορισμένες συσκευές νυχτερινής όρασης χρησιμοποιούν ενεργό φωτισμό για να παρέχουν επιπλέον φως για τον εντοπισμό της θερμικής κάμερας. Αυτό είναι ουσιαστικά το ίδιο με το να λάμπεις μια δάδα για να μπορείς να δεις, ωστόσο, το φως που χρησιμοποιείται είναι στο υπέρυθρο φάσμα και επομένως είναι αόρατο στους ανθρώπους. Ο επιπλέον φωτισμός διευκολύνει την επίτευξη υπέρυθρων εικόνων υψηλής ανάλυσης και έτσι χρησιμοποιείται συχνά σε συνδυασμό με κάμερες ασφαλείας.